CN114209218B

CN114209218B - 复合材料、不粘炊具及制造不粘炊具的方法

Info

Publication number: CN114209218B
Application number: CN202111549379.8A
Authority: CN
Inventors: 张明; 李超; 瞿义生; 袁华庭
Original assignee: Wuhan Supor Cookware Co Ltd
Current assignee: Wuhan Supor Cookware Co Ltd
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2041-12-17
Also published as: CN114209218A

Abstract

本发明提供了一种复合材料、不粘炊具及制造不粘炊具的方法。所述复合材料按重量百分比计包括：40wt％至80wt％的准晶/非晶材料、18wt％至59wt％的金属材料和1wt％至2wt％的纤维素类粘结剂，其中，所述金属材料具有比所述准晶/非晶材料的熔点低的熔点。该不粘涂层包括包含准晶/非晶材料、低熔点的金属材料和纤维素类粘结剂的复合材料，从而改善不粘涂层的不粘性，实现不粘效果。

Description

复合材料、不粘炊具及制造不粘炊具的方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料、不粘炊具及制造不粘炊具的方法，更具体地，涉及一种包括准晶/非晶材料和低熔点材料的复合材料、不粘炊具及制造不粘炊具的方法。

背景技术

目前，为了避免包括有机氟树脂涂层(特氟龙)或陶瓷涂层的不粘涂层的不粘性能和耐磨损性能较差的问题，通常使用准晶/非晶材料作为不沾涂层的主要成分来制造不粘炊具，从而实现具有高硬度、高耐磨性、高耐蚀性等优良特点的不粘炊具。

然而，虽然准晶/非晶材料自身的表面能低且具备一定不粘性，但是由于准晶/非晶材料的本征脆性大和粘附力低，在制备工艺中，采用低温喷涂(诸如冷喷涂)工艺是无法获得性能良好的准晶涂层的。因此，当不粘涂层包括准晶/非晶材料时，必须采用热喷涂(诸如等离子体喷涂、火焰喷涂(例如，氧乙火焰粉末喷涂、氧乙炔火焰线材喷涂、氧乙炔火焰喷焊、超音速火焰喷涂)、电弧喷涂等)的涂覆工艺，即，将准晶/非晶材料加热到熔融或半熔融状态，并在高速下喷向基体表面来形成附着牢固的不粘涂层。

但是，在热喷涂工艺中，热喷涂产生的高温会导致准晶/非晶材料的表面被氧化甚至组织结构改变，使得准晶/非晶材料的电子浓度下降，降低了不粘涂层中准晶/非晶材料的含量，从而降低了所形成的不粘涂层的不粘性。

因此，关于包括准晶/非晶材料的不粘涂层的研究有待深入。

发明内容

本发明旨在解决相关技术中的上述技术问题。为此，本发明的目的在于提供一种复合材料、不粘炊具及制造不粘炊具的方法，从而实现具有改善的不粘性、高硬度、高耐磨性、高耐蚀性等优良特点的不粘炊具。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于不沾涂层的复合材料，所述复合材料按重量百分比计包括：40wt％至80wt％的准晶/非晶材料、18wt％至59wt％的金属材料和1wt％至2wt％的纤维素类粘结剂，其中，金属材料具有比准晶/非晶材料的熔点低的熔点。通过包括具有低熔点的金属材料，该复合材料在热喷涂工艺中可以保持准晶/非晶材料少熔融或不熔融，以改善包括该复合材料的不粘涂层的不粘性。

在本发明的实施例中，准晶/非晶材料可以包括铁基粉末、铝基粉末和铜基粉末中的一种或更多种。通过包括预定的准晶/非晶材料，复合材料可以具有低表面能、高硬度和高稳定性。

在本发明的实施例中，准晶/非晶材料可以包括Fe_aCu_bNb_cSi_dB_e，其中，a可以为50至100，b可以为0至5，c可以为0至5，d可以为0至20，并且e可以为0至20。通过包括预定的准晶/非晶材料，复合材料可以具有低表面能、高硬度和高稳定性。

在本发明的实施例中，大部分非晶材料在800℃后开始晶化，因此优选地，选择熔点低于800℃的金属及其合金，具体地，金属材料可以包括熔点低于800℃的金属及其合金中的一种或更多种。优选地，金属材料可以包括铝、锌、锑和镁中的一种或更多种。通过包括具有比准晶/非晶材料的熔点低的熔点的金属材料，在热喷涂工艺中，可以保持准晶/非晶材料少熔融或不熔融，减少准晶/非晶材料晶化以改善包括该复合材料的不粘涂层的不粘性。

在本发明的实施例中，纤维素类粘结剂可以包括羟甲基纤维素、羟乙基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的一种或更多种。通过使用纤维素类粘结剂而不是醇类粘结剂，可以提高不粘涂层的孔隙率且改善不粘性。

在本发明的实施例中，复合材料的粒径可以为20μm至100μm。通过将复合材料的粒径控制在预定范围内，可以降低工艺成本，并且避免后续工艺的生产不顺利问题。

根据本发明的另一方面，提供了一种不粘炊具，所述不沾炊具包括：基体，包括承载物品的内表面以及背对内表面的外表面；以及不粘涂层，设置在基体的内表面上，并且包括上述复合材料。该不粘炊具可以具有改善的不粘性，达到持久不粘的使用效果。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造不粘炊具的方法，所述方法包括通过热喷涂工艺将复合材料喷涂到基体上以形成不粘涂层。在使用上述复合材料的情况下通过该方法得到的不粘炊具具有改善的不粘性。

根据本发明的实施例，提供了一种用于不粘涂层的复合材料、包括该复合材料的不粘炊具及其制造方法。该不粘炊具的表面可以通过热喷涂的方式形成不粘涂层，该不粘涂层包括包含准晶/非晶材料、低熔点的金属材料和纤维素类粘结剂的复合材料，从而改善不粘涂层的不粘性，实现不粘效果。用于不粘涂层的复合材料可以包括具有比准晶/非晶材料的熔点低的熔点的金属材料，以在执行热喷涂工艺时，避免准晶/非晶材料的表面在被高温熔融后而被晶化，甚至组织结构改变，从而改善不粘涂层的不粘性。

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是根据本发明的实施例的不粘炊具的示意图。

图2是根据本发明的实施例的制备不粘炊具的方法的流程图。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然在下文中描述了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如前文所述，现有技术中的包括在不粘炊具中的不粘涂层或多或少存在一定的功能缺陷，因此本发明提出了一种性能更优化的用于不粘涂层的复合材料。

本发明的用于不粘涂层的复合材料可以包括准晶/非晶材料、具有比准晶/非晶材料的熔点低的金属材料和纤维素类粘结剂，通过这种复合材料形成的不粘涂层可以在热喷涂工艺中保持良好的性能，改善不粘涂层的不粘性。具体地，所述复合材料按重量百分比计包括：40wt％至80wt％的准晶/非晶材料、18wt％至59wt％的金属材料和1wt％至2wt％的纤维素类粘结剂。

根据本发明的实施例，准晶/非晶材料可以包括本领域中任何合适的准晶/非晶材料，例如，铁基粉末、铝基粉末和铜基粉末中的一种或更多种，优选地，准晶/非晶材料可以为铁基粉末。作为具体示例，准晶/非晶材料可以包括Fe_aCu_bNb_cSi_dB_e，其中，a可以为50至100，b可以为0至5，c可以为0至5，d可以为0至20，并且e可以为0至20。

基于复合材料的总重量，准晶/非晶材料的重量是40wt％至80wt％。这里，主要考虑到，在用于不粘涂层的复合材料中，基于复合材料的总重量，当准晶/非晶材料的重量小于40wt％时，准晶/非晶材料的占比较少，容易导致最终形成的不粘涂层的不粘性不佳等问题；当准晶/非晶材料的重量大于80wt％时，金属材料的占比较少，在执行热喷涂工艺时，被金属材料吸收的热量较少，容易导致准晶/非晶材料因经历热喷涂工艺产生的高温而出现损耗，导致最终形成的不粘涂层的不粘性不佳。在本发明的实施例中，在用于不粘涂层的复合材料中，基于复合材料的总重量，准晶/非晶材料的重量可以优选地是45wt％至80wt％、45wt％至75wt％、50wt％至75wt％、50wt％至70wt％、55wt％至75wt％、55wt％至70wt％、60wt％至70wt％、60wt％至65wt％等。具体地，在用于不粘涂层的复合材料中，基于复合材料的总重量，准晶/非晶材料的重量可以优选地是45wt％、50wt％、55wt％、60wt％、65wt％、70wt％、75wt％或80wt％。

根据本发明的实施例，金属材料可以包括钛、钛合金、不锈钢、低碳钢、高碳钢和铸铁中的一种或更多种。具体地，当用于不粘涂层的复合材料包括准晶/非晶材料和具有低熔点的金属材料时，金属材料的熔点可以比准晶/非晶材料的熔点低。这样，当将包括准晶/非晶材料和具有低熔点的金属材料的复合材料通过热喷涂工艺涂覆在不粘炊具的基体上时，具有低熔点的金属材料可以吸收热喷涂工艺中产生的部分热量，并且在熔融后形成膜，以保护准晶/非晶材料尽量少熔融或不熔融继而防止准晶/非晶材料被晶化，以降低高温对准晶/非晶材料的影响，改善不粘涂层的不粘性。

根据本发明的实施例，金属材料可以包括熔点低于800℃的金属及其合金中的一种或更多种材料，例如铝(熔点为660℃)、锌(熔点为420℃)、锑(熔点为630℃)和镁(熔点为650℃)等。

在本发明的实施例中，在用于不粘涂层的复合材料中，基于复合材料的总重量，金属材料的重量是18wt％至59wt％。在本发明的实施例中，在用于不粘涂层的复合材料中，基于复合材料的总重量，金属材料的重量可以是18wt％至59wt％、18wt％至54wt％、23wt％至54wt％、23wt％至49wt％、28wt％至54wt％、28wt％至49wt％、33wt％至49wt％、33wt％至44wt％等。具体地，在用于不粘涂层的复合材料中，基于复合材料的总重量，金属材料的重量可以是18wt％、23wt％、28wt％、33wt％、44wt％、49wt％、54wt％或59wt％。

根据本发明的实施例，纤维素类粘结剂可以包括羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素和其它任何合适的纤维素类粘结剂中的一种或更多种。

在常规不粘性造粒粉末的制备工艺中，优先采用醇类粘结剂作为不粘造粒材料的粘结剂，其原因在于醇类粘结剂在经历热喷涂工艺的高温后，不会保留在涂层中，可以为涂层提供更多的孔隙，以便于储油且涂层表面能够形成类似荷叶结构，从而提升涂层的不粘性。但是，在本发明的实施例中，由于具有比准晶/非晶材料的熔点低的熔点的金属材料的存在，因此，与纤维素类粘结剂相比，醇类粘结剂提升孔隙率(或空隙率)所带来的不粘性的提升程度不大，具体地，当选用醇类粘结剂作为粘结剂，在最终形成的涂层中，在醇类粘结剂经历热喷涂工艺的高温挥发之后，由于金属材料吸收热量而熔融，其流动性会变得较强，进而填充了涂层中的部分孔隙，因此，涂层的孔隙率会变得非常低。

在本发明的实施例中，当选用纤维素类粘结剂作为造粒粘结剂时，纤维素类粘结剂可以在经历热喷涂工艺的高温后收缩，进而为不粘涂层提供一定的孔隙率(孔隙率与纤维素类粘结剂的含量成正比)。因此通过使用纤维素类粘结剂所形成的不粘涂层比通过使用醇类粘结剂所形成的不粘涂层的孔隙率高1％至2％，因此，在本发明的实施例中，选择纤维素类粘结剂作为造粒粘结剂，从而改善不粘涂层的不粘性。

在本发明的实施例中，在用于不粘涂层的复合材料中，基于复合材料的总重量，纤维素类粘结剂的重量可以是1wt％至2wt％。这里，主要考虑到，在用于不粘涂层的复合材料中，基于复合材料的总重量，当纤维素类粘结剂的重量小于1wt％时，由于纤维素类粘结剂的比例较少，不能有效地进行造粒，在最终形成的不粘涂层中，通过纤维素类粘结剂带来的提升孔隙率的效果不明显且对最终形成的不粘涂层的不粘性提升不明显；当纤维素类粘结剂的重量大于2wt％时，由于纤维素类粘结剂的比例较高，容易造成在经历后续喷雾干燥或烧结等工艺之后出现结块现象，进而导致整体的生产效率降低等问题。

在本发明的实施例中，复合材料的粒径可以是20μm至100μm。这里，主要考虑到，当复合材料的粒径小于20μm时，容易导致在后续热喷涂工艺中使用的喷涂配套设备中出现送粉管堵塞等问题，造成生产不顺利；当复合材料的粒径大于100μm时，一方面造粒成本合格率低，成本高，不利于生产控制，另一方面，较大的颗粒会形成尖锐性粗糙结构，导致最终形成的不粘涂层无法形成荷叶结构，从而不粘性不佳。

在本发明的实施例中，复合材料的粒径可以是20μm至100μm、20μm至90μm、30μm至90μm、30μm至80μm、40μm至80μm、40μm至70μm、50μm至70μm、60μm至70μm等。具体地，复合材料的粒径可以是20μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm或70μm。

在本发明的实施例中，可以采用热喷涂方式将上述复合材料喷涂到炊具的基体的表面，以形成具有改善的不粘性的不粘涂层。

下面将结合图1来详细描述包括上述复合材料的不粘炊具。

图1示出了根据本发明的一个实施例的不粘炊具100的结构示意图。

如图1中所示，该不粘炊具100包括基体120和位于基体的表面上的不粘涂层140。

基体120可以是不粘炊具的主体，例如，当不粘炊具为锅时，基体可以为锅体。基体120可以由本领域的常用的任何合适的材料制成。基体120可以包括承载物品的内表面以及背对内表面的外表面。

不粘涂层140可以位于基体120的内表面上。不粘涂层140可以包括上述的复合材料，从而使不粘涂层140可以具备改善的不粘性。

应当理解的是，根据本发明的不粘炊具100还可以具有炊具手柄(例如，锅柄)等常见炊具结构，图1中仅示例性地示出了不粘炊具的主体部分，其它部分并未示出。

根据本发明的不粘炊具包括通过复合材料形成的不粘涂层，从而不粘炊具具有改善的不粘性。

下面将详细参照图2来描述根据本发明的实施例的制造不粘炊具的方法。

图2示出了根据本发明的实施例的制造不粘炊具的方法的流程图。

参照图2，根据本发明的实施例的制造不粘炊具的方法包括通过热喷涂工艺将上述复合材料喷涂到不粘炊具的基体上以形成不粘涂层。

具体地，根据本发明的实施例的制造不粘炊具的方法可以包括：准备不粘炊具的基体(步骤S310)；以及通过热喷涂工艺在基体的表面上形成不粘涂层(步骤S320)。

在步骤S310中，不粘炊具的基体可以是锅胚，锅胚可以通过市售获得，或者可以采用现有任意的技术来制造得到。

而且，根据本发明的一个实施例，还可以先对锅胚的表面进行清洗和表面粗化等预处理操作。

随后，在步骤S320中，通过热喷涂工艺将上述复合材料喷涂在锅胚的表面上，从而形成不粘涂层。这里将不再赘述复合材料。

在本发明的实施例中，可以在任何合适的条件下执行热喷涂工艺。

在本发明中，由于复合材料包括准晶/非晶材料和具有低熔点的金属材料，因此，在热喷涂工艺期间，金属材料可以优先吸收一部分热量，并且在吸热后熔融成膜，以使复合材料中的准晶/非晶材料少熔融或不熔融，进而避免准晶/非晶材料的表面氧化甚至组织结构改变且避免准晶/非晶材料的电子浓度降低，改善最终形成的不粘涂层的不粘性。

通过将本发明的复合材料涂覆在不粘锅具的表面上，最终形成的不粘锅具可以具有改善的不粘性，达到持久不粘的效果。

下面将结合实施例对本发明的制造不粘锅具的方法进行详细描述。

实施例1

将作为准晶/非晶材料的铁基粉末(Fe₈₀Cu₅Nb₅Si₅B₅)和作为金属材料的铝材料分别放入球磨机中，在氮气保护下，在转速为1000r/min下，球磨比为2:1下进行研磨处理22小时，在真空度为5×10^-3Pa和温度为150℃下执行冷却2小时，以得到平均粒径为20μm的粉末。

由2wt％的羟甲基纤维素、1wt％的柠檬酸、2wt％的聚醚改性硅油和95wt％的去离子水混合液体，制备混合液体部分。

将研磨后的质量比为3:2的铁基粉末和铝材料粉末与上述混合液体混合，以得到复合材料浆料，其中，混合液体占比为50wt％。然后，将上述复合材料浆料输送到10000转/分钟的高速甩液圆盘上，使其形成滴。采用90℃的热风将滴吹进300℃的干燥塔内，在滴的下降过程中，经过约20秒的停留，使滴形成颗粒。对上述颗粒进行烧结，烧结的初始温度为25℃，升温速度为10℃/分钟，最终温度为180℃，保持10小时。然后，对烧结后的颗粒进行筛分，得到包括平均粒径为40um的复合材料颗粒。在最终得到的复合材料颗粒中，粘结剂占比为1.5wt％，铁基材料占比59.1wt％，余量为铝材料。

通过热喷涂工艺，将复合材料颗粒喷涂到锅体表面，以形成厚度为50μm的不粘涂层。

实施例2

与实施例1的不同之处在于，金属材料为锌材料。

实施例3

与实施例1的不同之处在于，准晶/非晶材料为Fe₇₈Si₁₂B₁₀ 。

实施例4

与实施例1的不同之处在于，在最终得到的复合材料颗粒中，铁基材料的占比为 45.5wt％。

实施例5

与实施例1的不同之处在于，在最终得到的复合材料颗粒中，铁基材料的占比为 75.1wt％。

对比例1

与实施例1的不同之处在于，金属材料为低碳钢(熔点为1540℃)。

对比例2

与实施例1的不同之处在于，将铁基材料直接喷涂到锅体表面，以形成厚度为50μm 的不粘涂层。

对比例3

与实施例1的不同之处在于，在最终得到的复合材料颗粒中，铁基材料的占比为 38.1wt％。

对比例4

与实施例1的不同之处在于，在最终得到的复合材料颗粒中，铁基材料的占比为 82.1wt％。

然后，对上述实施例1至实施例5以及对比例1至对比例4的不粘涂层进行性能测试，结果如表1中所示。

具体地，测试方法如下：

(1)初始不粘性的测试方法：GB/T32095.2-2015中煎蛋不粘性试验方法，该方法为初始不粘性测试，测试结果分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，其中，Ⅰ级的不粘性最高，III级的不粘性最差。

(2)不粘持久性的测试方法：GB/T32388-2015中持久不粘性试验方法，测试单位为次数，次数越高，不粘持久性越好，即，不粘锅具的寿命越长。其中，在测试不粘持久性时，记录直至不粘性到达Ⅲ级时的次数。

表1

示例	初始不粘性	不粘持久性(次)
			实施例1	Ⅰ	43000
实施例2	Ⅰ	45000
			实施例3	Ⅰ	47000
实施例4	Ⅱ	32000
			实施例5	Ⅱ	30000
对比例1	Ⅲ	0
			对比例2	Ⅲ	0
对比例3	Ⅲ	0
			对比例4	Ⅲ	0

一般而言，当不粘涂层的初始不粘性为Ⅱ级或II级以上，并且不粘涂层的不粘持久性在10000次以上时，可以认定该不粘炊具在具有改善的不粘性。

通过表1中的数据可知，与对比例1至对比例4相比，根据本发明的实施例1至实施例5的不粘涂层具有改善的不粘性。

综上，根据本发明的实施例，由于用于不粘涂层的复合材料可以包括具有比准晶/非晶材料的熔点低的熔点的金属材料，因此不粘炊具的表面可以通过热喷涂的方式形成不粘涂层，且该不粘涂层具有改善的不粘性，实现不粘效果。

本发明通过对用于不粘涂层的复合材料的成分进行合理优化，通过热喷涂工艺制备性能最优化的不粘涂层。通过使用该复合材料制备出的不粘炊具实现了耐铁铲性能、持久不粘性能等多重性能，从而极大地提高了用户体验。

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

1.一种用于不粘涂层的复合材料，所述复合材料按重量百分比计包括：40wt％至80wt％的准晶/非晶材料、18wt％至59wt％的金属材料和1wt％至2wt％的纤维素类粘结剂，其中，所述金属材料具有比所述准晶/非晶材料的熔点低的熔点，并且

其中，所述金属材料包括熔点低于800℃的金属及其合金中的一种或更多种。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述准晶/非晶材料包括铁基粉末、铝基粉末和铜基粉末中的一种或更多种。

3.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述准晶/非晶材料包括Fe_aCu_bNb_cSi_dB_e，其中，a为50至100，b为0至5，c为0至5，d为0至20，并且e为0至20。

4.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述金属材料包括铝、锌、锑和镁中的一种或更多种。

5.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述纤维素类粘结剂包括羟甲基纤维素、羟乙基纤维素和羟丙基甲基纤维素中的一种或更多种。

6.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述复合材料的粒径为20μm至100μm。

7.一种不粘炊具，所述不粘炊具包括：

基体，包括承载物品的内表面以及背对所述内表面的外表面；以及

不粘涂层，设置在所述基体的所述内表面上，并且包括根据权利要求1至6中任一项所述的复合材料。

8.一种制造不粘炊具的方法，所述方法包括通过热喷涂工艺将根据权利要求1至6中任一项所述的复合材料喷涂到基体上以形成不粘涂层。