CN115429099B - 防腐蚀炊具及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种防腐蚀炊具及其制备方法。所述防腐蚀炊具包括基体层和位于基体层上的防腐蚀层。所述防腐蚀层的至少部分利用包含铝的层状硅酸盐与水的水化反应而形成。根据本发明构思的防腐蚀炊具有薄的厚度和优异的耐蚀性。
Description
技术领域
本发明涉及腐蚀领域，更具体地，涉及一种防腐蚀炊具及其制造方法。
背景技术
目前的防腐蚀技术分为三种，分别是无涂层防腐蚀技术、高分子防腐蚀技术和无机层防腐蚀技术。
无涂层防腐蚀技术主要采用表面渗氮、阳极氧化和化学钝化等技术，其主要应用于精铁真不锈和铸铁真不锈等。由无涂层防腐蚀技术制备的锅具具有健康美观、表面坚硬易翻炒等优点，但是由该防腐蚀技术制备的锅具耐蚀性不佳。
高分子防腐蚀技术主要采用的是高分子封闭剂，其主要应用于诸如低端铸铁喷涂锅。该技术具有成本低、初始耐蚀性佳等优点，然而，其也存在如下缺点：高分子质地软，家庭使用时高分子层已被锅铲破坏，导致耐蚀性急剧下降；消费者对高分子炊具产品有着“不健康”的印象。
无机防腐蚀技术主要通过在铁锅或镁合金锅表面形成一层耐蚀性金属涂层来实现，所形成的涂层具有高硬度和耐蚀性佳的优点，例如，其高硬度能够满足家庭正常铁铲翻炒甚至铁铲敲击而不变形或磨损，并且其耐蚀性能够满足家庭正常烹饪环境下的耐蚀性要求。然而，受限于热喷涂工艺，实际生产中金属涂层表面孔隙难以完全闭合，导致腐蚀液通过孔隙进入，腐蚀基材，耐蚀性不稳定。对此，现有技术手段一般会在金属涂层表面再涂覆一层封闭剂来封闭孔隙，如此需要两步才能实现耐蚀性的提升。
发明内容
因此，如何通过单层的防腐蚀涂层实现耐蚀性的提升，从而克服上述无机防腐蚀技术生产成本高的问题，是本领域技术人员一直需要解决的技术问题。为此，本发明构思提供了能够克服上述技术问题中的至少一种的防腐蚀炊具及其制备方法。
根据示例性实施例的一方面，提供了一种防腐蚀炊具，所述防腐蚀炊具包括基体层和位于基体层上的防腐蚀层，所述防腐蚀层的至少部分利用包含铝的层状硅酸盐与水的水化反应而形成。
所述层状硅酸盐可以包括叶蜡石、高岭石、白云母、海绿石、葡萄石、绿泥石、伊利石、铁锂云母、锂云母、羟铁云母、黑云母、金云母、蛭石和蒙脱石中的至少一种。
所述基体层与所述防腐蚀层之间还可以包括由金属材料形成的过渡层。
过渡层的厚度可以在约10μm～约30μm的范围内。
所述防腐蚀层的厚度可以在约20μm～约100μm的范围内。
根据示例性实施例的另一方面，提供了一种制造防腐蚀炊具的方法，所述方法包括：提供基体层；在基体层的内表面上敷设包含铝的层状硅酸盐，以形成层状硅酸盐层；使层状硅酸盐层的至少部分与水接触而进行水化反应，以形成防腐蚀层，从而获得防腐蚀炊具。
在水化反应中，可以使包括基体层和层状硅酸盐层的基体温度保持在40℃-60℃的同时使层状硅酸盐层中的至少部分与水均匀接触。
层状硅酸盐的粒度可以在约20μm～约100μm的范围内。
可以利用热喷涂工艺在基体层的内表面上敷设层状硅酸盐。
层状硅酸盐层的厚度可以在约20μm～约100μm的范围内。
热喷涂工艺的电流可以在约400A～约550A的范围内，热喷涂工艺的电压可以在50V～80V的范围内，可以主气流量在1000L/H～1500L/H的范围内。
所述方法还可以包括对防腐蚀层进行剖光处理的步骤。
本发明构思通过利用层状硅酸盐的层状结构，使得防腐蚀层具有更好的耐蚀性。此外，由于层状硅酸盐在40℃～60℃时其中的铝与水反应以形成水和氧化铝，使得层状硅酸盐中孔隙膨胀，降低孔隙率，从而提高了耐蚀性。
具体实施方式
现在，将在下文中结合示例性更充分地描述本发明构思，然而，本发明构思可以以许多不同的形式来实施且不应被解释为限于这里所阐述的实施例。相反，这些实施例被提供为使得本发明构思将是彻底的和完整的，并且将把本发明构思的范围充分地传递给本领域技术人员。
诸如炊具的基质材料(基材)表面由于烹饪环境等影响经常因电化学反应而容易被腐蚀(例如，生锈)，因此，为了防止炊具的基质材料被腐蚀，会在基材表面设置防腐蚀层。
然而，受限于热喷涂工艺，实际生产中金属涂层表面孔隙难以完全闭合，导致腐蚀液通过孔隙进入，腐蚀基材，耐蚀性不稳定。对此，现有技术手段一般会在金属涂层表面再涂覆一层封闭剂来封闭孔隙，如此需要两步才能实现耐蚀性的提升。即需要分开喷涂防腐蚀涂层和封闭层两层，如此会导致生产效率降低，而且，多一道工序会使整体合格率下降，同时由于两层喷涂层的厚度根据需要满足喷涂层的下限值而造成成本浪费，导致成本较高。
本发明构思提供了一种在降低层厚的同时能够实现高耐蚀性的防腐蚀炊具，所述防腐蚀炊具包括基体层和形成在基体层上的防腐蚀层。
基体层可以包括铁基、铝基、不锈钢基、钛基以及由上述基材组合而成的复合基材中的至少一种，并且可以具有炊具的表面轮廓。然而，示例性实施例不限于此。
基体层可以包括用于容纳空间的内表面以及与内表面相对的外表面，其内表面上可以设置防腐蚀层，并且其外表面上可以设置导磁层、附加防腐蚀层、装饰层等。
根据本发明构思的示例性实施例，防腐蚀层的至少部分可以利用包含铝的层状硅酸盐与水的水化反应而形成。
层状硅酸盐主要指的具有层状晶体结构的硅酸盐，其具有类似石墨的层状晶体结构。根据示例性实施例，包含铝的层状硅酸盐可以包括叶蜡石、高岭石、白云母、海绿石、葡萄石、绿泥石、伊利石、铁锂云母、锂云母、羟铁云母、黑云母、金云母、蛭石和蒙脱石中的至少一种，并且其化学式的示例可以表示如下：
高岭石Al4[Si4O10](OH)8；
叶蜡石Al2[Si4O10](OH)2；
蒙脱石(Na,Ca)0.33(Al,Mg,Fe)2[(Si,Al)4O10](OH)2·nH2O；
蛭石[(Mg,Ca)0.5(H2O)4](Mg,Fe,Al)3[(Si,Al)4O10](OH)2；
金云母KMg3[Si3AlO10](OH,F)2；
黑云母K(Mg,Fe)3[Si3AlO10](OH,F)2；
羟铁云母KFe3[Si3AlO10](OH,F)2；
白云母KAl2[Si3AlO10](OH,F)2；
锂云母K(Li,Al)2.5-3[Si3.5-3Al0.5-1O10](OH,F)2；
铁锂云母K(Li,Fe,Al)3[Si3-3.5Al1-0.5O10](OH,F)2；
伊利石(K,H3O)(Al,Mg,Fe)2[(Si,Al)4O10](OH)2；
绿泥石(Mg,Al,Fe)6[(Si,Al)4O10](OH)8；
葡萄石Ca2Al[Si3AlO10](OH)2；
海绿石K(Fe,Mg,Al)2[Si4O10](OH)2。
根据示例性实施例，层状硅酸盐的层状结构类似鳞片结构，单个鳞片面积在1μm2～5μm2的范围内，这是因为：面积太小，形成的层状硅酸盐层的强度较低；相反，当面积太大时，易出现不粘性不佳的现象。另外，层状硅酸盐的层状孔隙间距需要小于0.5μm，这是因为超过0.5μm时形成的层状硅酸盐层的强度较低。
当层状硅酸盐包括上述包含铝的材料时，在水化条件下，层状硅酸盐中的铝会与水反应形成水和氧化铝。水和氧化铝形成在水化反应未发生前的层状硅酸盐的表面上，从而水和氧化铝填充了水化反应之前在层状硅酸盐之间形成的孔隙，这种填充导致孔隙率降低，从而使形成的防腐蚀层具有优异的防腐蚀性质。另外，由于仅通过水化反应降低了孔隙率，因此本发明构思的防腐蚀层相较于由金属层、非金属层和封孔层形成的三层防腐蚀层具有减小的厚度。
在下面，将结合示例描述本发明构思的防腐蚀炊具的制造方法。
根据示例性实施例的不粘炊具的制造方法可以包括：(1)提供基体层；(2)提供含铝的层状硅酸盐材料，并将其敷设在基体层上，以形成层状硅酸盐层；(3)使层状硅酸盐与水反应，以形成防腐蚀层。
根据本发明构思的示例性实施例，可以利用铁基、铝基、不锈钢基、钛基以及由上述基材组合而成的复合基材中的至少一种形成的具有一定形状的坯层来提供具有容置空间的基体层。这里，基体层可以具有内表面和外表面，内表面用于敷设不粘层，而外表面可以选择性地敷设导磁层、防锈层等。
此外，在提供基体层后，可以对基体层(即，基体层的内表面)执行喷砂处理，使得基体层的表面粗糙度可以在3μm～8μm的范围内，以便于后面的层的牢固地附着。
此外，为了提高后面要形成的层状硅酸盐层与基体层之间的结合力，可以在基体层上直接设置过渡层。也就是说，可以在经喷砂处理或未经喷砂处理的基体层的内表面上设置过渡层。根据示例性实施例，过渡层可以包括铝、铝合金、锌、锌合金、钛、钛合金、铜、铜合金、镍、镍合金和不锈钢中的至少一种，并且可以具有在10μm～30μm的厚度以及5μm～10μm的表面粗糙度。例如，可以利用粒度尺寸在10μm～20μm的范围内的金属钛颗粒通过等离子喷涂工艺在基体层的内表面上形成厚度为10μm～30μm、表面粗糙度Ra在5μm～10μm的范围内的过渡层，其工艺参数可以为：电流250A～350A、电压30V～60V、主气(氩气)流量1500L/H～2000L/H、氢气流量30L/H～50L/H、送粉气流量20L/H～40L/H、送粉量20g/min～50g/min、喷涂距离(枪嘴离工件距离)15cm～25cm、喷涂角度30°～80°、工件温度10℃～40℃。然而，本发明构思的示例性实施例不限于上述工艺及相应参数，并且可以省略过渡层。
接下来，可以准备包含铝的层状硅酸盐材料。根据示例性实施例，层状硅酸盐材料可以包括上面结合示例性实施例描述的叶蜡石、高岭石、白云母、海绿石、葡萄石、绿泥石、伊利石、铁锂云母、锂云母、羟铁云母、黑云母、金云母、蛭石和蒙脱石中的至少一种，并且可以具有在20μm～100μm的范围内的粉末粒度。
虽然这里描述了在设置过渡层后执行准备硅酸盐材料的步骤，然而示例性实施例不限于此。也就是说，准备硅酸盐材料的步骤可以在上面描述的任何步骤之前或期间。
在准备好层状硅酸盐材料之后，可以利用形成层的工艺将其敷设在基体层上，以形成层状硅酸盐层。这里，可以采用热喷涂(例如，等离子喷涂)的方式将上述粒度范围内的含铝层状硅酸盐材料喷涂在基体层或过渡层的内表面上，以形成层状硅酸盐层。例如，当采用热喷涂工艺形成层状硅酸盐层时，其工艺参数可以为：电流400A～550A；电压50V～80V；主气(氩气)流量1000L/H～1500L/H；氢气流量50L/H～100L/H；送粉气流量20L/H～40L/H；送粉量20g/min～50g/min；喷涂距离(枪嘴离工件距离)15cm～25cm；喷涂角度30°～80°；工件温度10℃～40℃。这里，热喷涂功率取决于电流×电压值，当功率值太小时，层状硅酸盐无法熔融从而无法形成涂层；然而，当功率太大时，其会破坏层状结构，导致无法形成层状热喷涂层。通过上述工艺，可以在炊具的基体层或者过渡层上形成厚度在20μm～100μm的范围内的层状硅酸盐层。
在形成层状硅酸盐层后，可以对层状硅酸盐层进行砂光处理，以使层状硅酸盐层的表面光整，并将其表面粗糙度控制在小于3μm。然而，本发明构思不限于此，并且可以省略对层状硅酸盐层执行砂光步骤。
此后，可以使层状硅酸盐与水接触以进行水化反应。
例如，可以使包括层状硅酸盐层和基体层的基体温度保持在40℃-60℃的同时使层状硅酸盐层中的至少部分与水均匀接触，并且使得擦涂在层状硅酸盐层上的水不以液滴的形式留在层状硅酸盐层上即可。例如，在形成层状硅酸盐层后，可以利用加热装置(例如，烘箱)使包括基体层和层状硅酸盐层的基体具有40℃-60℃的温度，然后将具有上述温度范围内的基体放在砂光模具上以使其转动，在转动的同时利用涂有自来水的干净抹布将自来水均匀涂覆在锅具内表面，使得水能够均匀的与层状硅酸盐接触且不在层状硅酸盐层上形成液滴，以实现水化反应。
经过一段时间(例如，2min-5min)，通过水化反应，可以在炊具的基材上形成厚度为20μm～100μm的防腐蚀层。然而，示例性实施例不限于水化时间。
为了进一步降低孔隙率，可以在水化反应后对防腐蚀层进行剖光处理。例如，可以使用麻布轮对防腐蚀层的表面进行抛光，使得通过外力对防腐层进行挤压来进一步减少层状结构间的孔隙，以提高耐蚀性。然而，示例性实施例不限于此，并且可以省略剖光处理。
在上面，已经结合示例性实施例详细描述了本发明构思的防腐蚀炊具及其制备方法。在下面，将结合具体示例来体现本发明构思的不防腐蚀炊具的有益效果。
实施例1
提供铝锅基体层。
对铝锅基体层的内表面执行喷砂处理，将其内表面的粗糙度控制在约4μm的范围内。
利用金属粒度大约为10μm的钛颗粒通过等离子喷涂技术在铝锅基体层的内表面上形成厚度约为30μm、粗糙度约为8μm的过渡层。这里，等离子喷涂工艺的参数为：电流为250A、电压为40V、主气(氩气)流量为1700L/H、氢气流量为50L/H、送粉气流量为30L/H、送粉量为20g/min、喷涂距离为20cm、喷涂角度为40°、工件温度为20℃。
利用等离子喷涂技术在过渡层上喷涂粒度大约在20μm的高岭石，以形成厚度约为20μm的层状硅酸盐层。这里，等离子喷涂工艺的参数为：电流为400A；电压为80V；主气(氩气)流量为1000L/H；氢气流量为70L/H；送粉气流量为40L/H；送粉量为30g/min；喷涂距离为20cm；喷涂角度为40°；工件温度为20℃。
之后，可以对厚度约为20μm的层状硅酸盐层执行砂光处理，使层状硅酸盐层的表面粗糙度控制在约2μm。
之后，利用烘箱使包括基体层和层状硅酸盐层的基体具有40℃的温度，然后将基体放在砂光模具上以使其转动，在转动的同时利用涂有自来水的干净抹布将自来水均匀涂覆在锅具内表面，使得水均匀的与层状硅酸盐接触且不在层状硅酸盐层上形成液滴。
经过2min，使用麻布轮对反应后的防腐蚀层的表面进行抛光，以使表面光洁，最终获得根据实施例1的防腐蚀炊具。
实施例2
与实施例1的区别在于采用绿泥石形成层状硅酸盐层。
实施例3
与实施例1的区别在于采用金云母形成层状硅酸盐层。
实施例4
与实施例1的区别在于过渡层的厚度为约10μm。
实施例5
与实施例1的区别在于过渡层的厚度为约20μm。
实施例6
与实施例1的区别在于防腐蚀层的厚度为约60μm。
实施例7
与实施例1的区别在于防腐蚀层的厚度为约80μm。
实施例8
与实施例1的区别在于防腐蚀层的厚度为约100μm。
实施例9
与实施例1的区别在于层状硅酸盐的粒度为约60μm。
实施例10
与实施例1的区别在于层状硅酸盐的粒度为约100μm。
实施例11
与实施例1的区别在于利用烘箱使基体具有50℃的温度。
实施例12
与实施例1的区别在于利用烘箱使基体具有60℃的温度。
对比例1
与实施例1的区别在于采用滑石形成层状硅酸盐层。
对比例2
与实施例1的区别在于采用蛇纹石形成层状硅酸盐层。
对比例3
与实施例1的区别在于无过渡层。
对比例4
与实施例1的区别在于过渡层的厚度为约40μm。
对比例5
与实施例1的区别在于防腐蚀层的厚度为约10μm。
对比例6
与实施例1的区别在于防腐蚀层的厚度为约200μm。
对比例7
与实施例1的区别在于利用烘箱使基体具有20℃的温度。
对比例8
与实施例1的区别在于利用烘箱使基体具有80℃的温度。
对比例9
与实施例1的区别在于防腐蚀层的粒度为10μm。
通过以上实施例1-12和对比例1-9得到的防腐蚀层进行防锈测试，其测试标准为：参考GB/T 32432中镀层锅具耐腐蚀性测试方法，时间越长，耐蚀性越好。0.5H记录一次，具体的测试步骤如下：
1)在锅内注入锅体容积1/3的5％NaCl溶液；
2)盖上盖子，烧沸后保持微沸，烧煮过程中要不断添加蒸馏水，保持溶液原有的浓度，记录出现腐蚀时间；
3)倒掉锅内溶液用自来水冲洗锅体，并用软布吸干后观察。
观察表面腐蚀，锈点及变色情况。如无上述腐蚀，则接着煮，记录出现上述腐蚀现象的时间。测试结果如下表1所示。
表1
| 编号 | 防锈测试(H) |
| 实施例1 | 9 |
| 实施例2 | 10.5 |
| 实施例3 | 6 |
| 实施例4 | 6 |
| 实施例5 | 7 |
| 实施例6 | 11.5 |
| 实施例7 | 13 |
| 实施例8 | 14 |
| 实施例9 | 8 |
| 实施例10 | 6.5 |
| 实施例11 | 9.5 |
| 实施例12 | 10 |
| 对比例1 | 4 |
| 对比例2 | 4 |
| 对比例3 | 5 |
| 对比例4 | 9.5 |
| 对比例5 | 5 |
| 对比例6 | 15 |
| 对比例7 | 3H时涂层出现崩落 |
| 对比例8 | 9 |
| 对比例9 | 5 |
通过上面的实施例可以看出，根据本发明构思的防腐蚀炊具具有优异的防腐蚀性能，其中，实施例1-3中，由于实施例2中的铝含量高，因此实施例2的耐蚀性最好，而实施例3中的铝含量最低，因此其耐蚀性相对差。另外，虽然对比例4、6和8具有相对高的耐蚀性，但其成本需求较高且耐蚀性提升不显著。
虽然已经描述了本发明的一个或更多个实施例，但本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以对其进行形式上和细节上的各种改变。
Claims (9)
1.一种防腐蚀炊具，其特征在于，所述防腐蚀炊具包括：
基体层；
防腐蚀层，位于基体层上，
其中，所述防腐蚀层的至少部分利用包含铝的层状硅酸盐与水在40℃-60℃的条件下的水化反应而形成，其中，在水化条件下，层状硅酸盐中包括的铝与水反应形成水和氧化铝，并且水和氧化铝形成在水化反应未发生前的层状硅酸盐的表面上，从而水和氧化铝填充了水化反应之前在层状硅酸盐之间形成的孔隙。
2.如权利要求1所述的防腐蚀炊具，其特征在于，所述层状硅酸盐包括叶蜡石、高岭石、白云母、海绿石、葡萄石、绿泥石、伊利石、铁锂云母、锂云母、羟铁云母、黑云母、金云母、蛭石和蒙脱石中的至少一种。
3.如权利要求1所述的防腐蚀炊具，其特征在于，所述基体层与所述防腐蚀层之间还包括由金属材料形成的过渡层。
4.如权利要求3所述的防腐蚀炊具，其特征在于，过渡层的厚度在10μm～30μm的范围内。
5.如权利要求1所述的防腐蚀炊具，其特征在于，所述防腐蚀层的厚度在20μm～100μm的范围内。
6.一种制造防腐蚀炊具的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供基体层；
在基体层的内表面上敷设包含铝的层状硅酸盐，以形成层状硅酸盐层；
使层状硅酸盐层的至少部分与水接触而进行水化反应，以形成防腐蚀层，从而获得防腐蚀炊具，
其中，在水化反应中，使基体的温度保持在40℃-60℃的同时使层状硅酸盐层中的至少部分与水均匀接触，使得层状硅酸盐中包括的铝与水反应形成水和氧化铝，并且水和氧化铝形成在水化反应未发生前的层状硅酸盐的表面上，从而水和氧化铝填充了水化反应之前在层状硅酸盐之间形成的孔隙。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，层状硅酸盐的粒度在20μm～100μm的范围内。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，层状硅酸盐层的厚度在20μm～100μm的范围内。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对防腐蚀层进行剖光处理的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 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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