一種金屬陶瓷耐磨塗層不粘鍋的製備方法
2023-10-07 14:24:39
一種金屬陶瓷耐磨塗層不粘鍋的製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種金屬陶瓷耐磨塗層不粘鍋的製備方法，所述不粘鍋包括鍋體以及位於鍋內表面的石墨層和金屬陶瓷塗層，所述金屬陶瓷層包括碳化鈦金屬陶瓷塗層。本發明的耐磨不粘鍋的鍋底內表面設有凹凸不平的凸起結構，使鍋底與食物的接觸面積減小；另外，鈦基金屬陶瓷高溫下性質穩定，且對食物無汙染，熔射顆粒和基材結合緊密，附著力高，耐磨性好，從而達到高溫烹製過程中食物不易粘鍋的目的，可取代現有的鐵氟龍不粘塗料。本發明製備的金陶瓷耐磨塗層不粘鍋是一種設計巧妙，性能優良，無毒環保的不粘鍋，更加符合當前國際環境組織和國家所提出的「安全、健康、節能、綠色、環保」的要求。本發明工藝方法簡單，適合大規模生產。
【專利說明】一種金屬陶瓷耐磨塗層不粘鍋的製備方法
[0001]本發明是申請號:201210374979X，申請日:2012-09_29，發明名稱:一種耐磨塗層不粘鍋，的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種不粘鍋，具體的說，涉及一種基底為不鏽鋼、鋁、鋁合金、鑄鐵或鋼的耐磨不粘鍋及其製備方法。
【背景技術】
[0003]長期以來人們一直使用傳統的金屬鍋(鑄鐵、不鏽鋼、鋁以及鋁合金)烹飪食品，但是在烹飪過程中時常發生食物粘鍋現象。這不僅破壞了食物外形，而且粘鍋的食物容易發生焦糊，甚至產生有害物質，影響人體健康。此外也增加了炊具洗刷難度，給烹飪帶來不便。因此不粘鍋自發明以來就因為其易清洗、可輕鬆煎、炒食物而不粘鍋，能最大限度的減少油煙，符合現代人們追求綠色食品，低脂肪、低熱量的需要的性能而備受大眾的喜愛。
[0004]但是目前市場主流的不粘鍋都是依靠在表面噴塗一層聚氟樹脂類的不粘塗料，依靠其強疏水性和低摩擦係數的特性，來實現食物不粘的，它的確能滿足人們烹飪過程中不發生食物粘鍋的要求，不過它也存在許多缺陷。首先是聚四氟乙烯塗層的強度較差，容易脫落和損壞，而且烹飪過程中會發生軟化，只能用木鏟，也不能烹飪較硬的食物；同時這種不粘鍋也不宜烹飪酸性食物，否則會影響不粘鍋的使用壽命；此外聚四氟乙烯塗層的使用溫度一般不能超過250°C，人們在使用時難以嚴格控制，容易因幹燒而損壞。對於聚四氟乙烯塗層不粘鍋在使用過程中對人體健康是否存在危害也一直存在爭議，不斷引發爭端；而且一旦不粘塗料脫落，就會導致不粘性能的大大降低。
[0005]隨著中國廚衛革命的興起，「安全、健康、節能、綠色、環保」等成為備受消費者廣泛關注和21世紀廚衛革命發展的主流。廚房水、電、氣等配套設施的改善，安全環保炊具的發展己成為炊具行業的亮點和熱點。從整體上看，目前我國家庭廚房中不粘鍋市場尚處於剛剛起步階段。據調查，城市家庭的擁有率還非常低，不足1%，農村基本上處於空白。因此，炊具產品的節能化、自動化、智能化、美觀化將是炊具行業的又一發展趨勢。
[0006]陶瓷材料在國防、機械、化工、冶金、電子等領域具有廣泛的用處。其中，碳化鈦TiC陶瓷具有熔點高，導熱性能好，硬度大，化學穩定好，不水解，高溫抗氧化性好，熱膨脹係數小、抗熱震和耐化學腐蝕性強等優點，一直是世界各國材料學者研究的熱點。近年來，對不粘鍋的陶瓷塗層也大有進展，已經有將氧化鈦或氮化物陶瓷用於不粘鍋的報導，且已取得了可觀的經濟和社會效益(如Arcopal, Vis1n等品牌)。
[0007]基於上述需求，本發明提供一種碳化矽類金屬陶瓷的耐磨塗層不粘鍋。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種碳化鈦類金屬陶瓷耐磨塗層不粘鍋及其製備方法。
[0009]本發明所述的耐磨塗層不粘鍋包括鍋體以及位於鍋內表面的石墨層和金屬陶瓷塗層，石墨層的厚度為5-8 μ m，所述金屬陶瓷層厚度為10-30 μ m，包括碳化鈦金屬陶瓷塗層。
[0010]所述金屬陶瓷塗層還包括硼化鈦，所述硼化鈦的重量為金屬陶瓷塗層的4-30%;。
[0011]碳化鈦陶瓷硬度大，並具有良好的力學性能，是非常好的耐磨材料，但近年來，由於三氧化二鋁極為穩定，不粘鍋的基材常常選用鋁或鋁合金，而在碳熱反應過程中，碳有可能和鋁發生反應生成碳化鋁，碳化鋁的存在會大大降低材料的力學性能和化學穩定性。因此，本發明人在噴塗複合陶瓷粉末之前，在鍋底基體先塗覆一層石墨，一方面能夠為複合陶瓷粉末的製備提供原料，另一方面也防止噴塗過程中碳與鋁接觸結合生成碳化鋁。
[0012]另外，發明人還發現硼化鈦的存在將大大抑制碳化鋁的生成，為保證本發明所述鍋底耐磨塗層的性能，本發明所述的耐磨塗層中還包括硼化鈦；
[0013]硼化鈦(TiB2)是硼和鈦最穩定的化合物，純硼化鈦粉末是灰色或灰黑色的，具有六方(A1B2)的晶體結構，這種類似於石墨的硼原子層狀結構和Ti外層電子決定了 TiB2具有良好的導電性和金屬光澤，而硼原子面和鈦原子面之間T1-B鍵決定了這種材料的高硬度和脆性的特點。因此，其在金屬陶瓷塗層中的含量不易過高，優選4-10% ；
[0014]本發明所述的塗層材料可採用本領域常用的方法進行塗覆，如等離子噴塗，火焰噴塗等。噴塗原料可選擇碳化鈦，二氧化矽及矽酸鹽等，硼粉；噴塗原料可以市購，也可按本領域常用的方法自制，例如碳化鈦粉末一般情況下由T12與炭黑在通氫氣的碳管爐或調頻真空爐內於1600°c -1800°c高溫下反應製得。
[0015]特別的，本發明提供一種上述金屬陶瓷耐磨塗層的製備方法。
[0016]所述金屬陶瓷耐磨塗層不粘鍋的製備方法，包括如下步驟:
[0017]I)鍋體成型:選擇金屬板製成鍋胚；
[0018]2)基體表面處理:將上述鍋胚放入拋砂機或噴砂機內，用碳化矽陶瓷、不鏽鋼珠為噴丸或噴砂，進行拋砂或噴砂粗化處理，使鍋底基體的內表面形成凹凸不平的凸起結構，然後進行除油處理，並進行清洗；
[0019]3)將石墨粉配置成漿料，塗覆在鍋底內表面；
[0020]4)配置水合二氧化鈦和石墨粉均勻混合的混合粉體漿料，同時配置正矽酸乙酯水解溶液，然後將上述混合粉體漿料和水解溶液混合，並將其塗覆在鍋底基體的內表面上；
[0021]5)在惰性氣氛中，以雷射作為熱源在基體表面輻照形成熔池，使混合漿料發生碳熱反應，在鍋底基體的內表面上生成碳化鈦金屬陶瓷層。
[0022]步驟2)中，拋、噴砂所用的碳化矽或不鏽鋼鋼珠的顆粒的粒度為20目?50目；所述的除油和清洗可採用本領域常用的方法進行。
[0023]步驟3)中，所述石墨漿料可將石墨粉與常用溶劑混合得到，如水，乙醇等；石墨與溶劑的比例可為任意比例，只要保證石墨為漿料即可；
[0024]步驟3)和4)中，所述塗覆可採用常用的方法進行，如塗抹，噴槍噴塗等；所述塗覆可分為多次進行；
[0025]所述塗覆可塗覆全部鍋底內表面，也可塗覆部分鍋底內表面；優選塗覆20-80%鍋底內表面；
[0026]步驟4)中，所述混合粉體漿料如下配置:先配置石墨的均勻分散的懸浮液，再將鈦酸丁脂、鈦酸異丙脂或者異丙醇鈦滴加入石墨懸浮液中，並攪拌均勻，球磨後得到水合二氧化鈦和石墨粉均勻混合的混合粉體；其中，所述步驟混合粉體漿料中水合二氧化鈦與石墨粉的摩爾量比為1:2?8 ;
[0027]另外，步驟4)還可以包括，向製備的混合粉體漿料中添加三氧化二硼粉末，此時，水合二氧化鈦、石墨粉與三氧化二硼的摩爾量比為1:2?8:0.2-1 ;所述配置過程為:先配置石墨和三氧化二硼的均勻分散的懸浮液，再將鈦酸丁脂、鈦酸異丙脂或者異丙醇鈦滴加入懸浮液中，並攪拌均勻，球磨後得到水合二氧化鈦、三氧化二硼和石墨粉均勻混合的混合粉體；
[0028]溶劑可選用本領域常用的溶劑，如水、乙醇等，優選無水乙醇和蒸餾水按照1-3:1的重量比混合的乙醇溶液；
[0029]步驟4)中，所述正矽酸乙酯水解溶液按以下方法配置:將正矽酸乙酯、無水乙醇和蒸餾水按照(80-100): (20-40): (20-40)的重量比混合，充分攪拌配製成水解溶液；
[0030]優選的，所述金屬陶瓷耐磨塗層可分為多次，更優選分三次得到，分別噴塗底油、噴塗中油和噴塗面油，噴塗底油的厚度為3?8 μ m，噴塗中油的厚度為3?8 μ m，噴塗面油的厚度為7?10 μ m，也就是說，將步驟4)和5)依次重複三次以獲得理想厚度的金屬陶瓷耐磨塗層，這樣得到的塗層不易開裂，表面平整，使用年限長。
[0031]所述步驟5)中，所述惰性氣氛可選用氬氣等不與反應物發生反應的氣氛；優選氬氣，其氬氣流量為15?20L/min。
[0032]所述步驟5)中，採用脈衝Nd =YAG雷射對步驟4)製得的塗層進行強化處理，電流為200?280A，脈寬為2?4ms，頻率15?40Hz，掃描速率為30?60mm/min。
[0033]另外，需要注意的是，上述步驟I)的鍋體成型選擇金屬板，採用旋壓、鑄造、衝壓的成型工藝方法形成炊具結構，然後修理毛邊，清理後形成炊具鍋胚；基底可選擇不粘鍋常用材質，如不鏽鋼、鋁、鋁合金、鑄鐵或鋼等，優選鋁或鋁合金；
[0034]上述步驟2)中，噴砂的空氣需要經過淨化處理，對噴砂後的粗糙度的測量採用粗糙度測試儀，生產中的測試則採用粗糙度標準樣塊比較測定。
[0035]本發明的耐磨不粘鍋的內表面設有凹凸不平的凸起結構，使鍋底與食物的接觸面積減小；另外，鈦基金屬陶瓷高溫下性質穩定，且對食物無汙染，熔射顆粒和基材結合緊密，附著力高，耐磨性好，從而達到高溫烹製過程中食物不易粘鍋的目的，可取代現有的鐵氟龍不粘塗料。本發明工藝方法簡單，適合大規模生產。本發明製備的金陶瓷耐磨塗層不粘鍋是一種設計巧妙，性能優良，無毒環保的不粘鍋，更加符合當前國際環境組織和國家所提出的「安全、健康、節能、綠色、環保」的要求。
【具體實施方式】
[0036]下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述。如無特別指明，本發明所用的原料均為市購。
[0037]實施例1
[0038]按如下方法製備本發明所述的金屬陶瓷耐磨塗層不粘鍋:
[0039]I)鍋體成型:選擇鋁合金板，採用旋壓方式形成炊具結構，然後修理毛邊，清理後形成炊具鍋胚；
[0040]2)基體表面處理:將上述鍋胚放入拋砂機內，用20目?50目的碳化矽陶瓷為噴丸，進行噴砂粗化處理，噴砂處理30分鐘，使鍋底基體的內表面形成凹凸不平的凸起結構，然後進行酸洗、水洗；
[0041]3)取50%的酒精，將石墨粉配置成漿料，酒精和石墨的體積比為1:1，球磨lh，然後塗覆在鍋底內表面；
[0042]4)取50%的酒精，酒精和石墨的體積比為10:1，先配置石墨的均勻分散的懸浮液，再將鈦酸丁脂滴加入石墨懸浮液中，並攪拌均勻，球磨後得到水合二氧化鈦和石墨粉均勻混合的混合粉體；其中，混合粉體漿料中水合二氧化鈦與石墨粉的摩爾量比為1:3.5 ;
[0043]配置正矽酸乙酯水解溶液:將正矽酸乙酯、無水乙醇和蒸餾水按照100:20:40的重量比混合，充分攪拌配製成水解溶液；
[0044]然後將上述混合粉體漿料和水解溶液混合，並將其塗覆在鍋底基體的全部內表面上;
[0045]5)氬氣流量為15L/min，在氬氣氣氛中，採用脈衝Nd:YAG雷射對步驟4)製得的塗層進行強化處理，電流為200A，脈寬為2ms，頻率15Hz，掃描速率為30mm/min，使混合漿料發生碳熱反應，在鍋底基體的內表面上生成碳化鈦金屬陶瓷層。
[0046]步驟4)和5)依次重複三次以獲得理想厚度的金屬陶瓷耐磨塗層，分別噴塗底油、噴塗中油和噴塗面油，噴塗底油的厚度為3 μ m，噴塗中油的厚度為8 μ m，噴塗面油的厚度為 7 μ m,
[0047]石墨層的厚度為5 μ m，所述金屬陶瓷層厚度為18 μ m。塗層光滑，顏色、遮蓋力和光澤基本均勻一致，無氣泡，不脫落。符合不粘鍋標準。
[0048]實施例2
[0049]按如下方法製備本發明所述的金屬陶瓷耐磨塗層不粘鍋:
[0050]I)鍋體成型:選擇不鏽鋼板，採用旋壓方式形成炊具結構，然後修理毛邊，清理後形成炊具鍋胚；
[0051]2)基體表面處理:將上述鍋胚放入拋砂機內，用20目?50目的碳化矽陶瓷為噴丸，進行噴砂粗化處理，噴砂處理30分鐘，使鍋底基體的內表面形成凹凸不平的凸起結構，然後進行酸洗、水洗；
[0052]3)取75%的酒精，將石墨粉配置成漿料，酒精和石墨的體積比為2:1，球磨3h，然後塗覆在鍋底內表面；
[0053]4)取75%的酒精，酒精和石墨、三氧化二硼的體積比為15:1:1，先配置石墨和三氧化二硼的均勻分散的懸浮液，再將鈦酸異丙脂滴加入懸浮液中，並攪拌均勻，球磨3h後得到水合二氧化鈦、三氧化二硼和石墨粉均勻混合的混合粉體；其中，水合二氧化鈦、石墨粉與三氧化二硼的摩爾量比為1:8:1 ;
[0054]配置正矽酸乙酯水解溶液:將正矽酸乙酯、無水乙醇和蒸餾水按照100:40:40的重量比混合，充分攪拌配製成水解溶液；
[0055]然後將上述混合粉體漿料和水解溶液混合，並將其塗覆在鍋底基體的全部內表面上；所述塗覆可塗覆鍋底內表面的80%，
[0056]5)氬氣流量為20L/min，在氬氣氣氛中，採用脈衝Nd:YAG雷射對步驟4)製得的塗層進行強化處理，電流為280A，脈寬為4ms，頻率40Hz，掃描速率為60mm/min，使混合漿料發生碳熱反應，在鍋底基體的內表面上生成碳化鈦金屬陶瓷層。
[0057]步驟4)和5)依次重複三次以獲得理想厚度的金屬陶瓷耐磨塗層，分別噴塗底油、噴塗中油和噴塗面油，噴塗底油的厚度為8 μ m，噴塗中油的厚度為8 μ m，噴塗面油的厚度為 10 μ m,
[0058]石墨層的厚度為8 μ m,所述金屬陶瓷層厚度為26 μ m。塗層光滑，顏色、遮蓋力和光澤基本均勻一致，無氣泡，不脫落。符合不粘鍋標準。
[0059]實施例3
[0060]按如下方法製備本發明所述的金屬陶瓷耐磨塗層不粘鍋:
[0061]I)鍋體成型:鑄鐵澆注形成炊具結構，然後修理毛邊，清理後形成炊具鍋胚；
[0062]2)基體表面處理:將上述鍋胚放入拋砂機內，用20目~50目的碳化矽陶瓷為噴砂，進行噴砂粗化處理，噴砂處理30分鐘，使鍋底基體的內表面形成凹凸不平的凸起結構，然後進行酸洗、水洗；
[0063]3)取50%的酒精，將石墨粉配置成漿料，酒精和石墨的體積比為0.5:1，球磨lh，然後塗覆在鍋底內表面；
[0064]4)取75%的酒精，酒精和石墨、三氧化二硼的體積比為15:1:2，先配置石墨和三氧化二硼的均勻分散的懸浮液，再將異丙醇鈦滴加入懸浮液中，並攪拌均勻，球磨3h後得到水合二氧化鈦、三氧化二硼和石墨粉均勻混合的混合粉體；其中，水合二氧化鈦、石墨粉與三氧化二硼的摩爾量比為2:4:1 ;
[0065]配置正矽酸乙酯水解溶液:將正矽酸乙酯、無水乙醇和蒸餾水按照80:30:30的重量比混合，充分攪拌配製成水解溶液；
[0066]然後將上述混合粉體漿料和水解溶液混合，並將其塗覆在鍋底基體的內表面上的60% ；
[0067]5)氬氣流量為15L/min，在氬氣氣氛中，採用脈衝Nd:YAG雷射對步驟4)製得的塗層進行強化處理，電流為250A，脈寬為3ms，頻率30Hz，掃描速率為40mm/min，使混合漿料發生碳熱反應，在鍋底基體的內表面上生成碳化鈦金屬陶瓷層。
[0068]步驟4)和5)依次重複三次以獲得理想厚度的金屬陶瓷耐磨塗層，分別噴塗底油、噴塗中油和噴塗面油，噴塗底油的厚度為5 μ m，噴塗中油的厚度為5 μ m，噴塗面油的厚度為 10 μ m,
[0069]石墨層的厚度為6 μ m，所述金屬陶瓷層厚度為20 μ m。塗層光滑，顏色、遮蓋力和光澤基本均勻一致，無氣泡，不脫落。符合不粘鍋標準。
[0070]將實施例1-3製備的金屬陶瓷耐磨塗層進行檢測，結果見表1。
[0071]表1、性能檢測表
[0072]
【權利要求】
1.一種金屬陶瓷耐磨塗層不粘鍋的製備方法，所述的金屬陶瓷耐磨塗層不粘鍋包括鍋體以及位於鍋底內表面的石墨層和金屬陶瓷塗層，石墨層的厚度為5-8 μ m，所述金屬陶瓷層厚度為10-30 μ m，所述金屬陶瓷層包括碳化鈦金屬陶瓷塗層，所述金屬陶瓷塗層還包括硼化鈦，所述硼化鈦的重量為金屬陶瓷塗層的4-30%，其特徵在於，包括如下步驟: 1)鍋體成型:選擇金屬板製成鍋胚； 2)基體表面處理:將上述鍋胚放入拋砂機或噴砂機內，用碳化矽陶瓷、不鏽鋼珠為噴丸或噴砂，進行拋砂或噴砂粗化處理，使鍋底基體的內表面形成凹凸不平的凸起結構，然後進行除油處理，並進行清洗； 3)將石墨粉配置成漿料，塗覆在鍋底內表面； 4)配置水合二氧化鈦和石墨粉均勻混合的混合粉體漿料，同時配置正矽酸乙酯水解溶液，然後將上述混合粉體漿料和水解溶液混合，並將其塗覆在鍋底基體的內表面上； 5)在惰性氣氛中，以雷射作為熱源在基體表面輻照形成熔池，使混合漿料發生碳熱反應，在鍋底基體的內表面上生成碳化鈦金屬陶瓷層， 其中，步驟4)中，所述混合粉體漿料如下配置:取溶劑，先配置石墨的均勻分散的懸浮液，再將鈦酸丁脂、鈦酸異丙脂或者異丙醇鈦滴加入石墨懸浮液中，並攪拌均勻，球磨後得到水合二氧化鈦和石墨粉均勻混合的混合粉體；其中，所述步驟4)混合粉體漿料中水合二氧化鈦與石墨粉的摩爾量比為1:2?8 ; 其中，步驟4)還包括，向製備的混合粉體漿料中添加三氧化二硼粉末，此時，水合二氧化鈦、石墨粉與三氧化二硼的摩爾量比為1:2?8:0.2-1 ;所述配置過程為:取溶劑，先配置石墨和三氧化二硼的均勻分散的懸浮液，再將鈦酸丁脂、鈦酸異丙脂或者異丙醇鈦滴加入懸浮液中，並攪拌均勻，球磨後得到水合二氧化鈦、三氧化二硼和石墨粉均勻混合的混合粉體。
2.如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於，所述步驟4)的溶劑為無水乙醇和蒸餾水按照1-3:1的重量比混合的乙醇溶液。
【文檔編號】A47J36/02GK104172902SQ201410446416
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2012年9月29日 優先權日:2012年9月29日
【發明者】黃立波 申請人:黃立波