一種不粘鍋及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明的一種不粘鍋及其制備方法，不粘鍋包括鍋基體、緩沖層以及復(fù)合金屬陶瓷層，緩沖層設(shè)置于鍋基體與復(fù)合金屬陶瓷層之間，其中，緩沖層為鋁化鈦層，復(fù)合金屬陶瓷層包括碳化鋯、碳化鎢、碳化鉬、碳化鉭以及碳化硅。從而不粘鍋不僅使用安全健康，而且提高復(fù)合金屬陶瓷層耐磨、耐熱以及不易脫落的性能。
【專利說明】
_種不粘鍋及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及炊具領(lǐng)域，具體地說，是一種復(fù)合型不粘鍋及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的鋁合金鍋烹飪時易發(fā)生食物粘鍋現(xiàn)象，其不僅增加了清洗的難度而且產(chǎn)生的焦糊狀食物還會危害人類健康。現(xiàn)有的不粘鍋是在鋁合金鍋表面涂覆了一層聚四氟乙烯，其雖然滿足了不發(fā)生粘鍋的現(xiàn)象，但是其涂層強度不高，容易發(fā)生剝落和損壞。隨著科學(xué)研究的不斷深入，人們對長期使用特富龍涂層的不粘鍋對人體是否有害提出了各種憂慮和擔(dān)心，對此產(chǎn)生的爭議也沒有停歇。
[0003]專利公開號為CN103724011A的發(fā)明專利提供了一種鋯鋁復(fù)合陶瓷不粘鍋及其制備工藝，其主要成分是氧化鋯粉、氧化鋁粉、氧化釔粉及聚乙烯醇等，該陶瓷不粘鍋具有較好的韌性和耐腐蝕性，但是，其使用了聚乙烯醇作為粘合劑，聚乙烯醇不耐高溫，在200°C會融化，對人的身體健康具有潛在的危害性。
[0004]同時，對于傳統(tǒng)煲湯用的陶瓷鍋，其在高溫條件下容易發(fā)生開裂等問題。因此，對于目前的鍋具，其進一步改進的空間還很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于提供一種不粘鍋及其制備方法，其針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，不僅制備方法簡單，而且不粘鍋具有使用安全健康、耐磨、耐熱以及不易脫落的性能。
[0006]為達到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，一種不粘鍋包括鍋基體、緩沖層以及復(fù)合金屬陶瓷層，所述緩沖層設(shè)置于所述鍋基體與所述復(fù)合金屬陶瓷層之間，其中，所述緩沖層為鋁化鈦層，所述復(fù)合金屬陶瓷層包括碳化鋯、碳化鎢、碳化鉬、碳化鉭以及碳化硅。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，所述緩沖層的厚度為10?20微米。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，所述復(fù)合金屬陶瓷層的厚度為40?60微米。
[0010]一種不粘鍋的制備方法，其包括步驟:
[0011]SlOO涂覆緩沖層于鍋基體的表面；
[0012]S200對所述緩沖層表面依次進行堿洗、酸洗以及清水洗滌；以及
[0013]S300通過激光熔覆工藝在所述緩沖層上涂覆復(fù)合金屬陶瓷層。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，所述步驟S200包括步驟:對所述緩沖層表面先用5?1%的碳酸鈉在超聲協(xié)助下清洗5?15min，再用2wt%的稀醋酸溶液在超聲協(xié)助下清洗5?15min，隨后用去離子水洗滌并進行干燥。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，所述步驟SlOO中的所述緩沖層的制備包括步驟:
[0016]SllO將Ti粉和Al粉按照重量比3:1配料后，向其中加入去離子水，使得去離子水和粉末原料的容積為球磨罐的45?70% ;
[0017]S120使用行星式球磨機，轉(zhuǎn)速為300?400rpm，球磨處理20?30h，球磨結(jié)束后將混合的粉末于105?120°C下干燥處理2?3h;以及
[0018]S130試樣在真空燒結(jié)爐中于1000?1200°C焙燒處理4h。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，所述步驟S300中的復(fù)合金屬陶瓷層的制備包括步驟:
[0020]S310將相應(yīng)質(zhì)量比的鋯粉、鎢粉、鉬粉、鉭粉與石墨烯混合后加入一定量的去離子水，使得去離子水和粉末原料的容積為球磨罐的50% ;
[0021 ] S320使用行星式球磨機，轉(zhuǎn)速為400?500rpm，球磨處理3?5h，球磨結(jié)束后將混合的粉末于120°C下干燥處理2h，制得混合粉體；
[0022]S330將混合粉體與硅溶膠混合調(diào)成糊狀后均勻涂覆在鍋底基體的外表面；以及
[0023]S340在氮氣氣氛保護下，采用激光束對制得的涂層進行快速加熱處理，功率為3?5kw，掃描速率為10?20mm/min，使混合楽料發(fā)生碳熱反應(yīng)，在所述不粘鍋的外表生成碳化鋯、碳化鎢、碳化鉬、碳化鉭以及碳化硅復(fù)合涂層。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一實施例，鋯粉、鎢粉、鉬粉、鉭粉與石墨烯的質(zhì)量比為7:0.5?1:
0.3?0.8:0.2?0.5:20?30。
【具體實施方式】
[0025]以下描述用于揭露本發(fā)明以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。以下描述中的優(yōu)選實施例只作為舉例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其他顯而易見的變型。
[0026]—種不粘鍋包括鍋基體、緩沖層以及復(fù)合金屬陶瓷層，所述緩沖層設(shè)置于所述鍋基體與所述復(fù)合金屬陶瓷層之間，其中，所述緩沖層為鋁化鈦層(TiAl)，所述復(fù)合金屬陶瓷層包括碳化鋯(ZrC)、碳化鎢(WC)、碳化鉬(Mo2C)、碳化鉭(TaC)以及碳化硅(SiC)。從而，所述不粘鍋不僅使用安全健康，而且提高耐磨、耐熱以及不易脫落的性能。
[0027]其中，所述緩沖層的厚度為10?20微米。
[0028]其中，所述復(fù)合金屬陶瓷層的厚度為40?60微米。
[0029]—種不粘鍋的制備方法，其包括步驟:
[0030]SlOO涂覆緩沖層于鍋基體的表面；
[0031]S200對所述緩沖層表面依次進行堿洗、酸洗以及清水洗滌；以及
[0032]S300通過激光熔覆工藝在所述緩沖層上涂覆復(fù)合金屬陶瓷層。
[0033]其中，所述步驟S200包括步驟:對所述緩沖層表面先用5的％的他20)3在超聲協(xié)助下清洗5?15min，再用2wt%的稀醋酸溶液在超聲協(xié)助下清洗5?15min，隨后用去離子水洗滌并進行干燥。
[0034]其中，堿洗得以除去所述緩沖層表面的油污及其它污垢，酸洗得以除去所述緩沖層表面氧化層，同時活化表面，清水洗滌得以除去所述緩沖層表面的殘液。
[0035]其中，所述步驟SlOO中的所述緩沖層的制備包括步驟:
[0036]SllO將Ti粉和Al粉按照重量比3:1配料后，向其中加入去離子水，使得去離子水和粉末原料的容積為球磨罐的45?70% ;
[0037]S120使用行星式球磨機，轉(zhuǎn)速為300?400rpm，球磨處理20?30h，球磨結(jié)束后將混合的粉末于105?120°C下干燥處理2?3h;以及
[0038]S130試樣在真空燒結(jié)爐中于1000?1200°C焙燒處理4h。
[0039]其中，所用的Ti粉的純度為99.5%以上，粒度為300?500目；鋁粉的純度為99.5%以上，粒度為300?350目；真空燒結(jié)爐的真空度為3.0 X 10—3Pa。
[0040]其中，所述步驟S300中的復(fù)合金屬陶瓷層的制備包括步驟:
[0041]S310將相應(yīng)質(zhì)量比的鋯粉、鎢粉、鉬粉、鉭粉與石墨烯混合后加入一定量的去離子水，使得去離子水和粉末原料的容積為球磨罐的50% ;
[0042]S320使用行星式球磨機，轉(zhuǎn)速為400?500rpm，球磨處理3?5h，球磨結(jié)束后將混合的粉末于120°C下干燥處理2h，制得混合粉體；
[0043]S330將混合粉體與硅溶膠混合調(diào)成糊狀后均勻涂覆在鍋底基體的外表面；以及
[0044]S340在氮氣氣氛保護下，采用激光束對制得的涂層進行快速加熱處理，功率為3?5kw，掃描速率為10?20mm/min，使混合楽料發(fā)生碳熱反應(yīng)，在所述不粘鍋的外表生成碳化鋯、碳化鎢、碳化鉬、碳化鉭以及碳化硅復(fù)合涂層。
[0045]其中，錯粉、鎢粉、鉬粉、鉭粉與石墨烯的質(zhì)量比為7:0.5?1:0.3?0.8:0.2?0.5:20 ?30。
[0046]其中，Zr粉的純度I 99.5%，粒度為300?500目；胃粉的純度2 99.5%，粒度為300?500目；Mo粉的純度2 99.5%，粒度為300?500目；Ta粉的純度2 99.5%，粒度為300?500目；石墨烯的純度2 99.5%，粒度為300?500目。
[0047]在制備過程中選用石墨烯作為碳源，一方面考慮摩擦系數(shù)的影響，向復(fù)合涂層中添加石墨烯可以大大降低陶瓷涂層的摩擦系數(shù)，從而增強不粘鍋的使用效果；另一方面利用石墨的高比表面積和易傳熱的特性可以與其它金屬粉體充分接觸并更易于發(fā)生碳化反應(yīng)生成金屬碳化物，碳源的使用量更少同時生成金屬陶瓷涂層的純度更高。
[0048]本發(fā)明在質(zhì)地較軟的鍋基體的內(nèi)表面與硬度很高金屬陶瓷層間添加了TiAl作為緩沖層，在激光快速加熱技術(shù)處理金屬陶瓷涂層的過程中TiAl—方面可以與鍋基體間形成Al-Al鍵結(jié)合地更加牢固，另一方面可以與石墨烯作用形成TiC從而與所述復(fù)合金屬陶瓷層之間緊密結(jié)合，進而可以使所述復(fù)合金屬陶瓷層與鍋基體間的結(jié)合力顯著提高，從而使所述復(fù)合金屬陶瓷層不易脫落。
[0049]所述復(fù)合金屬陶瓷層中的ZrC具有硬度高、耐磨性和抗磨損能力強、同時具有較高的抗氧化能力和耐熱性，其化學(xué)穩(wěn)定性好，摩擦系數(shù)低的優(yōu)點。當單獨使用時也存在抗塑性變形能力差、抗脆性破損的能力差、導(dǎo)熱性低和抗磨料磨損性能低的缺點。通過向其中添加Mo2C、WC、TaC、SiC不僅可以進一步使所述不粘鍋強度和硬度提高，而且還可以提高所述不粘鍋的耐磨和耐熱性能。
[0050]本發(fā)明與聚四氟乙烯涂層的不粘鍋相比，所用物質(zhì)安全無毒，不存在安全隱患。
[0051]本發(fā)明使用激光快速加熱技術(shù)不會產(chǎn)生污染物質(zhì)，安全環(huán)保。
[0052]實施例1
[0053]先在鍋基體的內(nèi)表面涂覆15?20μπι的TiAl層；然后將TiAl層表面的雜質(zhì)先后在5wt5^^Na2C03和2*1:%的稀醋酸溶液溶液中在超聲協(xié)助的條件下分別清洗15min，隨后用去離子水洗滌并進行干燥;最后利用激光熔覆工藝在鍋基體的外表面涂覆復(fù)合金屬陶瓷層，其厚度為50?60μπι。
[0054]其中TiAl的制備工藝如下:將Ti粉和Al粉按照重量比3:1配料后，向其中加入去離子水，使得去離子水和粉末原料的容積為球磨罐的50%，使用行星式球磨機，轉(zhuǎn)速為400rpm，球磨處理20h，球磨結(jié)束后將混合的粉末于120 °C下干燥處理2h，最后將試樣在真空燒結(jié)爐中于1200 °C焙燒處理4h。
[0055]所述復(fù)合金屬陶瓷層的制備工藝:將Zr粉、W粉、Mo粉、Ta粉和石墨烯按照重量比為7:0.5:0.5:0.5: 25混合后向其中加入一定量的去離子水，使得去離子水和粉末原料的容積為球磨罐的50%，使用行星式球磨機，轉(zhuǎn)速為400rpm，球磨處理5h，球磨結(jié)束后將混合的粉末于120°C下干燥處理2h。將所得的混合粉體與硅溶膠混合調(diào)成糊狀后均勻涂覆在鍋底基體的外表面，控制厚度為50?60μπι，在氮氣氣氛保護下，采用大功率TEA CO2激光束對制得的涂層進行快速加熱處理，功率為5kw，掃描速率為20mm/min，使混合楽料發(fā)生碳熱反應(yīng)，在鍋體的外表生生成ZrC、WC、Mo2C、TaC和SiC的復(fù)合涂層。
[0056]本實施例所制備的不含氟化物的不粘鍋經(jīng)炒鍋鐵鏟加速模擬測試，通過35?36個循環(huán)，同時測定其摩擦系數(shù)為0.143，洛氏硬度為HRC56。
[0057]實施例2
[0058]先在鍋基體的內(nèi)表面涂覆15?20μπι的TiAl層；然后將TiAl層表面的雜質(zhì)先后在5wt5^^Na2C03和2*1:%的稀醋酸溶液溶液中在超聲協(xié)助的條件下分別清洗15min，隨后用去離子水洗滌并進行干燥;最后利用激光熔覆工藝在鍋基體的外表面涂覆復(fù)合金屬陶瓷層，其厚度為50?60μπι。
[0059]其中TiAl的制備工藝同實施例1。
[0060]所述復(fù)合金屬陶瓷層的制備工藝:將Zr粉、W粉、Mo粉、Ta粉和石墨烯按照重量比為7:1:0.8:0.5:30混合后向其中加入一定量的去離子水，使得去離子水和粉末原料的容積為球磨罐的50%，使用行星式球磨機，轉(zhuǎn)速為500rpm，球磨處理3h，球磨結(jié)束后將混合的粉末于120°C下干燥處理2h。將所得的混合粉體與硅溶膠混合調(diào)成糊狀后均勻涂覆在鍋底基體的外表面，控制厚度為50?60μπι，在氮氣氣氛保護下，采用大功率TEA CO2激光束對制得的涂層進行快速加熱處理，功率為5kw，掃描速率為10mm/min，使混合楽料發(fā)生碳熱反應(yīng)，在鍋體的外表生生成ZrC、WC、Mo2C、TaC和SiC的復(fù)合涂層。
[0061]本實施例所制備的不含氟化物的不粘鍋經(jīng)炒鍋鐵鏟加速模擬測試，通過40?41個循環(huán)，同時測定其摩擦系數(shù)為0.152，洛氏硬度為HRC58。
[0062]實施例3
[0063]從市場上購買的某品牌含氟化物的不粘鍋經(jīng)炒鍋鐵鏟加速模擬測試，通過27?28個循環(huán)，同時測定其摩擦系數(shù)為0.187，洛氏硬度為HRC48。
[0064]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。
【主權(quán)項】
1.一種不粘鍋及其制備方法，其特征在于，包括鍋基體、緩沖層以及復(fù)合金屬陶瓷層，所述緩沖層設(shè)置于所述鍋基體與所述復(fù)合金屬陶瓷層之間，其中，所述緩沖層為鋁化鈦層，所述復(fù)合金屬陶瓷層包括碳化鋯、碳化鎢、碳化鉬、碳化鉭以及碳化硅。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不粘鍋，其特征在于，所述緩沖層的厚度為10?20微米。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的不粘鍋，其特征在于，所述復(fù)合金屬陶瓷層的厚度為40?60微米。4.一種如權(quán)利要求1至3中任一所述的不粘鍋的制備方法，其特征在于，包括步驟: SlOO涂覆緩沖層于鍋基體的表面； S200對所述緩沖層表面依次進行堿洗、酸洗以及清水洗滌；以及 S300通過激光熔覆工藝在所述緩沖層上涂覆復(fù)合金屬陶瓷層。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的不粘鍋的制備方法，其特征在于，所述步驟S200包括步驟:對所述緩沖層表面先用5wt%的碳酸鈉在超聲協(xié)助下清洗5?15min，再用2wt%的稀醋酸溶液在超聲協(xié)助下清洗5?15min，隨后用去離子水洗滌并進行干燥。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的不粘鍋的制備方法，其特征在于，所述步驟SlOO中的所述緩沖層的制備包括步驟: SllO將Ti粉和Al粉按照重量比3:1配料后，向其中加入去離子水，使得去離子水和粉末原料的容積為球磨罐的45?70% ; S120使用行星式球磨機，轉(zhuǎn)速為300?400rpm，球磨處理20?30h，球磨結(jié)束后將混合的粉末于105?120°C下干燥處理2?3h;以及 SI 30試樣在真空燒結(jié)爐中于1000?1200 °C焙燒處理4h。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的不粘鍋的制備方法，其特征在于，所述步驟S300中的復(fù)合金屬陶瓷層的制備包括步驟: S310將相應(yīng)質(zhì)量比的鋯粉、鎢粉、鉬粉、鉭粉與石墨烯混合后加入一定量的去離子水，使得去離子水和粉末原料的容積為球磨罐的50% ; S320使用行星式球磨機，轉(zhuǎn)速為400?500rpm，球磨處理3?5h，球磨結(jié)束后將混合的粉末于120°C下干燥處理2h，制得混合粉體； S330將混合粉體與硅溶膠混合調(diào)成糊狀后均勻涂覆在鍋底基體的外表面；以及 S340在氮氣氣氛保護下，采用激光束對制得的涂層進行快速加熱處理，功率為3?5kw，掃描速率為10?20mm/min，使混合楽料發(fā)生碳熱反應(yīng)，在所述不粘鍋的外表生成碳化錯、碳化鎢、碳化鉬、碳化鉭以及碳化硅復(fù)合涂層。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的不粘鍋的制備方法，其特征在于，鋯粉、鎢粉、鉬粉、鉭粉與石墨烯的質(zhì)量比為7:0.5?1:0.3?0.8:0.2?0.5:20?30。
【文檔編號】C23C24/10GK105821407SQ201610267891
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】魏亮
【申請人】寧波高新區(qū)夏遠科技有限公司