CN115094292B - 用于锅具的导磁材料及其制备方法和锅具 - Google Patents
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Abstract
提供了用于锅具的导磁材料及其制备方法和锅具。所述导磁材料由高熵合金和稀土氧化物组成，其中，高熵合金包括Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta、W、Pb、Si和B中的至少四种，并且至少包括Fe、Co和Ni中的一种或多种，稀土氧化物包括镧系元素以及Sc和Y中的至少一种的氧化物。高熵合金会显著降低合金的居里温度，当温度达到居里点后，材料由铁磁性变为顺磁性，在电磁炉上停止发热，避免温度过高产生干烧现象而破坏锅具。
Description
技术领域
本发明涉及炊具领域，更具体地，涉及一种用于锅具的导磁材料、一种制备该导磁材料的方法和一种包括该导磁材料的锅具。
背景技术
现有电磁炉通用炊具产品(铁锅除外)一般通过外表面附加可导磁材料来实现电磁炉通用的目的。具体地，可以采用如下技术方案：(1)在通用炊具产品的外表面附加冷铆不锈钢复底片；(2)通过使用铁或不锈钢复合材料制备通用炊具产品的锅身；以及(3)将铁或不锈钢复合材料热喷在通用炊具产品的外部底表面上。上述方法的优点是加热快、方便且干净；缺点是底部导热不均匀，使得局部温度高，容易糊底，甚至发生干烧使锅底变形报废的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种导磁材料，导磁材料利用高熵合金和稀土氧化物降低其居里温度，使得当加热温度达到居里温度时，导磁材料以低的功率运行，进而防止磁通产品(诸如，电磁炉通用炊具或锅具)在使用过程中因温度持续升高而发生的干烧糊底等的问题。
本发明的另一目的在于提供一种制备能够调节居里温度的导磁材料的方法。
本发明的又一目的在于提供一种锅具(在下文中，也可简称为锅具)，当加热温度达到居里温度时，该锅具以低的功率运行，进而防止在使用过程中因温度持续升高而发生的干烧糊底等的问题。
根据本发明的一方面，提供了一种导磁材料，所述导磁材料由高熵合金和稀土氧化物组成，其中，高熵合金包括Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta、W、Pb、Si和B中的至少四种，并且至少包括Fe、Co和Ni中的一种或多种，稀土氧化物包括镧系元素以及Sc和Y中的至少一种的氧化物。高熵合金会显著降低合金的居里温度，稀土氧化物起到进一步调节高熵合金的居里温度的目的。当加热温度达到居里温度时，导磁材料以低的功率运行，进而防止包括该导磁材料的磁通产品(诸如，电磁炉通用炊具)在使用过程中因温度持续升高而发生的干烧糊底等的问题。
在本发明的实施例中，基于高熵合金与稀土氧化物的总物质的量为100％，高熵合金的物质的量占比可以为80％-95％，并且余量为稀土氧化物。包括上述含量范围的高熵合金和稀土氧化物的导磁材料能够显著降低其居里温度。
在本发明的实施例中，基于高熵合金的总原子数，高熵合金中的各元素的原子数占比可以在5at％-35at％之间，并且Fe、Co和Ni的总原子数占比可以在35at％-95at％之间。该高熵合金会显著降低合金的居里温度，当温度达到居里点后，该高熵合金材料由铁磁性变为顺磁性，进而在电磁炉上停止发热，因此避免温度过高产生干烧现象而破坏锅具。
在本发明的实施例中，高熵合金可以包括AlCrFeCoNi、AlCrFeTiNi、AlCrFeCoNiCu、Al2CrFe3CoNiCu、AlCrFeMnNi、AlCr1.5Fe3MnNi、FeNiAlCr和FeNiAl2Cr中的至少一种。上述高熵合金具有降低的居里温度。
根据本发明的另一方面，提供了一种制备导磁材料的方法，所述方法包括：对高熵合金和稀土氧化物进行球磨；将球磨后的粉末进行固相烧结；以及将固相烧结得到的导磁材料块进行机械破碎。通过上述方法制备的导磁材料具有降低的居里温度，使得当加热温度达到居里温度时，导磁材料以低的功率运行，进而防止磁通产品(诸如，电磁炉通用炊具或锅具)在使用过程中因温度持续升高而发生的干烧糊底等的问题。
在本发明的实施例中，在球磨步骤中，可以在球磨机中进行球磨以得到粉末粒度大于300目的粉末，然后在80℃～200℃下保持2h-4h以对球磨后的粉末进行干燥。球磨可以确保高熵合金和稀土氧化物的粒径变细且使高熵合金和稀土氧化物混合充分。
在本发明的实施例中，在球磨步骤中，参数可以设置为：转速为100r/min-500r/min，球料比为2:1-20:1，球磨介质为无水乙醇或聚乙烯醇，球磨气氛为真空或99.999％的氩气气氛，球磨时间为20h-50h。无水乙醇或聚乙烯醇不会溶解原材料，并且采用无水乙醇或聚乙烯醇进行球磨能够增大研磨效率，并且有利于粉末的细化。
在本发明的实施例中，在固相烧结步骤中，可以将液体石蜡加入到球磨后的粉末，并且进行充分混合压胚，然后在800℃-1200℃下烧结5h-8h，其中，粉末与液体石蜡的质量比可以为5％-10％。通过固相烧结，能够使微观离散的粉末颗粒逐渐形成连续的固态结构，降低样品整体自由能，进而提高强度。
在本发明的实施例中，在机械破碎步骤中，可以筛分破碎后的导磁材料粉末，以获得200目-800目的导磁材料。通过机械破碎可以获得所需粒度的导磁材料。
根据本发明的又一方面，提供了一种锅具，该锅具包括锅体以及形成在锅体的外底表面上的导磁层，并且导磁层包括导磁材料。当加热温度达到居里温度时，该锅具以低的功率运行，进而防止在使用过程中因温度持续升高而发生的干烧糊底等的问题。
本发明的导磁材料利用高熵合金和稀土氧化物降低其居里温度，使得当加热温度达到居里温度时，导磁材料以低的功率运行，进而防止磁通产品(诸如，电磁炉通用炊具)在使用过程中因温度持续升高而发生的干烧糊底等的问题。
附图说明
通过结合附图对实施例的描述，本发明的上述和/或其它特征和方面将变得清楚和易于理解。
图1是示出根据发明的实施例的包括导磁材料的锅具的视图。
具体实施方式
现在，将在下文中结合示例性实施例更充分地描述本发明。然而，本发明可以以多种不同的形式来实施，不应该被理解为局限于在此提出的示例性实施例。提供这些实施例使本发明的公开将是彻底的和完整的，并将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。
本发明提供一种用于磁通产品(例如，锅具)的导磁材料，这种导磁材料由高熵合金和稀土氧化物组成以降低该材料的居里温度，使得当导磁材料被加热至居里温度时，导磁材料以低功率运行，从而防止诸如电磁炉通用炊具或电磁炉用锅具的磁通产品在使用过程中因温度持续升高而发生的干烧糊底等的问题。
铁磁物质被磁化后具有很强的磁性，但这种强磁性是与温度有关的，随着铁磁物质温度的升高，金属点阵热运动加剧，这会影响磁畴的有序排列。当铁磁物质未达到一定温度时，热运动不足以破坏磁畴的平行排列，此时任何宏观区域的平均磁矩仍不为零，铁磁物质仍具有磁性，只是平均磁矩随温度升高而减小。然而，当铁磁物质被加热到一定温度时，由于分子剧烈的热运动，磁畴便会瓦解，平均磁矩降为零，铁磁物质的磁性消失而转变为顺磁物质。与磁畴相关联的一系列铁磁性质(例如，高磁导率、磁致伸缩等)全部消失，磁滞回线消失，变成直线，相应的铁磁物质的磁导率转化为顺磁物质的磁导率。与铁磁性消失时的温度对应的温度即为居里温度。
根据本发明的用于锅具的导磁材料包括能够显著降低合金的居里温度的高熵合金。高熵合金的BCC相和FCC相可以使合金的居里温度显著降低。当包括高熵合金的导磁材料被加热至居里点时，导磁材料由铁磁性变为顺磁性，进而在电磁炉上停止发热或者发热功率极低，使得包括导磁材料的锅具的温度无法继续上升。当锅具的温度因导磁材料处于顺磁性而降低后，导磁材料由顺磁性转变为铁磁性，从而使得电磁炉可以继续加热锅具，最终锅具温度在居里点附近达到动态平衡，从而能够避免温度过高产生干烧现象而破坏锅具(例如，锅具变形、变色，不粘涂层破坏失效等)。
根据本发明的实施例，用于锅具的导磁材料还可以包括稀土氧化物。稀土氧化物可以起到进一步调节高熵合金的居里温度的目的。向高熵合金中引入稀土元素氧化物，稀土元素氧化物能够取代基质原子，从而形成表面缺陷，进而降低高熵合金材料的居里温度。
稀土氧化物的成本显著低于稀土金属。在固相烧结过程中，稀土氧化物的氧元素会被活性更高的高熵合金元素夺取，由此稀土元素取代高熵合金元素的位置，造成高熵合金的表面缺陷，进而降低居里温度。氧化物成分不导电，当混合于导磁材料中时，可以进一步增大电阻，使得在温度达到居里点后会迅速断开导磁作用，使反应更加灵敏。
根据本发明的实施例，高熵合金可以包括Mg、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb、Mo、Sn、Hf、Ta、W、Pb、Si和B中的至少四种，稀土氧化物可以包括镧系元素以及与镧系元素的化学性质相似的钪(Sc)和钇(Y)中的至少一种的氧化物，其中，高熵合金可以至少包括Fe、Co和Ni中的一种或多种。根据本发明的示例性实施例，高熵合金的示例可以包括AlCrFeCoNi、AlCrFeTiNi、AlCrFeCoNiCu、AlCrFeMnNi、FeNiAlCr、Al2CrFe3CoNiCu、AlCr1.5Fe3MnNi和FeNiAl2Cr等。高熵合金可以单独使用，或者也可以以任意比例组合使用。
根据本发明的实施例，镧系元素可以包括元素周期表中原子序数为57至71的15种元素，即，镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Td)、镝(Dy)、钬(H0)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)和镥(Lu)。根据本发明的示例性实施例，稀土氧化物的示例可以包括氧化钇、氧化镧、氧化钪、氧化铕等。稀土氧化物可以单独使用，或者也可以以任意比例组合使用。
根据本发明的实施例，基于高熵合金与稀土氧化物的总物质的量为100％，高熵合金的物质的量占比可以为80％-95％，例如，80％-90％、80％-95％，优选为80％或90％，余量可以为稀土氧化物。稀土氧化物的含量过高会增大导磁材料的电阻，使得导磁层的导电性减弱，最终无法感应、导磁。高熵合金的含量过高，则无法发挥稀土氧化物的降低居里温度点的作用。
根据本发明的实施例，在高熵合金中，基于高熵合金的总原子数，高熵合金中的各元素的原子数占比可以在5at％(原子分数)-35at％之间，例如，在5at％-30at％之间、在5at％-25at％之间、在5at％-20at％之间、在5at％-15at％之间、在5at％-10at％之间，并且Fe、Co和Ni的总原子数占比可以在35at％-95at％之间，例如，在40at％-80at％之间、在45at％-75at％之间、在50at％-70at％之间、在55at％-65at％之间、在60at％-65at％之间。
在下文中，将描述制备根据本发明的用于锅具的导磁材料的方法。
制备导磁材料的方法可以包括高能球磨、固相烧结以及机械破碎。具体地，制备导磁材料的方法可以包括：对高熵合金和稀土氧化物进行球磨；将球磨后的粉末进行固相烧结；以及将固相烧结得到的混合物块进行机械破碎，从而得到所需粒度的导磁材料。
在球磨的步骤中，可以在球磨机中按所需比例投放高熵合金块和稀土氧化物颗粒，然后进行球磨高速搅拌，得到粉末粒度大于300目的粉末，然后在80℃～200℃下保持2h-4h以对球磨后的粉末进行干燥。球磨可以确保高熵合金和稀土氧化物的粒径变细且使高熵合金和稀土氧化物混合充分。
球磨机的参数可以设置为：转速为100r/min-500r/min，球料比为2:1-20:1，球磨介质为无水乙醇或聚乙烯醇，球磨气氛为真空或惰性氛围(例如，99.999％的氩气气氛)，并且球磨时间为20h-50h。这里，无水乙醇或聚乙烯醇不会溶解原材料，采用无水乙醇或聚乙烯醇进行球磨能够增大研磨效率，并且有利于粉末的细化。
在固相烧结的步骤中，可以将液体石蜡加入到球磨后的粉末，并且进行充分混合压胚，然后在800℃-1200℃下烧结5h-8h，其中，粉末与液体石蜡的质量比可以为5％-10％，优选地为，6％-9％或7％-8％，更优选地为5％。通过固相烧结，能够使微观离散的粉末颗粒逐渐形成连续的固态结构，降低样品整体自由能，进而提高强度。
在机械破碎的步骤中，可以筛分破碎后的导磁材料粉末，以获得200目-800目的导磁材料。通过机械破碎可以获得所需粒度的导磁材料。
在下文中，将参照附图描述根据本发明的实施例的锅具。
图1是示出根据发明的实施例的包括导磁材料的锅具的视图。
参照图1，锅具可以包括锅体以及形成在锅体的外底表面上的导磁层，并且导磁层可以包括上述的导磁材料。可以采用喷涂工艺将导磁材料喷涂在锅体的外底表面上以形成导磁层。当锅具被加热到居里温度时，该锅具可以以低的功率运行，进而防止在使用过程中因温度持续升高而发生的干烧糊底等的问题。
本发明的导磁材料利用高熵合金和稀土氧化物降低其居里温度，使得当加热温度达到居里温度时，导磁材料以低的功率运行，进而防止磁通产品(诸如，电磁炉通用炊具)在使用过程中因温度持续升高而发生的干烧糊底等的问题。
下面将结合示例对本发明的制备导磁材料的方法进行详细的描述。
实施例1
通过下面的步骤来制备根据实施例1的锅具。
1、制备导磁材料。
以4:1的摩尔比将两种原材料高熵合金AlCrFeCoNi和氧化镧置于球磨机中球磨，整个过程在99.999％的氩气气氛中进行，球磨得到的粉末粒度为+500目，此后在120℃下保持2h以使球磨后的粉末干燥。球磨机参数设置：球磨介质为无水乙醇；转速为300r/min，球料比为12:1，球磨时间为30h；
在球磨得到的粉末中加入粉末质量比为5％的液体石蜡，并且进行充分混合压胚，然后在1100℃下固相烧结6h；
将固相烧结得到的导磁材料块进行机械破碎，然后筛分，得到粒径为200目-800目的导磁材料。
2、制备锅具。
选取预处理后的锅具基材(材质为铝)。选取平均粒径为400目的导磁材料，并且将导磁材料分别装入送粉器。将导磁材料喷涂在锅具基材的外底表面上以完成实施例1的锅具的制造。喷涂工艺的参数设置为：喷涂功率为25kw，送粉速度为20g/min，喷涂距离为100mm，电弧电流为400A，氢气压力为0.3MPa，氢气流量为9L/min，氩气压力为3MPa，氩气流量为1500L/min。
实施例2
除了两种原材料高熵合金AlCrFeCoNi和氧化镧的摩尔比为9:1之外，采用与实施例1的方法相同的方法制造根据实施例2的锅具。
实施例3
除了使用FeNiAl2Cr代替AlCrFeCoNi之外，采用与实施例1的方法相同的方法制造根据实施例3的锅具。
实施例4
除了使用氧化钇代替氧化镧之外，采用与实施例1的方法相同的方法制造根据实施例4的锅具。
实施例5
除了使用氧化镧与氧化钇(氧化镧与氧化钇的摩尔比为1:1)的混合物代替氧化镧之外，采用与实施例1的方法相同的方法制造根据实施例5的锅具。
对比示例1
除了仅使用AlCrFeCoNi粉末作为导磁材料之外，采用与实施例1的方法相同的方法制造根据对比示例1的锅具。
对比示例2
采用常规冷铆不锈钢导磁片附加到锅具基材的外低表面，得到对比示例2的锅具。
对比示例3
除了使用镧代替氧化钇之外，采用与实施例1的方法相同的方法制造根据对比示例3的锅具。
对比示例4
除了使用钇代替氧化钇之外，采用与实施例4的方法相同的方法制造根据对比示例4的锅具。
性能指标测试
对上述所得锅具进行性能测试，测试结果记录在下面的表1中，具体性能测试方法如下：
导磁功率测试方法：按照家用电磁炉适用锅GB_T 32147-2015采用标准电磁炉测试；
居里温度测试：在家用电磁炉上用2100W干烧，测量电磁炉停止加热时内表面的最高温度。
初始功率为一个新产品在第一次使用时能达到的最大输出功率。
表1
| 初始功率/W | 最高温度/℃ | |
| 实施例1 | 1680 | 160 |
| 实施例2 | 1850 | 201 |
| 实施例3 | 1700 | 155 |
| 实施例4 | 1650 | 167 |
| 实施例5 | 1720 | 172 |
| 对比示例1 | 1900 | 284 |
| 对比示例2 | 1900 | 455 |
| 对比示例3 | 1800 | 255 |
| 对比示例4 | 1820 | 258 |
通过本发明构思的实施例1-实施例5与对比示例1-对比示例4的比较，可以看出，包括通过根据本发明构思的导磁材料形成的导磁层的锅具在电磁炉停止加热时具有低的内表面的最高温度，因此可以有效地防止锅具在使用过程中由于使用者的疏忽而导致的干烧现象。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离如权利要求和它们的等同物所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此做出形式和细节上的各种改变。应当仅仅在描述性的意义上而不是出于限制的目的来考虑实施例。因此，本发明的范围不是由本发明的具体实施方式来限定，而是由权利要求书来限定，该范围内的所有差异将被解释为包括在本发明中。
Claims (7)
1.一种用于锅具的导磁材料，其特征在于，所述导磁材料由高熵合金和稀土氧化物组成，
其中，高熵合金包括AlCrFeCoNi、AlCrFeTiNi、AlCrFeCoNiCu、Al2CrFe3CoNiCu、AlCrFeMnNi、AlCr1.5Fe3MnNi、FeNiAlCr和FeNiAl2Cr中的至少一种，
稀土氧化物包括La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu以及Sc和Y中的至少一种的氧化物，
其中，基于高熵合金与稀土氧化物的总物质的量为100％，高熵合金的物质的量占比为80％-95％，余量为稀土氧化物，并且
其中，所述导磁材料通过以下方法制备：
对高熵合金和稀土氧化物进行球磨；
将球磨后的粉末进行固相烧结；以及
将固相烧结得到的导磁材料块进行机械破碎，从而得到所述导磁材料。
2.一种制备导磁材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
对高熵合金和稀土氧化物进行球磨；
将球磨后的粉末进行固相烧结；以及
将固相烧结得到的导磁材料块进行机械破碎，从而得到导磁材料，
其中，高熵合金包括AlCrFeCoNi、AlCrFeTiNi、AlCrFeCoNiCu、Al2CrFe3CoNiCu、AlCrFeMnNi、AlCr1.5Fe3MnNi、FeNiAlCr和FeNiAl2Cr中的至少一种，
其中，稀土氧化物包括La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu以及Sc和Y中的至少一种的氧化物，并且
其中，基于高熵合金与稀土氧化物的总物质的量为100％，高熵合金的物质的量占比为80％-95％，余量为稀土氧化物。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在球磨步骤中，在球磨机中进行球磨以得到粉末粒度大于300目的粉末，然后在80℃～200℃下保持2h-4h以对球磨后的粉末进行干燥。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在球磨步骤中，参数设置为：转速为100r/min-500r/min，球料比为2:1-20:1，球磨介质为无水乙醇或聚乙烯醇，球磨气氛为真空或99.999％的氩气气氛，球磨时间为20h-50h。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在固相烧结步骤中，将液体石蜡加入到球磨后的粉末，并且进行充分混合压胚，然后在800℃-1200℃下烧结5h-8h，其中，粉末与液体石蜡的质量比为5％-10％。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在机械破碎步骤中，筛分破碎后的导磁材料粉末，以获得200目-800目的导磁材料。
7.一种锅具，其特征在于，所述锅具包括锅体以及形成在锅体的外底表面上的导磁层，
其中，导磁层包括根据权利要求1所述的导磁材料。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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