CN114807884A - 烹饪器具的制备方法和烹饪器具 - Google Patents

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张明
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Abstract

本发明涉及炊/厨具技术领域，尤其涉及一种烹饪器具的制备方法和烹饪器具。本发明的烹饪器具的制备方法，包括以下步骤：提供基材，所述基材的材料包括金属；将所述基材进行离子注入，以在所述基材的表面形成预合金化的高熵合金层；将所述预合金化的高熵合金层进行感应重熔处理，得到高熵合金层。本申请以高熵合金层作为不粘层，能够改善烹饪器具的不粘层的持久不粘性，并通过离子注入与感应重熔相结合的方式制备高熵合金层，可避免不粘层与基材之间存在的结合力问题或减少对不粘涂层的使用性能的影响。

Description

烹饪器具的制备方法和烹饪器具
技术领域
本发明涉及炊/厨具技术领域，尤其涉及一种烹饪器具的制备方法和烹饪器具。
背景技术
现有不粘技术中，炊具用不粘材料一般包括含氟涂料、陶瓷涂料和有机硅树脂，三者主要以喷涂形式涂覆在基体内表面以制备不粘涂层。这几种不粘材料的持久不粘性仍然存在改进的需求。此外，除上述几种不粘材料之外，其他类型的不粘材料也大都以喷涂形式涂覆在基体内表面，以在基体内表面形成不粘涂层。然而，相关技术中，通过喷涂如热喷涂或冷喷涂的方式制备不粘涂层，不可避免的会对基体产生热影响，也会造成不粘涂层内部的杂质较多，影响不粘涂层的使用性能，进而影响不粘涂层以及烹饪器具的使用寿命。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种烹饪器具的制备方法和烹饪器具，可以改善持久不粘的效果，延长烹饪器具的使用寿命。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
根据本发明的第一方面，提供一种烹饪器具的制备方法，包括以下步骤：
提供基材，所述基材的材料包括金属；
将所述基材进行离子注入，以在所述基材的表面形成预合金化的高熵合金层；
将所述预合金化的高熵合金层进行感应重熔处理，得到高熵合金层。
本发明提供的烹饪器具的制备方法，在基材的表面形成了高熵合金层，该高熵合金层可以作为不粘层或起到不粘层的作用，利用高熵合金中多种元素原子随机占据晶格点阵位置，且由于各原子半径不同，导致固溶体产生严重的晶格畸变，增加材料微观组织的无序性，趋向于形成非晶结构，从而使材料具有低的表面能，宏观上表现出不粘的作用，从而有利于烹饪器具表现出良好的持久不粘性。同时，采用金属材质的基材，并对该基材进行离子注入处理，对基材进行表面改性，即采用离子注入的方式将其余多种金属元素注入基材表面进行表面改性，可以在基材表面形成预合金化的高熵合金层；而后为进一步改善表面高熵合金薄层的组织结构，进行均匀的合金化，将得到的预合金化的高熵合金层进行感应重熔原位合成处理，达到对基材表层改性目的的同时，减少了对锅体的热损伤。由此，在金属基材的基础上，利用上述离子注入和感应重熔相结合的方式形成的高熵合金层，能够缓解高熵合金层与基材之间存在的界面分层或结合力问题，减少或避免所形成的高熵合金层产生脱落失效的问题，也可以避免采用现有的涂覆比如热喷涂技术所形成的涂层存在的容易对基材产生热影响、容易造成涂层机械性能下降、影响涂层的质量和使用寿命的问题。
在一种可能的实现方式中，所述离子注入过程中注入的元素包括高熵合金组成元素，所述高熵合金组成元素包括Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta、W、Pb、Si和B中的至少三种。通过将多种金属元素(如三种及以上)通过离子注入方法注入基材内表面，加上基材本身元素使预合金化的高熵合金层包含四种及以上元素；在对预合金化的高熵合金层进行感应重熔，可以在基材内表面形成高熵合金薄层。
在一种可能的实现方式中，所述高熵合金组成元素中，各组成元素的原子比为0.8～1.2。这样可以保证形成高熵合金层材料的多主元特性。
在一种可能的实现方式中，所述离子注入的靶材包括单质靶材或合金靶材，所述单质靶材包括Mg靶材、Al靶材、Ti靶材、V靶材、Cr靶材、Mn靶材、Fe靶材、Co靶材、Ni靶材、Cu靶材、Zn靶材、Zr靶材、Nb靶材、Mo靶材、Sn靶材、Hf靶材、Ta靶材、W靶材、Pb靶材、Si靶材和B靶材中的至少三种；
所述合金靶材包括二元合金靶材、三元合金靶材或高熵合金靶材。
在一种可能的实现方式中，所述离子注入的操作条件满足以下至少之一：
离子注入能量为80KeV～160KeV；
离子注入中各元素的离子注入剂量各自独立地为1×1012ions/cm2～1×1018ions/cm2；
离子注入的温度为≤250℃；
离子注入的不均匀性＜6％。
在一种可能的实现方式中，所述预合金化的高熵合金层的厚度为0.1μm～2μm。
在一种可能的实现方式中，所述感应重熔的工艺参数包括：
振荡频率为200KHz～250KHz，振荡功率为200kW～250kW，输出功率为150kW～200kW，感应线圈与基材的间隙为2mm～4mm。
在一种可能的实现方式中，所述感应重熔的工艺参数包括：加热温度为高熵合金组成元素中具有最高熔点温度的元素的熔点温度，加热时间30s～40s。
在上述离子注入和感应重熔的操作条件下所形成的高熵合金层，组织致密，组织结构稳定、杂质少、机械性能优良，具有强度高、硬度高、耐磨和耐腐蚀性能良好的特点，有利于使烹饪器具表现出更持久的不粘寿命。
在一种可能的实现方式中，所述基材的材料包括铝及其合金、钛及其合金、镁及其合金、铜及其合金、碳钢、不锈钢或铸铁中的至少一种。
根据本发明的第二方面，提供一种烹饪器具，该烹饪器具采用如上所述的烹饪器具的制备方法制备得到；所述烹饪器具包括基材，以及形成于所述基材表面的高熵合金层。
附图说明
图1为本申请示例性的一种实施方式提供的烹饪器具的结构示意图；
图2为本申请示例性的一种实施方式提供的高熵合金的晶格示意图。
附图标记：
10-基材；
20-高熵合金层。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请附图及实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请提供的技术方案及所给出的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值或单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围。
需要说明的是，本文中使用的术语“和/或”或者“/”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。在本文中，由术语“中的至少一者”、“中的至少一个”、“中的至少一种”或其他相似术语所连接的项目的列表可意味着所列项目的任何组合。例如，如果列出项目A、B，那么短语“A、B中的至少一者”意味着仅A；仅B；或A及B。
在本文中，在未作相反说明的情况下，术语“内”和“外”为相对位置关系，可以理解为相对于各部件本身的轮廓的内、外。
本发明实施例提供一种烹饪器具及其制备方法，以期改善不粘层的使用性能，延长不粘使用寿命，使烹饪器具可以具有良好的持久不粘性。
该烹饪器具可以为各种常用的煮食设备，示例性的，烹饪器具可以为不粘锅，可以为炒锅，可以为煎锅，可以为平底锅，可以为电饭煲，可以为高压锅，可以为电压力锅，可以为煎烤机，可以为空气炸锅等，本申请实施例对于烹饪器具的具体类型不作限定。
在本申请的一些实施例中，提供了一种烹饪器具的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
提供基材，所述基材的材料包括金属；
将所述基材进行离子注入，以在所述基材的表面形成预合金化的高熵合金层；
将所述预合金化的高熵合金层进行感应重熔处理，得到高熵合金层，进而得到在基材的表面覆设有高熵合金层的烹饪器具。
如图2所示，高熵合金是一种多主元合金，其至少包括4种或4种以上不同金属元素，各元素原子比接近1：1，因此也称多主元合金。高熵合金组织结构由多种不同元素的原子组成，这些不同元素的原子半径大小不一，也即由于不同元素原子半径差异导致了晶格畸变效应，增加了材料的微观组织无序性，使合金微观结构无序化程度更高，产生非晶化趋势或结构，该非晶结构能使得高熵合金相对于普通材料具有更低的表面能，因此能产生不粘的效果，满足不粘机理。此外，高熵合金除具有结构上的晶格畸变效应的特点之外，还具有热力学上的高熵效应、动力学上的迟滞扩散效应、性能上的鸡尾酒效应的特点，在具有不粘性能的同时还具有强度高、硬度高、耐磨损性能好、耐腐蚀性能好高温稳定性好等效果，进而可以延长不粘使用寿命。
一方面，该烹饪器具的制备方法，在基材的表面形成了高熵合金层，该高熵合金层可以作为不粘层或起到不粘层的作用，利用高熵合金中多种元素原子随机占据晶格点阵位置，且由于各原子半径不同，导致固溶体产生严重的晶格畸变，增加材料微观组织的无序性，趋向于形成非晶结构，从而使材料具有低的表面能，宏观上表现出不粘的作用，从而有利于烹饪器具表现出良好的持久不粘性。
另一方面，该烹饪器具的制备方法，采用金属材质的基材，并对该基材进行离子注入处理，对基材进行表面改性，即采用离子注入的方式将其余多种金属元素注入基材表面进行表面改性，可以在基材表面形成预合金化的高熵合金层；而后为进一步改善表面高熵合金薄层的组织结构，进行均匀的合金化，将得到的预合金化的高熵合金层进行感应重熔原位合成处理，达到对基材表层改性目的的同时，减少了对锅体的热损伤。由此，在金属基材的基础上，利用上述离子注入和感应重熔相结合的方式形成的高熵合金层，能够缓解高熵合金层与基材之间存在的界面分层或结合力问题，减少或避免所形成的高熵合金层产生脱落失效的问题，也可以避免采用现有的涂覆比如热喷涂技术所形成的涂层存在的容易对基材产生热影响、容易造成涂层机械性能下降、影响涂层的质量和使用寿命的问题。
将高熵合金应用于烹饪器具上，能够实现烹饪器具的持久不粘效果。而为了充分发挥高熵合金的作用，对于具有不粘性能的高熵合金，其元素选择范围需要在合适的范围内。具体地，在一些实施例中，所述离子注入过程中注入的元素包括高熵合金组成元素，所述高熵合金组成元素包括Mg(镁)、Al(铝)、Ti(钛)、V(钒)、Cr(铬)、Mn(锰)、Fe(铁)、Co(钴)、Ni(镍)、Cu(铜)、Zn(锌)、Zr(锆)、Nb(铌)、Mo(钼)、Sn(锡)、Hf(铪)、Ta(钽)、W(钨)、Pb、Si(硅)和B(硼)中的至少三种。通过将多种金属元素(如三种及以上)通过离子注入方法注入基材内表面，加上基材本身元素使预合金化的高熵合金层包含四种及以上元素；在对预合金化的高熵合金层进行感应重熔，可以在基材内表面形成高熵合金薄层。
根据本申请实施例，通过离子注入法将多种金属元素，例如Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta、W、Pb、Si和B中的三种及以上注入到金属基材内表面，其中，基材的材料包括如上所列举的金属元素中的至少一种，例如基材的材料可以为铝、铝合金、钛、钛合金、镁、镁合金、铸铁、不锈钢等。由此，所形成的预合金化的高熵合金层包括基材中的元素和所注入的元素共四种及以上元素，也就是，高熵合金可以为四元体系、五元体系、六元体系或更多元体系的高熵合金。示例性的，高熵合金的组成元素可以包括Mg、Al、Mn和Ti，可以包括Mg、Al、Fe、Co和Ni，可以包括Mg、Al、Ti、V和Cr，可以包括Al、Ti、V、Cr、Mn和Fe，可以包括Al、Ti、Cr、Fe、Co、Ni和Cu，可以包括Fe、Co、Ni、W、Sn和Si，可以包括Al、Ti、Cr、Ni、Cu和B等等，高熵合金的组成元素可以在以上所列举的元素中任意选择四种或四种以上，在此不再一一列举。高熵合金的元素选择在此合适的范围内，有助于充分发挥高熵合金的不粘作用，实现烹饪器具的持久不粘效果。此外，其中Si和B元素的加入可以制备高熵合金陶瓷，在具有较佳的不粘性能之外还具有良好的耐磨损性、硬度较高的特点。
应理解，根据基材的材质的不同，所注入的组成元素需适宜的进行调整，以使所形成的高熵合金至少包括四种组成元素。例如，基材为铝或铝合金时，离子注入时所注入的组成元素包括除Al以外的Mg、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta、W、Pb、Si和B中的至少三种。再如，基材为钛或钛合金时，离子注入时所注入的组成元素包括除Ti以外的Mg、Al、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta、W、Pb、Si和B中的至少三种。
在一些实施例中，所述高熵合金组成元素中，各组成元素的原子比范围在0.8～1.2之间，进一步可以为0.9～1.1，进一步可以为1；例如可以为0.8、0.9、1、1.1、1.2等。也就是，高熵合金中的各元素原子比接近1：1，可以为1：1，也可以略大于或略小于1：1。例如高熵合金为AlCrFeCoNi系，其中Al、Cr、Fe、Co、Ni的原子比可以1：1：1：1：1，这样可以保证形成高熵合金层材料的多主元特性。
换言之，为了保证高熵合金材料的多主元特性，高熵合金中的各组成元素的原子分数(也即原子百分含量，以％或at.％表示)需要在适宜的范围内。示例性的，在高熵合金中，每种组成元素的原子分数各自独立地为5％～35％。例如高熵合金为AlCrFeCoNi系，其成分为：Al：5～35at.％，Cr：5～35at.％，Fe：5～35at.％，Co：5～35at.％，Ni：5～35at.％。
在一些实施例中，在对基材进行离子注入的过程中，离子注入的靶材包括单质靶材或合金靶材，所述单质靶材包括Mg靶材、Al靶材、Ti靶材、V靶材、Cr靶材、Mn靶材、Fe靶材、Co靶材、Ni靶材、Cu靶材、Zn靶材、Zr靶材、Nb靶材、Mo靶材、Sn靶材、Hf靶材、Ta靶材、W靶材、Pb靶材、Si靶材和B靶材中的至少三种；
所述合金靶材包括二元合金靶材、三元合金靶材或高熵合金靶材。
在离子注入过程中，所采用的靶材的类型是可以具有多种类型的，例如可以采用包含如上所述的组成元素中的一种的单质靶材，或者也可以采用包含如上所述的组成元素中的至少两种的合金靶材。具体地，在操作过程中，可以进行单次的离子注入，也可以采用分步多次注入法进行离子注入。
在一些情况下，离子注入的靶材为单质靶材时，可以先采用一种单质靶材对基材进行一次离子注入，然后再采用另一种单质靶材对基材进行二次离子注入，然后再采用另一种单质靶材对基材进行三次离子注入。应理解，分布多次注入时，离子注入的次数至少为三次，每次所采用的单质靶材不同。或者，在另一些情况下，离子注入的靶材为单质靶材时，可以采用多靶材同时注入，当采用多靶材同时注入时，各靶材可以采用等角度布置，也即各单质靶材的间隔角相同。此外，离子注入的靶材除采用单质靶材作为离子源外还可以采用高纯合金靶材，包括二元合金、三元合金、高熵合金等，且各合金的组成元素包括如上所述的高熵合金的组成元素中的至少两种。
在一些实施例中，各单质靶材的纯度为≥99％，进一步可以为≥99.9％。所采用的单质靶材为高纯单质靶材，可以尽量减少杂质的引入。进一步，所采用的高纯单质靶材可以为圆形靶。
可以理解，离子注入是近年来发展形成的一种金属材料的表面改性方法，其原理一般是利用强电场将需要注入的离子加速，将高速离子束轰击靶室中的工件表面，使离子注入到工件材料中，起到改善材料表面性能的作用。本发明实施例通过离子注入的方法，对金属基材进行表面改性，形成预合金化的高熵合金层，具有低表面能的特点，能够起到不粘的效果。具体地，在一些实施例中，该离子注入的操作条件满足以下至少之一：
注入模型：蒙特卡罗模型。
注入元素种类：3种及以上不同的金属元素(例如Fe、Cu、Mn、Ti、Mo等)。
离子注入能量为80KeV～160KeV，例如为80KeV、90KeV、100KeV、110KeV、120KeV、130KeV、140KeV、50KeV、160KeV等。
离子注入中各元素的离子注入剂量各自独立地为1×1012ions/cm2～1×1018ions/cm2，进一步可以为5×1012ions/cm2～1×1017ions/cm2，进一步可以为8×1012ions/cm2～1×1016ions/cm2。例如，高熵合金为AlCrFeCoNi系时，基材为铝或铝合金，离子注入过程中，Cr注入的注入剂量为1×1012ions/cm2～1×1018ions/cm2，Fe注入的注入剂量为1×1012ions/cm2～1×1018ions/cm2，Co注入的注入剂量为1×1012ions/cm2～1×1018ions/cm2，Nir注入的注入剂量为1×1012ions/cm2～1×1018ions/cm2。当然，其他体系的高熵合金中各元素的注入剂量也在此范围内，在此不再一一详细描述。
离子注入的温度为≤250℃，例如为250℃、240℃、230℃、220℃、210℃、200℃、180℃等。
离子注入的不均匀性＜6％。如本文中使用，离子注入不均匀性是指相邻单位面积里离子注入剂量相差不超过6％。根据本申请实施例，离子注入影响表面非晶化的程度以及非晶层的厚度，离子注入的不均匀性超过6％会导致不同区域不粘性能差异较大，影响整体不粘效果评判。
具体地，采用离子注入法在基材的表面上形成预合金化的高熵合金层时，具体可以包括以下步骤：
离子注入过程：例如基材的材质为铝合金，以Fe金属作为离子源时，可以将Fe单质靶材放入离子注入机，通过电弧反应室形成相应的等离子体，再通过加速电压将相应的注入离子加速并聚焦，获得一定的动能后注入到放置在真空室样品台上的基材表面，形成离子注入层即预合金化的高熵合金层。其中离子束能量为约90KeV，注入不均匀性＜6％，控制靶温≤250℃，Fe的注入剂量为约1×1012ions/cm2。在铝合金基材中注入完Fe元素后，再分别采用Cu单质靶材、Mo单质靶材、Ti单质靶材，注入Cu、Mo、Ti金属元素，同样，Cu、Mo、Ti的注入剂量也分别为约1×1012ions/cm2，从而在基材内表面形成AlFeCuMoTi合金改性层，也即预合金化的AlFeCuMoTi高熵合金层。
在采用多靶材同时注入法时，需将各靶材离子化参数单独设置，在不同腔室完成等离子体化后同时注入基材内表面，具体不再详细描述。
上述离子注入过程中，所涉及的其他操作方式或条件例如在保护性气氛下进行、真空室的真空度等，是本领域技术人员容易想到的常用参数或常规操作方式，可以参照现有技术，或由本领域技术人员根据实际情况进行调控，因此可以省略对其的详细说明。
上述烹饪器具的制备方法中，在进行离子注入之前可以先对基材进行预处理，例如清洗等的预处理。本发明的方法中，对于基材的预处理方式不作特殊限制，可以采用本领域技术人员所熟知的方式。例如，对金属基材进行清洗、除油处理，或者对基材表面进行糙化处理等，具体可由本领域技术人员根据实际情况进行处理。
在一些实施例中，通过如上所述的离子注入法所形成的预合金化的高熵合金层的厚度为0.1μm～2μm，进一步可以为0.1μm～1.5μm，进一步可以为0.2μm～1μm；典型但非限制性的，预合金化的高熵合金层的厚度例如可以为0.1μm、0.2μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.8μm、1μm、1.2μm、1.5μm、1.6μm、1.8μm、2μm以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。在此预合金化的高熵合金层的厚度范围内，可以避免因高熵合金层过薄导致的容易失效、使用寿命降低的问题，也可以避免因高熵合金层过厚导致的所需离子注入设备功率大，增加制备成本的问题。
根据本申请实施例，所述预合金化的高熵合金层与所述高熵合金层的厚度可以基本相同。由于在离子注入之后进行的感应重熔过程只是为了增加非晶化程度，因而涂层的厚度可以基本保持不变，也即高熵合金层的厚度也为0.1μm～2μm。
在上述离子注入条件下形成的预合金化的高熵合金层具有低表面能特点，因而具有不沾的效果，此外，其还具有高硬度、高温稳定性的特点，因而在不粘的同时具有耐高温、耐磨损的特性，能够达到持久不粘的效果。
通过离子注入方法，在基材的表面形成预合金化的高熵合金层之后，将基材放入感应重熔设备中，通过高频感应加热使离子注入后的预合金化的高熵合金层重熔合金化，形成高熵合金层，例如形成AlFeCuMoTi高熵合金层。
具体地，在一些实施例中，所述感应重熔的工艺参数包括：
所采用的电源为三项交流电源：380V，50Hz。
振荡频率为200KHz～250KHz，例如可以为200KHz、210KHz、220KHz、230KHz、240KHz、250KHz等。
振荡功率为200kW～250kW，例如可以为200kW、210kW、220kW、230kW、240kW、250kW等。
输出功率为150kW～200kW，例如可以为150kW、160kW、170kW、180kW、190kW、200kW等。
感应线圈与基材的间隙为2mm～4mm，例如可以为2mm、3mm或4mm。
加热温度为高熵合金组成元素中具有最高熔点温度的元素的熔点温度；也就是说，该感应重熔处理过程中的加热温度是根据高熵合金组成元素中的熔点温度确定的，该加热温度为高熵合金组成元素中最高元素熔点温度，不同体系的高熵合金，加热温度会有所不同。
加热时间为30s～40s。
在上述感应重熔的操作条件下，有助于改善基材表面薄层的组织结构，可以使离子注入后的预合金化的高熵合金层进行均匀的合金化。其中的感应重熔利用感应加热的方式，采用涡流加热法，由于涡流的趋肤效应，可以仅对基材表层加热，达到表层改性目的的同时，减少了对基材的热损伤。
综合以上可知，在上述离子注入和感应重熔的操作条件下所形成的高熵合金层，组织致密，组织结构稳定、杂质少、机械性能优良，具有强度高、硬度高、耐磨和耐腐蚀性能良好的特点，有利于使烹饪器具表现出更持久的不粘寿命。
在一些实施例中，所述基材的材料包括铝及其合金(即铝/铝合金)、钛及其合金(即钛/钛合金)、镁及其合金(即镁/镁合金)、铜及其合金(即铜/铜合金)、碳钢、不锈钢或铸铁中的一种或多种所组成的复合片材。当然，基材的材料并不限于此，而是还可以其他本领域熟知的金属材料，本申请实施例对于基材的材料不作限定，可以根据实际情况进行选择。
在一些实施例中，基材的材料为铝合金；所形成的高熵合金层中的高熵合金可以为AlFeMoTi系，可以为AlFeMoTiCu系，可以为AlFeMoCuTiNi系，可以为AlFeMoCuTiCrNi系等。此外，在其他实施例中，高熵合金还可以为包含如上所述的至少四种组成元素的不同系列的高熵合金，在此不再一一列举。
如图1所示，本发明实施例还提供了一种烹饪器具，该烹饪器具采用如上所述的烹饪器具的制备方法制备得到。该烹饪器具包括基材10，以及形成于基材10内表面的高熵合金层20。
应理解，该烹饪器具采用如上所述的制备方法制得，烹饪器具的具体结构和成分以及所达到的有益效果可参照前述烹饪器具的制备方法方面的描述，在此不再赘述。
为了便于理解本发明，下面结合具体实施例、对比例和试验例，对本发明作进一步说明。以下具体实施例和对比例中，如无特别说明，所用的材料均可商购获得。
实施例1
一种烹饪器具的制备方法，包括以下步骤：
提供基材，所述基材的材料为铝合金；
将基材进行离子注入，以在基材的表面形成预合金化的高熵合金层；离子注入的操作条件包括：依次采用Fe单质靶材、Mo单质靶材、Ti单质靶材对基材进行离子注入，各元素的离子束能量为90～120KeV(如Mo的注入能量为约120KeV，Fe的注入能量为约110KeV，Ti的注入能量为约100KeV)，注入不均匀性＜6％，控制靶温为约220℃～250℃，各组成元素的离子注入剂量分别为1×1012ions/cm2。
将预合金化的高熵合金层进行感应重熔处理，得到AlFeMoTi高熵合金层，进而得到在基材的表面形成有AlFeMoTi高熵合金层的烹饪器具；其中，感应重熔的工艺参数包括：三项交流电源：380V，50Hz；振荡频率为200KHz；振荡功率为200kW；输出功率为150kW；感应线圈与基材的间隙为3mm；加热温度为2000℃，加热时间为30s～40s。
实施例2
一种烹饪器具的制备方法，与实施例1的区别在于：
将基材进行离子注入，以在基材的表面形成预合金化的高熵合金层；离子注入的操作条件包括：依次采用Fe单质靶材、Mo单质靶材、Ti单质靶材、Cu靶材对基材进行离子注入；本实施例在离子注入过程中相比于实施例1多增加了Cu元素的注入，注入条件可参考实施例1；
本实施例在感应重熔中的加热温度为1800℃；得到的是AlFeMoTiCu高熵合金层；
其余均与实施例1相同。
实施例3
一种烹饪器具的制备方法，与实施例1的区别在于：
将基材进行离子注入，以在基材的表面形成预合金化的高熵合金层；离子注入的操作条件包括：依次采用Fe单质靶材、Mo单质靶材、Cu靶材、Ti单质靶材、Ni单质靶材对基材进行离子注入；本实施例在离子注入过程中相比于实施例1多增加了Cu元素和Ni元素的注入，注入条件可参考实施例1；
本实施例在感应重熔中的加热温度为1600℃；得到的是AlFeMoCuTiNi高熵合金层；
其余均与实施例1相同。
实施例4
一种烹饪器具的制备方法，与实施例1的区别在于：
将基材进行离子注入，以在基材的表面形成预合金化的高熵合金层；离子注入的操作条件包括：依次采用Fe单质靶材、Mo单质靶材、Cu靶材、Ti单质靶材、Cr单质靶材、Ni单质靶材对基材进行离子注入；本实施例在离子注入过程中相比于实施例1多增加了Cu元素、Ni元素和Cr元素的注入，注入条件可参考实施例1；
本实施例在感应重熔中的加热温度为1500℃；得到的是AlFeMoCuTiCrNi高熵合金层；
其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例中，在铝合金基材表面，采用现有的喷涂方法喷涂含氟涂料，以在铝合金基材表面形成包括含氟涂料的不粘层。
对比例2
本对比例中，在铝合金基材表面，采用现有的喷涂方法喷涂陶瓷涂料，以在铝合金基材表面形成包括陶瓷涂料的不粘层。
试验例
分别测试上述各实施例和对比例制备得到的烹饪器具的不粘性能，采用加速模拟测试方法进行测试以评价其不粘寿命，测试结果如表1所示。
具体的测试方法如下所示。
参照不粘炒锅加速模拟测试程序，对不粘寿命进行评价，测试流程如下：
A：震动耐磨测试→B：干烧混合酱料→C：煮食盐水→D：炒石英石(铁铲)→E：煎鸡蛋评价不粘等级，完成以上4个测试步骤以及一次不粘等级评价，标志一个循环结束。
其中，A:震动耐磨测试，具体包括：所采用的仪器为震动耐磨测试机，所采用的方法为：1)将1kg的石英石(粒径9-12mm)放入锅中；2)将锅放置在加热炉上；3)设置仪器的震动时间为15分钟，加热温度为150-180℃，转速为每分钟300转；4)开启振动按钮，使石英石在锅子里面震动15分钟；5)测试结束后，将锅子里面的石英石倒出，将锅内表面使用洗洁精清洗干净，擦干。6)石英石更换周期：1次/月。
B：干烧混合酱料，具体包括：配料包括酱油、醋、料酒、味精、盐、糖和食用油，所采用的方法为：1)按如下重量比配备一种混合酱料：酱油：醋：料酒：味精：盐：糖：食用油＝4：3：2：1：1：2：2(质量比)完全溶解混和均匀后配成一种特殊混合酱料；2)取50g混合酱料放入锅内，将锅摇晃至酱料均匀覆盖住锅底；3)将样品锅放置在煤气灶上干烧至250℃-270℃时保温2min，停止加热；4)用水冲洗，然后使用洗洁精、抹布擦洗干净锅内污染区域。
C：煮食盐水，具体包括：配料包括食盐50g和水950g，所采用的方法为：1)称取50g食盐，950g水配制成5％食盐水倒入锅内；2)把水煮沸后开始计时，保持微沸10min，期间根据情况加水以保持浓度不变；3)煮完规定时间后，使用自来水把锅清洗干净，擦干。
D：炒石英石(铁铲)，具体包括：配料包括石英石1kg、粒径9-12mm，油、醋、料酒、酱油、盐少许，所采用的方法为：1)将15g食用油倒入锅内，摇晃均匀至浸染整个内表面，加热至产生油烟，然后将1Kg石英石倒入锅中，加入少量醋、料酒、酱油、水、盐，均匀翻炒10min；2)结束后，将锅内表面使用洗洁精清洗干净，擦干；3)每个循环结束后将汤料过滤，留下石英石以备下个循环使用；4)石英石更换周期：1次/月。
在进行加速模拟测试时，每个循环结束后对不粘寿命进行判定。出现下述现象之一的即可判定终点：
(1)不粘性下降：
煎鸡蛋不粘等级连续两个循环为Ⅲ级；
(2)外观破坏：
涂层出现起毛现象；
涂层脱落面积直径大于3mm；
磨损明显露出基材；
涂层出现刺穿型划伤(露基材)超过3条；
出现用湿抹布无法洗掉的脏污；
记录测试至终点时模拟测试循环的次数即作为产品的不粘寿命，循环次数越多表示涂层不粘寿命越长。
表1各实施例和对比例的性能测试结果
Figure BDA0002902757520000151
由表1的数据可以看出，本申请实施例1-4提供的烹饪器具的制备方法制得的烹饪器具，其加速模拟循环次数可以达到25次，相比于对比例1或2中的现有的含氟涂料或陶瓷涂料的循环次数仅为5次或7次，循环次数大幅提升，从而本说明制得的烹饪器具的持久不粘性更好，不粘寿命几乎可以提高2倍。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种烹饪器具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供基材，所述基材的材料包括金属；
将所述基材进行离子注入，以在所述基材的表面形成预合金化的高熵合金层；
将所述预合金化的高熵合金层进行感应重熔处理，得到高熵合金层。
2.根据权利要求1所述的烹饪器具的制备方法，其特征在于，所述离子注入过程中注入的元素包括高熵合金组成元素，所述高熵合金组成元素包括Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta、W、Pb、Si和B中的至少三种。
3.根据权利要求2所述的烹饪器具的制备方法，其特征在于，所述高熵合金组成元素中，各组成元素的原子比为0.8～1.2。
4.根据权利要求1所述的烹饪器具的制备方法，其特征在于，所述离子注入的靶材包括单质靶材或合金靶材，所述单质靶材包括Mg靶材、Al靶材、Ti靶材、V靶材、Cr靶材、Mn靶材、Fe靶材、Co靶材、Ni靶材、Cu靶材、Zn靶材、Zr靶材、Nb靶材、Mo靶材、Sn靶材、Hf靶材、Ta靶材、W靶材、Pb靶材、Si靶材和B靶材中的至少三种；所述合金靶材包括二元合金靶材、三元合金靶材或高熵合金靶材。
5.根据权利要求1所述的烹饪器具的制备方法，其特征在于，所述离子注入的操作条件满足以下至少之一：
离子注入能量为80KeV～160KeV；
离子注入中各元素的离子注入剂量各自独立地为1×1012ions/cm2～1×1018ions/cm2；
离子注入的温度为≤250℃；
离子注入的不均匀性＜6％。
6.根据权利要求1所述的烹饪器具的制备方法，其特征在于，所述预合金化的高熵合金层的厚度为0.1μm～2μm。
7.根据权利要求1所述的烹饪器具的制备方法，其特征在于，所述感应重熔的工艺参数包括：
振荡频率为200KHz～250KHz，振荡功率为200kW～250kW，输出功率为150kW～200kW，感应线圈与基材的间隙为2mm～4mm。
8.根据权利要求1所述的烹饪器具的制备方法，其特征在于，所述感应重熔的工艺参数包括：加热温度为高熵合金组成元素中具有最高熔点温度的元素的熔点温度，加热时间为30s～40s。
9.根据权利要求1至8任一项所述的烹饪器具的制备方法，其特征在于，所述基材的材料包括铝及其合金、钛及其合金、镁及其合金、铜及其合金、碳钢、不锈钢或铸铁中的至少一种。
10.一种烹饪器具，其特征在于，采用如权利要求1至9任一项所述的烹饪器具的制备方法制备得到；所述烹饪器具包括基材，以及形成于所述基材表面的高熵合金层。
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