專利名稱：涂敷了耐磨不粘樹脂的底物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在底物上涂敷耐刮磨金屬層和此后涂敷不粘涂層的方法。用這種方法所形成的底物得到使用壽命很長的不粘表面。
背景技術(shù)：
長期以來人們都期望，使金屬底物上不粘樹脂涂層經(jīng)得起更為長久的磨損。US 5,411,771(蔡)披露了在100至300安培電流和5至8kg/cm2的壓力下，將包括銅、鋅、鎳、鉻、鋁、碳鋼及其它不銹鋼的金屬材料電弧噴涂至鐵、鋼、銅或鋁制底物上，以形成底物上的硬質(zhì)層，從而在此硬質(zhì)層上再涂敷23-36微米厚的聚四氟乙烯(PTFE)不粘層，達(dá)到鉛筆硬度8-9H的硬質(zhì)層，據(jù)披露是為了使不粘層能耐磨。該專利披露了更好以不銹鋼的底物和用低碳鋼為電弧噴涂的金屬絲，形成硬質(zhì)層。美國專利US 5,462,769(蔡)根據(jù)上述5,411,771專利進(jìn)行了改進(jìn)，通過形成PTFE/全氟烷氧基聚合物(PFA)的不粘涂層，防止烹飪器皿表面銹蝕。兩篇專利均要求在進(jìn)行機(jī)械噴涂金屬步驟之前，要使該金屬底物形成會糙化硬質(zhì)層，尤其采用氧化鋁噴砂該底物表面，以產(chǎn)生Ra為4.5～5.5微米(177～217微英寸)的表面粗糙度。在這樣的糙化表面上形成的硬質(zhì)層一般均有較大的粗糙度，為5-8微米(197-315微英寸)，導(dǎo)致不粘層粗糙度為2.5-5.5微米(98-217微英寸)。這些專利的方法的一個(gè)缺點(diǎn)在于需要在噴涂之前噴砂底物表面。這樣的噴砂，生產(chǎn)操作困難、昂貴，且對環(huán)境不友好，特別是對于烹飪器皿的生產(chǎn)，因?yàn)閴嚎s空氣消耗大；旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件在四周產(chǎn)生大氣懸浮磨蝕粉塵，增加了維護(hù)費(fèi)用；在噴砂處理操作的四周噪音增大，操作人員需有聽覺保護(hù)；而且噴砂處理機(jī)械的維護(hù)要求下游停工，是工藝的潛在瓶頸。
美國專利US 5,069,937(沃爾)披露，對于噴涂熔融金屬，鋁并非好底物，因?yàn)樵谕繉觾?nèi)會形成氧化鋁，成為明顯的“白色銹”蝕。沃爾要求的權(quán)利保護(hù)就是，采用特殊不銹鋼作為熔融金屬，也就是含25-35％的鉻、8-15％的鎳和余下大部分仍為鐵，解決了這個(gè)問題。沃爾在用這種熔融金屬噴涂之前，仍然要糙化他的底物，糙化形成了峰和谷，峰谷間距為15至20微米(591-787微英寸)。在底物表面上用熔融金屬滴形成直徑為25-50微米(984-1969微英寸)的顆粒會使這種過度糙化甚至更為粗糙。
除需要底物糙化的缺點(diǎn)外，這篇專利內(nèi)容還有另外的缺點(diǎn)。在大規(guī)模生產(chǎn)中，這樣的糙化深度(谷)，是不可能用碳氟烴聚合物層充填牢固和充分的，即使涂敷像液體的分散物，在谷底與聚合物不粘涂料的底面之間也會留下小的空氣囊。最后在加熱作用下這些空氣或其它氣體滲透穿過涂層而膨脹開來，引起底物上噴涂層分離，意味著不粘層損壞。另一個(gè)缺點(diǎn)是源于鋁上涂敷的不同鎳和鉻組成的不銹鋼所引起金屬底物腐蝕。在這樣的底物暴露于電解環(huán)境下時(shí)，諸如西紅柿醬，商業(yè)粉末碟用洗滌劑等，就出現(xiàn)這種腐蝕，電鍍(雙金屬)腐蝕的冶金現(xiàn)象引起鋁底物加速腐蝕。這種腐蝕引起不粘涂層起泡，導(dǎo)致釋放損失和破壞。這樣的腐蝕甚至用高鉻及加鎳含量的不銹鋼合金，如沃爾所述也已觀察到。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種形成金屬底物的新方法，在涂敷不粘涂料之前，在金屬底物如烹調(diào)容器上，涂敷一層熱噴涂金屬層，無需先糙化底物表面，如噴砂處理，也不造成原電池腐蝕的環(huán)境。也就是，按照本發(fā)明金屬底物與所噴涂的金屬層在電化學(xué)上是相容的。因此，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)了一種將金屬涂層粘著在未糙化的金屬底物上的方法，而不致由于金屬層與金屬底物或樹脂外層之間的不良作用，縮短了已延長了的不粘聚合物樹脂外層的使用壽命，甚至在底物為鋁時(shí)，也是如此。
尤其，本發(fā)明提供一種用于此后涂敷不粘聚合物樹脂涂層的未糙化鋁或不銹鋼底物表面的制備方法，即采用當(dāng)該底物表面是鋁時(shí)，在該表面上經(jīng)熱噴涂敷一種含多至50％硅的鋁的金屬層，當(dāng)該底物表面是不銹鋼時(shí)，則熱噴涂敷不銹鋼的金屬層的方法。此外，還提供一種涂過金屬的未糙化底物，在該底物表面上有一層經(jīng)熱噴涂金屬所形成的涂層，所述的金屬與底物具有如上所述的同一性。
術(shù)語“未糙化”指的是底物未經(jīng)噴砂處理。因此底物表面是光滑的，即它所具有的表面是構(gòu)成底物采用的生產(chǎn)方法所賦予的，即(i)由金屬錠塊經(jīng)卷板鍛壓的制品或(ii)由模具出來的如烹飪器皿鑄造制品。
但是，在未糙化底物上的熱噴涂金屬層提供的表面粗糙，能牢固粘著不粘樹脂涂層。本發(fā)明方法能控制金屬層(表面輪廓的)的粗糙度，避免了樹脂外層進(jìn)入不了深谷的現(xiàn)象。金屬化層和金屬化層與不粘聚合物樹脂外層底面間的緊密接觸的共同作用，以及金屬層與底物金屬間的電化學(xué)相容性(galvanic compatibility)，延長了不粘涂層的磨損(壽命)，并使之可能與金屬炊事用具，如鏟勺、攪拌勺、叉，甚至刀具等并用，防止了刮痕、摩擦及切削。
在本發(fā)明一組實(shí)施方案中，采用至今尚未采用過的噴涂條件，對甚至烹飪器皿的未糙化表面進(jìn)行涂敷，這是大規(guī)模生產(chǎn)線中對未糙化底物表面進(jìn)行涂敷時(shí)所要求的。在另一組實(shí)施方案中，金屬底物和在該底物上形成金屬層的熱噴涂金屬，二者都是由鋁構(gòu)成。令人驚奇的是，實(shí)現(xiàn)此過程，不會產(chǎn)生妨礙熔融鋁滴與未糙化底物間粘結(jié)的氧化鋁。尤其，在形成熔融鋁滴的噴霧或用壓縮空氣對著鋁底物，如電弧噴涂的情況，這更令人驚奇。本發(fā)明方法使霧滴與由此在未糙化鋁底物上所形成的涂層間產(chǎn)生牢固粘結(jié)，而未在霧滴表面上形成干擾液滴與底物間粘結(jié)的氧化鋁表皮或氧化鋁底物的氧化過程。以手持刀片能在無涂料底物上留下刮痕的力量，在這種金屬表面層上刮動，可很容易對這種粘結(jié)的牢固性進(jìn)行檢驗(yàn)。由于該金屬表面上粘附涂層的存在，阻止了任何刮痕的出現(xiàn)。只要用手指觸及一下受噴金屬的底物表面，手指上沒有屬于氧化鋁的粉末痕跡，就可看出在該底物上沒有氧化鋁存在。本發(fā)明方法提供對鋁和其它金屬未糙化的金屬表面進(jìn)行可控的糙化，根據(jù)上述刮痕試驗(yàn)，這些未糙化金屬表面可保護(hù)底物表面，在所涂敷如鋁的熔融金屬霧滴為可氧化金屬時(shí)，還不會出現(xiàn)妨礙金屬滴與底物粘結(jié)的氧化過程。
在另一組實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種用于此后涂敷不粘聚合物樹脂涂層的未糙化鋁或不銹鋼底物表面的制備方法，即采用在該表面上經(jīng)熱噴涂的電化學(xué)相容金屬層(在鋁底物上的鋁層，在不銹鋼底物上的不銹鋼層)，和后來涂敷一層電化學(xué)上與該金屬層和底物相容的陶瓷或金屬的熱噴霧的粉末層。此外，還提供一種已涂敷過的未糙化鋁或不銹鋼底物，在所述底物的表面上分別有一層經(jīng)熱噴涂而形成的含至多50％(重)硅的電化學(xué)相容鋁金屬涂層或不銹鋼層，和一層電化學(xué)上與金屬層和底物相容的經(jīng)熱噴涂的陶瓷或金屬粉末涂層。
附圖簡述

圖1為正在進(jìn)行噴霧的典型電弧噴槍和金屬底物的示意圖。
圖2為圖1噴槍的另一實(shí)施方案的示意圖。
圖3為在已經(jīng)熱噴涂金屬層后的金屬底物上用一般等離子束槍涂敷一種熱噴涂粉末層的示意圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及制備接受不粘聚合物涂層提高耐磨性的底物表面，可應(yīng)用于鋁及不銹鋼底物(底物表面)。諸如鍛壓板鋁、鑄鋁、不銹鋼、鋼和鋁化鋼等底物，應(yīng)用本發(fā)明均會有利。凡用于烘烤器件、勺皿和高檔烹飪器皿的鍛壓盤、管和板等，均為適宜底物。沖孔(鑄制)的內(nèi)烹飪表面，優(yōu)選為用鋁制作的也是適宜的底物。鋁底物，即鋁制表面，是優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈円褟V泛用于不粘表面，而已有技術(shù)對金屬鋁上熱噴涂敷金屬化涂層未獲成功，也未出現(xiàn)因鋁的噴砂處理和造成原電池腐蝕環(huán)境的有關(guān)缺點(diǎn)。鋁底物包括各種各樣的，如3003，是含有少量其它金屬尤其是含0.6％(重)Si、0.05～0.2％(重)Cu及1.0～1.5％(重)Mg的合金，和3004它含0.3％(重)的Si、1.0～1.5％(重)Mn及0.8～1.3％(重)Mg。其它鋁合金也可使用，諸如1350(0.10％(重)Si)、1050(0.25％(重)Si)、4043(4.5～6.0％(重)Si)、4543(5.0～7.0％(重)Si)、4032(11.0～13.50％(重)Si)和含同樣量Si的4047。這些合金都經(jīng)錠碾滾成板，再經(jīng)鍛壓制成所需形狀進(jìn)行生產(chǎn)，如烹飪器皿。鑄鋁底物也可以使用，鑄鋁一般含4.5～23.0％(重)的Si，以合金413.0用得最廣，它含11.0～13.0％(重)的Si。這些鋁合金均鑄造為所需形狀，如烹飪器皿。
用于未糙化底物的不銹鋼實(shí)例，包括合金(與鐵)304-18.0～20.0％(重)的Cr和8.0～10.5％(重)的Ni、305-17.0～19.0％(重)的Cr和10.5～13.0％(重)的Ni、309-22.0～24.0％(重)的Cr和12.0～15.0％(重)的Ni、316-16.0～18.0％(重)的Cr和10.0～14.0％(重)的Ni、和317-18.0～20.0％(重)的Cr和11.0～15.0％(重)的Ni。任何廣泛型號的不銹鋼合金，本發(fā)明也均可選擇。優(yōu)選的不銹鋼是奧氏體型鋼，它含高至30％((重)的Cr和40％((重)的Ni。更優(yōu)選為含15～30％((重)的Cr和至少1％((重)的Ni的不銹鋼、最優(yōu)選為10～25％((重)的Ni的不銹鋼。
為形成金屬涂層而接受熔融金屬滴的金屬底物表面是未糙化的，亦即是光滑的，盡管可以鑄造出某種程度的外貌分布的鑄造底物表面，如使用烹飪器皿時(shí)有助于熱分布的同心環(huán)。甚至底物是未糙化的(未經(jīng)噴砂處理)，內(nèi)鑄的外貌分布表面是光滑的。
處理光滑底物只能通過堿洗或空氣沖洗或其它等，以提供清潔表面，即除去潤滑脂和其它不利粘結(jié)的殘?jiān)蛭畚?。采用霍姆墨?Hommel)模型T-500表面粗糙度測定儀(由Hommel of New Britain，CT，公司制造)，按平均微英寸測定底物分布。典型鍛壓卷鋁板材，經(jīng)洗滌脫出潤滑脂及污染物后，其分布為16～24微英寸(0.41～0.61微米)。鑄鋁呈現(xiàn)光澤表面，但其分布卻為明顯較大的表面輪廓，如100～175微英寸(2.5～4.375微米)。鑄鋁表面的光澤外觀看似光滑；盡管光澤來自鑄鋁表面看似主要分布非常低的區(qū)域，但仍存在許多表面砂眼，在分布測定中得出高的表面輪廓。本發(fā)明方法能夠粘著甚至像這樣的光澤表面，在鑄造操作之后無需任何糙化。鋼表面的分布變化很寬，但一般在50微英寸(1.25微米)以下。一般已有技術(shù)的方法，采用諸如噴砂處理技術(shù)來糙化鋼和鋁，使之具有比100微英寸(2.5微米)大很多的分布，如蔡的專利披露了在涂敷金屬層之前的一種最低粗糙度，為180微英寸(4.5微米)，對有些鋁優(yōu)選用到180～220微英寸(4.6～5.6微米)。因此，本發(fā)明尤其適用于分布不超過125微英寸(3.13微米)的不銹鋼或鋁底物，和優(yōu)選在100微英寸以下(2.5微米)，更優(yōu)選在50微英寸以下(1.25微米)，甚至在范圍5至30微英寸(0.13至0.76微米)，但用鑄鋁時(shí)例外，因?yàn)槲床诨?作為鑄件)的表面會具有如上所述的較高表面輪廓。為簡單起見，這里所披露的表面輪廓屬于披露，而非對Ra的標(biāo)號參考，盡管這是對這些分布確定的適宜標(biāo)號。
按照本發(fā)明，底物表面的形成，采用的是在表面上涂敷一層已經(jīng)在該底物表面上經(jīng)熱噴一種金屬所形成的金屬層的方法，該金屬應(yīng)是與形成底物表面的金屬電化學(xué)上相容的，即將鋁涂到鋁面上，不銹鋼涂到不銹鋼面上。此鋁不必含硅，在這種情況下底物上的鋁涂層對不粘聚合物外涂層提供了一種非常好的錨層，不必對它進(jìn)行噴砂處理，但優(yōu)選的鋁含多至25％(重)Si。隨著此鋁涂層金屬中的硅量從0.1％(重)起增加，所得合金的硬度也增加，從而最終在金屬層上所形成的不粘樹脂層的耐刮性能也增強(qiáng)。在鋁合金中硅至少0.1％(重)。優(yōu)選鋁層是通過對底物表面熱噴涂含0.10～20％(重)硅的鋁的方法形成。更優(yōu)選為熱噴涂的是含5％或10～23％(重)的硅。在鋁底物的情況下，底物上形成涂層的鋁中硅含量優(yōu)選為0.1％(重)至17％(重)。為保證在鋁底物與熱噴鋁之間無電蝕作用，優(yōu)選的是兩金屬是電化學(xué)上相容的，可使金屬涂層上硅含量為鋁底物硅含量的6％(重)以內(nèi)來達(dá)到，這樣就消除了發(fā)生在涂層與底物間的電蝕作用，避免引起底物腐蝕和底物金屬涂層上所涂敷的不粘涂層的有效性下降。對于鍛壓鋁底物，諸如3003和3004，它們含少量硅，熱噴涂層優(yōu)選為含0.10～6％(重)硅的鋁合金組合物。對于鑄鋁底物，它含12％(重)之多的硅，其熱噴涂層優(yōu)選為含6～17％(重)硅的鋁合金。使熱噴涂層的組成與該金屬底物組成匹配，是消除雙金屬腐蝕的一個(gè)關(guān)鍵，而且已經(jīng)意外發(fā)現(xiàn)，不需噴砂處理，就可使不粘涂層有較好的粘結(jié)性。所謂匹配，指的是，選擇與金屬底物組成相同或接近的熱噴涂組成。
對于不銹鋼底物，用于熱噴涂的不銹鋼是與上面所述用作底物的不銹鋼合金相同。在這里，涂層合金組成也應(yīng)當(dāng)與底物組成幾乎相同。不銹鋼合金304、305、309、316及317看來都是彼此電化學(xué)相容的。在這種底物不銹鋼的情況下，奧氏體不銹鋼是優(yōu)選用作熱噴涂層的不銹鋼。
用于本發(fā)明形成金屬底物的方法，一般指的是熱噴涂法，包括火焰噴涂，電弧噴涂，或使用等離子槍，以及采用熱噴涂時(shí)可以按一路或多路(涂料)進(jìn)行噴涂的方法。粉末噴涂(火焰或等離子)或金屬絲型電弧噴涂，在已有技術(shù)中是眾所周知的，已在工業(yè)中應(yīng)用多年。圖1是按照本發(fā)明的典型電弧噴槍(10)金屬底物(11)進(jìn)行噴涂的示意圖。適宜金屬絲的電弧噴涂系統(tǒng)，是由塔發(fā)公司(Tafa，Concord，NH)生產(chǎn)的，稱為9000系列槍或8830/8835系列槍(具有ArcJet附件)。用齒輪驅(qū)動器(未示出)從線軸上以金屬沉積速率精確控制經(jīng)進(jìn)料導(dǎo)軌(13)將兩股金屬絲(12)進(jìn)行加料。它們經(jīng)電激發(fā)，并經(jīng)精確引導(dǎo)，穿過開孔(14)，進(jìn)入交點(diǎn)(15)。一旦受到激發(fā)，每一金屬絲四周就被離子化場所環(huán)繞，每當(dāng)金屬絲相交時(shí)，就產(chǎn)生電弧(16)，并維持于金屬絲之間，熔化進(jìn)入電弧的金屬絲。直接安裝在金屬絲交點(diǎn)之后的噴嘴，噴出高速氣體，如空氣(一次空氣)，穿過電弧，直抵金屬絲尖部，產(chǎn)生熔融金屬霧滴的極細(xì)金屬噴霧(18)，并被瞄準(zhǔn)和推進(jìn)至烹飪器皿的底物上(11)，形成耐刮磨層(19)。這種噴霧形成一噴霧夾角(20)。
在如圖2所示的一組優(yōu)選實(shí)施方案中，噴霧夾角(21)比圖2中的略小，是為了改善熔融金屬霧滴對底物的粘著。圖2中這種噴霧夾角的變窄，采用在壓力下使熔融金屬霧滴與周邊氣體如空氣進(jìn)行接觸，并穿過對準(zhǔn)氣體形成對霧滴錐形包圍并由此向其壓縮的環(huán)(22)的方法。盡管可預(yù)計(jì)空氣會氧化噴霧中所形成的熔融鋁滴，在光滑鋁底物上形成不粘著的氧化鋁，但顯然這并未發(fā)生，因?yàn)檫@正如使用二次空氣改善了金屬滴的粘結(jié)能力，并因此在底物上形成涂層所顯示的那樣。二次空氣也提供更為光滑的金屬層的表面輪廓。雖然熔融金屬滴與兩種空氣源，一次和二次空氣進(jìn)行接觸，但熔融滴未被氧化構(gòu)成將它們粘著在未糙化底物上的障礙。進(jìn)行這種噴霧角控制的設(shè)備，是由塔發(fā)公司提供的，如上所述為9000系列槍或8830/8832系列槍。惰性氣體如氮?dú)饣驓鍤?，是可以用空氣替代的，或提供一次空氣或二次空氣，但其?jīng)濟(jì)效益不及使用空氣。
用于金屬絲電弧噴涂設(shè)備的設(shè)定值可以如下電弧電流125至750～1000安培，取決于設(shè)備生產(chǎn)廠家、型式及所需沉積粗糙度；電弧電壓25至35～50伏；對底物的噴霧距離4至36英寸，取決于設(shè)備生產(chǎn)廠家、型式及所需沉積粗糙度；霧化空氣壓力(一次空氣)50至85～150psi，取決于設(shè)備生產(chǎn)廠家、型式及所需沉積粗糙度；二次空氣壓力75～150psi；金屬絲直徑1/16英寸(1.6mm)直徑，采用高電弧電流時(shí)，直徑可大一些，當(dāng)電流超過400安培時(shí)如直徑為2mm。
在生產(chǎn)線需要的時(shí)候，其中被涂底物的線速至少100英寸/分鐘(254cm/min)和高至250英寸/分鐘(635cm/min)，而且諸如在烹飪器皿形式的底物，是在熔融金屬滴源如電弧噴槍之下旋轉(zhuǎn)，這種旋轉(zhuǎn)為50至100rpm，對底物涂敷的金屬層是非常有力的。暴露于噴霧的時(shí)間短，制品的移動是線性和旋轉(zhuǎn)的。一般，熔融金屬滴噴霧源不可設(shè)置在任何更靠近6至20英寸之處(15.24～50.8cm)，在鋁滴的情況下，它增加了氧化的機(jī)會，產(chǎn)生對底物粘結(jié)能力不利的影響，但是粘結(jié)仍然會發(fā)生的。通常，熔融金屬滴源距底物不可太靠近10英寸(25.4cm)。
對于生產(chǎn)規(guī)模的熔融金屬電弧噴涂的情況，已發(fā)現(xiàn)需要將高電弧電流和高一次空氣壓力結(jié)合起來，以便在底物未糙化的表面上產(chǎn)生理想的金屬涂層。因此，最好電弧電流至少350安培，一次空氣壓力至少90psi，優(yōu)選要與使用壓力至少75psi，優(yōu)選至少90psi的二次空氣相結(jié)合。對于各種情況，氣體均可為空氣。電壓也有重要作用，這取決于底物表面的“光澤”。在電壓優(yōu)選在27至39伏范圍時(shí)，只要電弧電流為500安培，光澤表面即可提供良好粘結(jié)性的底物。然而，在未糙化的表面黯淡時(shí)，如鍛壓表面，在電弧電壓32～34伏下使用較低電弧電流如350-450安培，可達(dá)到優(yōu)異結(jié)果。這些優(yōu)選條件可應(yīng)用于鋁及不銹鋼底物，也可應(yīng)用于其它金屬。在使用非空氣的氣體時(shí)，一次和二次空氣壓力可以相同。
熱噴涂層的組成是由送進(jìn)電弧槍的金屬絲(12)的組成確定的。在某些情況下，所選兩種金屬絲的組成是與所得耐刮層的理想組成相同，即選擇兩種絲都是各含12％(重)的硅的一種鋁合金，以形成含12％(重)硅的耐刮鋁合金層。在其它情況下，可送進(jìn)不同組成的金屬絲至電弧噴槍中，產(chǎn)生所希望的組成，即含12％(重)硅的鋁合金絲與含6％(重)的硅的金屬絲一并送入，產(chǎn)生含相當(dāng)于平均9％(重)硅的鋁合金耐刮層。
底物優(yōu)選噴涂覆蓋率應(yīng)當(dāng)最少為外露表面的50％，優(yōu)選至少70％至超過100％，取決于所需不粘涂層的耐刮磨程度及烹飪表面的整體美觀程度。術(shù)語“超過100％”或“高于100％”指的是，在底物上涂敷附加層或金屬或金屬合金的重疊涂層，亦即底物受到多路金屬噴涂，是通過在生產(chǎn)線上設(shè)置多噴涂段完成的。
噴涂后的優(yōu)選表面輪廓是在160至350微英寸(4.1～8.9微米)范圍，具有至少250微英寸(5.1微米)的表面粗糙度是優(yōu)選的。優(yōu)選不大于350微英寸的粗糙度寸，是起因于其缺點(diǎn)，即金屬涂層表面過于粗糙，致使所涂不粘涂層不能完全充填表面涂層上的低“谷”。在低谷過深時(shí)，不僅不粘涂料作為底涂層，甚至在涂敷液體時(shí)，液體涂料也會在谷間“架橋”，在不粘涂層與金屬涂層之間留下一些小的空穴。烹飪介質(zhì)滲透穿過不粘涂層，和蒸汽一起充入這些低谷，再遇熱膨脹，引起不粘涂層起泡。此外，當(dāng)?shù)凸冗^深時(shí)，金屬涂層外貌上的“高峰”過高，以致高峰穿過露出不粘層外表面，變得更易于被炊事用具磨去或鏟掉，成為不粘層上易于外露的金屬峰，有損外觀，不利涂層的不粘特性。金屬涂層的優(yōu)選表面粗糙度，提供的外貌足以錨連不粘外涂層，而不會過份。這種以優(yōu)選粗糙度表示的表面外貌，也是底物上金屬沉積量的一種尺度，即金屬量增加，表面粗糙度也增加。160微英寸的表面粗糙度要求提供足量金屬以達(dá)到底物表面覆蓋率100％。
此形成金屬表面的方法對鋁及鋼底物具有實(shí)用性。至于本發(fā)明，免除了以前對用作底物的鋁和任何其它金屬所進(jìn)行的噴砂處理，如果需要，只需在金屬熱噴涂之前脫除其表面的油和污物。一般，5至30微英寸(0.13～0.76微米)的表面輪廓在清洗后，就可獲得良好的粘結(jié)耐刮熱噴涂層。本發(fā)明熱噴涂層優(yōu)選地使最小硬度在鋁的基線硬度之上增加至少1.4倍，優(yōu)選至少2倍，這樣的硬度增加是一般噴砂處理裸露鋁所不能達(dá)到的。
金屬涂層在底物上的粘結(jié)是通過選擇一般在以上披露參數(shù)范圍內(nèi)的電弧電流及一次氣體壓力達(dá)到的，用手指揩拭金屬底物表面，觀察有無金屬粉末到手指上的表皮試驗(yàn)法，來顯示粘結(jié)。這種粉末就是未被粘結(jié)在底物上的氧化鋁。如上所述，采用刀片在金屬表面上刮劃的方法來顯示金屬涂層在底物上粘結(jié)良好，凡刮刀未留下任何刮劃移動的痕跡者，表示粘結(jié)良好。也可采用此后所披露的在涂不粘層后的涂金屬的底物上進(jìn)行試驗(yàn)的方法來表示粘結(jié)良好。達(dá)到適宜的粘結(jié)能力取決于底物的光滑程度。一般，光滑度越高，所需產(chǎn)生電弧的安培必須越高，一次空氣的壓力必須越高。使用二次空氣，能夠改善粘結(jié)，并在給定的一次(氣體)空氣壓力下可得到較光滑的表面輪廓。無論有無二次空氣(氣體)，都要對安培和一次(氣體)空氣的壓力進(jìn)行選擇，以使金屬涂層在底物上達(dá)到有效粘結(jié)。
在另一組實(shí)施方案中，一種用于有不粘聚合物樹脂的后續(xù)涂料的優(yōu)選為鋁的金屬底物表面，屬于未糙化表面，是通過在該表面上熱涂敷一層電化學(xué)上與金屬底物相容的金屬層，而后再涂敷一層電化學(xué)上與該金屬層及底物相容的熱噴粉末層，以形成前述與電弧噴涂同樣的表面輪廓。該噴涂粉末可以是陶瓷或金屬，或其混合物，如鋁、鈦或和相同組成的金屬氧化物，如可用于熱涂敷金屬層的，但選擇的是要使其硬度比底層硬度有所增加的組成。還提供的是，一種涂敷過的未糙化底物，它具有兩層，一層其上經(jīng)熱噴一種金屬(如上所述的鋁或不銹鋼)所形成的電化學(xué)相容的金屬涂層，一層電化學(xué)上與該金屬層相容的熱噴粉末涂層。圖3為一種典型等離子噴涂系統(tǒng)(30)的示意圖，用于涂敷經(jīng)熱噴霧后的粉末。一種適宜的粉末噴霧系統(tǒng)是由塔發(fā)公司生產(chǎn)的(Concord，NH)稱為PlazJet的高產(chǎn)涂料系統(tǒng)(PlazJetHigh Production Coating System)。一種氣體組件31經(jīng)管線40及42分別提供熱離子化的一次和二次氣體(等離子)，作為熱源融化金屬或陶瓷粉末，以雙粉末進(jìn)料器(32a及32b)方式提供。載氣經(jīng)管線44加至粉末進(jìn)料器中，將粉末或其混合物送至等離子槍(33)。等離子系統(tǒng)產(chǎn)生高于大多數(shù)底物熔融范圍的可控溫度。在等離子過程中，氣體或一次和二次氣體的混合物穿過同軸排列的鎢陰極(未示出)和陽極孔(未示出)之間所產(chǎn)生的電弧。在加熱過程中氣體部分離子化，并產(chǎn)生等離子。將熔融的金屬射入等離子后，高速等離子流驅(qū)動著它成為霧流46，沖著涂過金屬的底物(34)。噴嘴的類型、電弧電流、氣體混合物比例及氣流的速率控制著等離子流的熱容量、溫度和速度。電弧通過整流器型電源(35)的直流電進(jìn)行操作。高頻裝置(36)將高頻電壓放電疊加在等離子槍(33)的電源電纜上(未示出)，以起動電弧。水/冷卻組件(37)包括一臺泵，對等離子槍的冷卻水提供增壓。中心控制操縱臺(38)調(diào)節(jié)電弧電功率、等離子氣體和冷卻水流量及這些元件的順序。
等離子形成的一次氣體是氮?dú)饣驓鍤狻６螝怏w為氫或氦氣，可加入以提高熱容量和等離子的速度。氬氣也可用作粉末的載氣加至涂敷系統(tǒng)。
等離子槍的一般設(shè)定包括電流300至500安培；
電壓280至480伏；一次氣體流量400至500(scfh)標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)(11至14M3/h)；二次氣體流量100至200(scfh)標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/小時(shí)(3至6M3/h)；載氣流量10至24scfh(0.3至0.8M3/h)；粉末進(jìn)料螺旋速率75至300rpm。
按照本發(fā)明經(jīng)熱噴涂金屬層所構(gòu)成的底物表面，此后可再涂上不粘聚合物涂層，此涂層可由如USP 4,443,574科奎(Coq)等人所述的一種不粘樹脂涂料，或如USP4,118,537的威利(Vary)等人所述兩種涂料，或如USP 4,351,882的康加儂(concanon)等人所述的三涂料系統(tǒng)，或以粉末，或以液體(水溶液或溶劑)或雜系統(tǒng)所組成。本發(fā)明適宜于涂敷諸如硅樹脂或許多氟聚合物樹脂的不粘聚合物樹脂。
適宜的硅樹脂不粘涂料描述于USP 4,477,517(茹姆墨耳Rummel)、4,028,339(麥利Merrill)及4,262,043(沃爾德Wald)中，在此引以參考。
用于部分本發(fā)明中的氟聚合物不粘涂層，可包括底涂層、一或數(shù)層中間涂層，及/或外層。適用于本發(fā)明的底層、中間層涂料或外層涂料描述于USP 4,087,394(康加儂)、5,240,775(坦能保Tannenbaum)、4,180,609(瓦西留，Vassiliou)、4,118,537(威利及瓦西留Vary & Vassiliou)、4,123,401(貝哈曼及威利Berghmans &Vary)、4,259,375(瓦西留Vassiliou)、5,562,991(坦能保Tannenbaum)及4,351,882(康加儂)和5,250,356(巴扎爾Batzar))的文本中。各披露在此引以參考。
一種特別有用的氟聚合物是聚四氟乙烯(PTFE)，在氟聚合物中它具有最高的熱穩(wěn)定性。任選地是，PTFE含少量共單體改性劑，用于在焙燒時(shí)改善成膜能力，如全氟烯烴，尤其是六氟丙烯(HFP)或全氟(烷基乙烯基)醚(PAVE)，尤其，其中烷基含1至5個(gè)碳原子，以全氟丙基乙烯基醚(PPVE)為優(yōu)選。改性劑的數(shù)量可不足以賦予PTFE可熔融加工性，一般不超過約0.5％mol。PTFE可有單一熔融粘度，通常約1×109Pa.s，但如若需要，可采用包括不同熔融粘度的PTFE的混合物來構(gòu)成氟聚合物的組分。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，氟聚合物組分是可用PTFE調(diào)混，或由它替代的熔融可成型的氟聚合物。這種熔融可成型的氟聚合物實(shí)例包括，四氟乙烯(TFE)與一種或數(shù)種如上所述的用作改性PIFE性能的共聚單體的共聚物，但其中要有足夠量的共聚單體，以降低熔點(diǎn)，使之明顯低于PTFE的熔點(diǎn)。通常，可提供的可熔融成型TFE共聚物包括，F(xiàn)EP(TFE/HFP共聚物)和PFA(TFE/PAVE共聚物)，尤其是TFE/PPVE共聚物。熔融可成型的四氟乙烯共聚物足以進(jìn)行成膜，而且能夠保持其鑄塑形狀，以致使底層涂敷完整。一般，按照ASTM D-1238方法，在372℃時(shí)確定的FEP和PFA的熔融粘度都會至少約1×102Pa.s和可在約60至10×103Pa.s的范圍。
用于本發(fā)明的氟聚合物組分可以按水分散液，或溶劑基涂料，或?yàn)榉勰┑姆绞竭M(jìn)行涂敷。眾所周知的技術(shù)包括(1)采用常規(guī)霧化工藝噴涂，(2)輥式涂敷，采用水平傳輸輥機(jī)械輸送涂料至平盤上然后使之形成烹飪器皿的形狀，(3)螺旋涂敷，采用水平傳輸輥輸送涂料以卷曲形式送至連續(xù)板式金屬輥上，(4)幕涂，其中將平坦金屬輸送盤或板穿過一直立聚合物樹脂簾或流，和(5)粉末涂敷技術(shù)，采用單獨(dú)的粉末或液體與粉末涂料的組合，例如通過靜電進(jìn)行噴霧。
工業(yè)常用的或高容積低壓力的常用噴涂設(shè)備均可用于涂敷常規(guī)的底層、中間層和外層三層氟聚合物涂料。對于常用和HVLP裝置，一般噴霧壓力分別在40至60psi和6至10psi之間的范圍，按所需采用噴壺壓力可靠地將涂料傳送至噴槍。典型裝置需用兩只噴槍，一只用于涂敷底層和中間層，另一只用于涂敷外層。一般干膜厚度，對底層為0.1至0.6密爾(2.5～15微米)，中間層為0.3至0.8密爾(7.6～20微米)，外層為0.3至0.4密爾(7.6～10微米)。一般底層是先用空氣干燥，余下兩層涂料是濕法涂敷，一層涂于另一層之上。但是，有時(shí)所有的涂料均濕法涂敷，而后干燥。將涂敷不粘層后的烹飪器皿置于爐中進(jìn)行固化，控制爐中的速度及溫度，使之達(dá)到本領(lǐng)域眾所周知的典型焙燒條件。
用于本發(fā)明采用在其上熱噴一層或數(shù)層金屬層和外包不粘涂層所制備的未糙化底物，都是光滑和堅(jiān)硬的，而且具有優(yōu)選在50微英寸(1.25微米)以下的表面輪廓，使用期延續(xù)更長，不過表面光滑度在90或125微英寸(3.2微米)以下也可適用。本發(fā)明的底物，經(jīng)熱噴涂一層或數(shù)層任選熱噴粉末的金屬層并外涂不粘涂層方法制備而成，具有同樣的光滑表面，并由于熱噴粉末的涂層而硬度增加，延長了使用期，這種在熱噴涂底層以上的涂層是硬度增加了的涂層。
本發(fā)明經(jīng)熱噴涂金屬層而后再涂不粘聚合物樹脂而制備的底物，均適用于鍋、煎鍋、烘烤器、烤盤、各種烹飪器皿頂?shù)?。涂敷過的底物的其它用途包括鋸、鐵底板、熱盤、鞋模具、雪鏟及雪犁、船底、溜槽、運(yùn)輸機(jī)械、模具、工具、反應(yīng)器、工業(yè)容器等。
試驗(yàn)方法阿特拉斯槽試驗(yàn)(Atlas Cell Test)本試驗(yàn)包括將炊事容器的受涂內(nèi)表面置于沸騰的5％鹽溶液中。連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)120小時(shí)，考查基礎(chǔ)金屬的腐蝕及雙金屬的偶合(電化學(xué)相容性)。阿特拉斯槽裝有回流冷凝器，鹽溶液濃度長期試驗(yàn)不變。
專門起泡腐蝕試驗(yàn)(SBT)此試驗(yàn)涉及鹽水煮沸1小時(shí)，接著用市場供應(yīng)的加鹽西紅柿調(diào)味醬煮沸2小時(shí)，同時(shí)不斷加水，保持盤中液位。在煮沸周期之后，用水清洗此盤，令其在溫和的碟用洗滌劑溶液中浸泡21小時(shí)。重復(fù)此周期3次，再對盤進(jìn)行檢查。
英國標(biāo)準(zhǔn)起泡試驗(yàn)(BS 7069)本試驗(yàn)涉及將炊事容器的涂后內(nèi)表面置于沸騰的10％鹽溶液中。先檢查炊事容器涂后內(nèi)表面有無疵點(diǎn)。將容器充滿鹽溶液，水位在器壁高二分之一以上，煮沸此溶液24小時(shí)，并隨時(shí)補(bǔ)充水，保持水位在15mm寬帶的范圍內(nèi)波動。持續(xù)進(jìn)行24小時(shí)期間，或可包括4個(gè)6小時(shí)的期間。煮沸之后，將容器洗凈，除去所有附著的鹽，并立即首先肉眼觀察疵點(diǎn)是否存在。此試驗(yàn)采用碟用洗滌劑替代鹽重復(fù)進(jìn)行，并在70±5℃下進(jìn)行試驗(yàn)。
三次腐蝕試驗(yàn)肉眼檢測涂層無起泡證據(jù)時(shí)，此涂敷底物即通過。起泡是在不粘涂層表面下方發(fā)生原電池腐蝕的證據(jù)。無起泡就表明金屬底物與熱涂敷的金屬層之間是電化學(xué)相容。
商品炊具應(yīng)用作為商品炊具續(xù)使用四周，將金屬器皿用于烹飪表面，在非常高熱，甚至有時(shí)試驗(yàn)盤的塑料把柄破裂需要進(jìn)行更換之下進(jìn)行烹飪。
徹底非正常使用的加速試驗(yàn)(AIHAT)
此(AIHAT)試驗(yàn)包括采用一般家用金屬用具(勺、鏟、盤、刀)進(jìn)行一系列高熱(246～274℃)烹飪數(shù)周期。與已有技術(shù)商品炊具涂層系統(tǒng)進(jìn)行相比，本發(fā)明得出最佳的整體耐刮及耐損的結(jié)果。
方法1-蛋A、將全雞蛋傾入設(shè)定至260至274℃的盤中心。油煎雞蛋3分鐘。用金屬鏟翻動，油煎另一面1分鐘。再翻動5次。將雞蛋用刀切成9等片。記錄溫度。拿出雞蛋。(每次用鏟翻動，都應(yīng)當(dāng)敲一次)。
B、用120毫升的1B的混合物(見后述)。傾入煎盤。用4叉勺的叉尖作圓周運(yùn)動亂攪60圈，維持叉與煎盤呈90度角度。用高壓熱水從盤中取出雞蛋。
方法2-漢堡包和西紅柿調(diào)味醬A、將盤設(shè)定在246至260℃，將解凍1/2個(gè)漢堡包煎3分鐘。用金屬勺翻動。燒煮1分鐘。將漢堡包置于盤邊。用金屬叉以Z字形移動攪劃涂層表面10次。再反Z字形攪劃10次，叉角呈90度。
B、加180毫升西紅柿調(diào)味醬2B(見后述)。用攪蛋器邊緣呈Z字型移動攪拌50次，燒煮至容積減少到1/3。
采用接觸高溫計(jì)測定盤中心與把柄觸及邊壁間的中間點(diǎn)處的溫度。
要完成兩個(gè)洗碟機(jī)周期，烹調(diào)10周期，第一次洗碟在10烹調(diào)周期過程中進(jìn)行，第二次在10烹調(diào)周期結(jié)束時(shí)進(jìn)行。接著進(jìn)行AIHAT評級。
1B混合物470毫升水24個(gè)雞蛋120克鹽在調(diào)混機(jī)中混合。
2B西紅柿調(diào)味醬945毫升醬120克鹽用水稀釋至3.8升的配制品充分混合。
評級數(shù)字基礎(chǔ)分為0至10分。10分為最好。根據(jù)有經(jīng)驗(yàn)檢測人員的判斷打分。
實(shí)施例1研究了一系列金屬絲材料與霧化氣體的組合反應(yīng)性地硬化金屬絲電弧噴涂層，結(jié)果列于表1中。微硬度試驗(yàn)，采用噴涂在從鋁金屬底物上截取下的平板1”×3”(2.5cm×7.6cm)試樣厚涂層(覆蓋率大于100％)上進(jìn)行的(50克負(fù)荷)，其底物表面輪廓為小于50微英寸(1.25微米)。
表1
根據(jù)表1中數(shù)據(jù)，選擇如表2所示的三種組合進(jìn)一步研究。在上述材料/微硬度數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，在下述由鋁底物樣品構(gòu)成的煎盤內(nèi)烹調(diào)面上進(jìn)行噴涂
表2
從這些試驗(yàn)得出下述初步結(jié)論·采用氧氣作為霧化氣體，金屬絲電弧噴涂鋁的硬度增加1.2倍；·無需噴砂處理底物，產(chǎn)生復(fù)蓋率低于100％的粘著Al、AL-Si、和Al+不銹鋼涂層；·采用共噴涂Al及304-SS金屬絲，獲得了微硬度～250 VHN50的涂層。
樣品盤，具有如表2所示的內(nèi)熱噴涂金屬層，后來又涂敷了一3層不粘涂層系統(tǒng)，包括底層和中間涂層和外涂層，達(dá)到下述干膜厚度0.3密爾(7.6微米)的底層、0.7密爾(18微米)的中間涂層和0.3密爾(7.6微米)的外涂層。此涂料在爐中按下述條件加以固化800F(427℃)5分鐘，有一最高溫度峰815F(435℃)。適宜的底層、中間層和外涂層描述于下述專利文本中USP 4,037,394(康加儂)、5,240,775及5,230,961(二者均為坦能保Tannenbaum)、4,180,609(瓦西留，Vassiliou)、4,118,537(威利及瓦西留Vary &Vassiliou)、4,123,401(貝哈曼及威利Berghmans & Vary)、4,259,375(瓦西留Vassiliou)、4,351,882(康加儂)和5,250,356(巴扎爾Batzar))的文本中。各披露在此引以參考。
有金屬涂層并外涂不粘聚合物樹脂的試驗(yàn)盤，受到上述一系列腐蝕和磨蝕的試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如下商品炊具應(yīng)用煎盤(涂Al-12％Si)經(jīng)商品炊具應(yīng)用。使用金屬餐具的商品炊具，連續(xù)使用4周之后，三個(gè)受檢煎盤-輕度可見刮痕，未見內(nèi)表面破損。涂層主體和不粘涂層性能均判斷為優(yōu)良。
徹底非正常使用的加速試驗(yàn)(AIHAT)煎盤(涂Al-12％Si)經(jīng)(AIHAT)檢驗(yàn)，結(jié)果為10周期后，可見受檢煎盤內(nèi)表面輕度影響或刮痕。有些煎盤受到另外10周期的試驗(yàn)，而未見破損。
所有受涂煎盤未通過起泡試驗(yàn)，即在這些試驗(yàn)過程中起泡，表明該金屬涂層與3003鋁底物原電池不相容。
實(shí)施例2如表6所示，所列數(shù)據(jù)為，采用塔發(fā)公司(Concord，NH)生產(chǎn)的金屬絲電弧噴涂系統(tǒng)8835(帶ArcJetTM附件)，在不同涂敷條件下熱噴涂各種底物組合物至金屬煎盤(10英寸直徑)上的16個(gè)實(shí)施例。
金屬底物的組合物輥碾/鍛壓鋁3003(Al-1％Mn-Cu)鑄鋁(Al-12％Si)304不銹鋼金屬絲合金(單獨(dú)或組合)Al-6％SiAl-12％Si
Al 3003(Al-1％Mn-Cu)Al 3004(Al-1％Mn-1％Mg)Al 1350(99.5％Al)309不銹鋼金屬絲尺寸(外徑)16-2.0mm電流350-650安培-DC電壓32-37伏線速110-200英寸/分(279-508厘米/分)如此前所述，兩股金屬絲送入電弧噴涂設(shè)備中，加以激發(fā)。表6中，如果所列為單合金組合物，兩種絲都是這一組合物。如果所列是兩合金，則一種絲為第一組合物，第二絲為第二組合物。噴嘴正對金屬絲交點(diǎn)之后，提供壓力110psi的一次空氣(實(shí)施例2-15除外，其中一次空氣壓力為70psi)，以產(chǎn)生極細(xì)金屬噴霧。二次空氣壓力94psi(實(shí)施例2-15除外，其中二次空氣壓力為80psi)，并使之穿過一個(gè)用其包住和壓縮該噴霧的環(huán)。電壓、電流及金屬絲尺寸是變化的，見表6。生產(chǎn)線的條件是模擬的，這些盤在金屬噴霧源之下以速率110-200英寸/分(279-508厘米/分)在距噴霧12至20英寸(30.5-51cm)的不等距離處，線性地移動，同時(shí)保持旋轉(zhuǎn)100rpm。此煎盤表面粗糙度在14-125微英寸(0.4-3.2微米)以及表面光潔(光澤/黯淡)的范圍變化。但是，煎盤的表面未糙化，也未預(yù)處理。電弧電流和電壓也是變化的。有些煎盤受到單路金屬噴涂，有些受到的是兩路噴涂。
試驗(yàn)了若干煎盤的微硬度(在50gm負(fù)荷下)，并與未糙化，未噴涂金屬底物進(jìn)行了比較。經(jīng)電弧噴涂的煎盤硬度增加，至少為未噴涂、未糙化煎盤硬度的1.4倍，這樣的硬度是單用噴砂處理所不能達(dá)到的。
表6
<p>表6(續(xù))
注*彎曲表面；未能測定粗糙度；**一次空氣壓力＝70；二次空氣壓力＝80。
實(shí)施例2-1至2-16的試驗(yàn)盤是外涂不粘聚合物樹脂層的，與USP 5,250,356所述的多層系統(tǒng)相似，具有用氧化鋁增強(qiáng)PTFE-PFA的底層、用氧化鋁增強(qiáng)的PTFE-PFA中間層、和具有總涂層厚度約1.5密爾(38微米)的PTFE外涂層。
對實(shí)施例2-1、2-2、2-3都進(jìn)行了AIHAT、Atlas Cell、SBT及英國起泡檢測試驗(yàn)。所有三個(gè)實(shí)施例都通過了AIHAT檢測試驗(yàn)。這三個(gè)實(shí)施例中，僅有實(shí)施例2-3成功地通過了該三次腐蝕試驗(yàn)，表明沒起泡，如實(shí)施例2-5至9、2-15和2-16一樣，顯示了所選熱噴涂層電化學(xué)上與該底物相容的合理性。
實(shí)施例3輥碾/鍛壓鋁3003(Al-1％Mn-Cu)的未糙化煎盤，直徑10英寸，經(jīng)用塔發(fā)公司生產(chǎn)的金屬絲電弧噴涂系統(tǒng)8835(帶ArcJetTM附件)進(jìn)行熱噴涂，采用類同于實(shí)施例2-4的Al 3003的涂敷條件，并用也為塔發(fā)公司生產(chǎn)的PlazJet等離子涂敷系統(tǒng)，外噴涂以熱噴陶瓷或金屬粉末層，有增加底物硬度，因而也增加其上所涂不粘樹脂涂層的硬度的作用。
鑄鋁(Al-12％Si)未糙化煎盤，直徑10英寸，用塔發(fā)公司生產(chǎn)的金屬絲電弧噴涂系統(tǒng)8835(帶ArcJetTM附件)進(jìn)行熱噴涂，采用類同于實(shí)施例2-4的Al-12Si涂敷條件，并用塔發(fā)公司生產(chǎn)的PlazJet等離子涂敷系統(tǒng)，外噴涂上熱噴陶瓷或金屬粉末層，具有增加底物硬度，因而也增加所涂不粘樹脂涂層的硬度的作用。
粉末Al-3％Ti＝97％Al2O3-3％TiAl-13％Ti＝87％Al2O3-13％TiAl-3％Ti/Al-12％Si的50/50的調(diào)混物(進(jìn)料前調(diào)混)Al-12％Si的合金粉末。
個(gè)別組合及涂敷條件列于表7中。
能夠使用的粉末，優(yōu)選含60-100％的Al2O3和0-40％(重)的TiO2至總計(jì)100％。優(yōu)選混合物含85-98％(重)的Al2O3和2-15％(重)的TiO2，至總計(jì)100％。
等離子涂敷設(shè)備結(jié)構(gòu)如此前所述。氮用作為一次氣體，氫作為二次氣體，氬作為載氣。水流率為7.5克/分。采用每英寸4齒的螺紋間距和直徑3/8英寸的雙粉末進(jìn)料器。電源電壓、電流、氣體流率、螺旋進(jìn)料速率按表7所設(shè)定變化。底物(煎盤)置于距噴槍6英寸之處。模擬生產(chǎn)線條件，在這些盤線性地移動在金屬噴霧源之下，以速率按表所示控制，同時(shí)轉(zhuǎn)速為100rpm。按步長0.315英寸的前進(jìn)。采用四路對盤表面進(jìn)行噴霧。熱噴粉末沉積量示于該表中。還測定了各盤表面輪廓。
表7
* Al-3Ti＝97Al2O3-3TiO2
Al-33Ti＝87Al2O3-13TiO2(在50克負(fù)荷下)對這些盤的微硬度進(jìn)行了測試，并與基底未糙化和未噴涂金屬的底物進(jìn)行了比較。對于以后來熱噴粉末涂料進(jìn)電弧噴涂的煎盤，其微硬度增加，為未噴涂和未糙化盤的至少21倍，這樣的硬度是單獨(dú)用噴砂處理所不能達(dá)到的。
實(shí)施例3-1的試驗(yàn)盤外涂不粘樹脂層，對其進(jìn)行了一系列腐蝕及磨蝕的烹調(diào)試驗(yàn)。所涂不粘聚合物同于USP 5,250,356所述的多層系統(tǒng)，具有用Al2O3增強(qiáng)的PTFE-PFA底層、用Al2O3增強(qiáng)的PTFE-PFA的中間層、和具有總涂層厚度約1.5密爾(38微米)的PTFE外涂層。
實(shí)施例3-1經(jīng)AIHAT檢驗(yàn)，成功地通過了該磨蝕烹調(diào)試驗(yàn)。前面的實(shí)施例表明電化學(xué)相容性。陶瓷粉末不存在原電池腐蝕的問題。
權(quán)利要求
1.一種制備供以后涂敷不粘聚合物樹脂涂層的未糙化鋁或不銹鋼底物表面的方法，包括在所述表面金屬層上用熱噴霧法涂敷一種金屬，當(dāng)所述表面是鋁時(shí)這種金屬為含至多50％(重)硅的鋁，當(dāng)所述表面是不銹鋼時(shí)這種金屬為不銹鋼。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬是電化學(xué)上與所述表面相容的。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述鋁的硅含量至多25％(重)。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中該表面是清潔的，并在涂敷所述金屬層之前具有2.5微米以下的平均表面輪廓。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述金屬層具有4.1至8.9微米的表面輪廓。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述底物是鋁烹飪器皿的烹調(diào)內(nèi)表面。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其中至少一層不粘聚合物樹脂層是涂敷于所述金屬層上的。
8.按照權(quán)利要求1的方法，其中所述的熱噴霧屬于電弧噴霧，包括將一對所述金屬絲送入電弧中，以在所述電弧中形成該金屬絲的熔融金屬，并使該熔融金屬與流經(jīng)該電弧的氣體接觸，以將所述熔融金屬轉(zhuǎn)化為對準(zhǔn)所述底物的熔融金屬滴的噴霧，在其上形成所述涂層。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其中產(chǎn)生所述電弧的電流為125至1000安培。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其中所述電流為125至750安培。
11.按照權(quán)利要求9的方法，其中所述電流為至少350安培。
12.按照權(quán)利要求8的方法，其中對所述氣體施加壓力至少90psi。
13.按照權(quán)利要求8的方法和用氣體另外從周邊接觸所述噴霧，使所述噴霧的包圍角變窄，從而改善所述金屬滴對該底物的粘結(jié)，形成所述的涂層。
14.按照權(quán)利要求13的方法，其中所述使包圍角變窄的氣體壓力至少為75psi。
15.按照權(quán)利要求8的方法，其中所述電弧位于距該底物至少6英寸(15.24cm)處。
16.按照權(quán)利要求8的方法和用粉末對所述金屬層進(jìn)行另外的等離子噴霧涂敷，以增加所述底物硬度。
17.一種對鋁或不銹鋼烹飪器皿的烹調(diào)內(nèi)表面進(jìn)行涂敷的方法，包括a、清潔所述表面，所述表面是未糙化的；b、對所述清潔表面涂敷一層金屬，在所述表面為鋁時(shí)，通過熱噴涂敷含多至50％(重)硅的鋁，所述表面為不銹鋼時(shí)，熱噴涂敷不銹鋼。c、對此金屬層涂敷至少一層不粘聚合物樹脂層。
18.按照權(quán)利要求17的方法，其中不粘聚合物樹脂層是涂敷的粉末涂層和液體分散涂層中的至少一種，并加熱所述涂料至足以使該涂層固化的溫度。
19.按照權(quán)利要求18的方法，其中所述不粘聚合物是氟聚合物。
20.按照權(quán)利要求19的方法，其中至少一層氟聚合物樹脂層的外層主要選自聚四氟乙烯、PFA、FEP，單獨(dú)的或其組合的。
21.一種涂敷過金屬的底物，包括a、具有至少一層清潔未糙化表面的鋁或不銹鋼底物；和b、當(dāng)所述底物為鋁時(shí)，在該底物上由熱噴涂含多至50％(重)硅的鋁所形成的涂層，當(dāng)所述底物為不銹鋼時(shí)，則為熱噴涂不銹鋼形成的涂層；
22.按照權(quán)利要求21的涂敷過金屬的底物，其中熱噴涂層覆蓋至少50％的底物表面。
23.按照權(quán)利要求22的涂敷過金屬的底物，其中底物表面具有2.5微米以下的表面輪廓。
24.按照權(quán)利要求21的涂敷過金屬的底物，其中至少一層氟聚合物樹脂層粘著于熱噴涂涂層上。
25.一種按照權(quán)利要求21的由涂敷過金屬的底物所形成的烹飪器皿制品。
26.按照權(quán)利要求21的涂敷過金屬的底物，其中所述涂層具有160至350微英寸(4至8.97微米)的表面輪廓。
27.按照權(quán)利要求21的涂敷過金屬的底物，其中所述鋁的硅含量至少0.10％(重)。
28.按照權(quán)利要求21的涂過金屬的底物，其中所述底物是具有100至175微英寸的表面輪廓的鑄鋁。
全文摘要
一種在未糙化的鋁制或不銹鋼制烹飪器皿(11)上形成一種耐刮及耐磨的表面,用于后來通過液體及/或粉末介質(zhì)涂敷不粘聚合物樹脂諸如氟聚合物的方法。這種耐刮磨的表面(19)是分別由熱噴涂鋁或不銹鋼所組成的。也描述了由這種方法所形成的涂過金屬的底物和此后用這種方法涂氟聚合物表面的制品。
文檔編號C23C28/00GK1251141SQ98803475
公開日2000年4月19日 申請日期1998年3月19日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月21日
發(fā)明者P·K·莫漢, W·F·麥哈勒, V·M·菲利克斯 申請人:納幕爾杜邦公司