CN115301944B - 一种用于无涂层不粘炊具制备的钛硅粉组合物及无涂层不粘炊具制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于无涂层不粘炊具制备的钛硅粉组合物及无涂层不粘炊具制备方法，其中，用于无涂层不粘炊具制备的钛硅粉组合物，按质量份数计，包括钛70‑80份，硅10‑30份，钒0‑6份，铁0‑2份，所述钛硅粉组合物经过微氮化制备而得；制造时，将所述钛硅粉组合物熔射至锅坯表面即可，熔射层厚度55‑85μm。本发明采用的钛硅粉组合物中含硅、氮化钛成分：钛70‑80％，硅：10‑30％，钒0‑6％；钒的作用可以改善结合相，增加韧性，减小孔隙率，一般可以到1.3％‑1.5％，本发明制备的无涂层不粘炊具，不粘性能和耐腐蚀性能均满足标准要求，具有很好的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及烹饪器具领域无涂层不粘炊具制备技术领域，具体涉及一种用于无涂层不粘炊具制备的钛硅粉组合物及无涂层不粘炊具制备方法，具体是未涂覆树脂涂层的具有物理不粘性能的锅具及其制造方法。
背景技术
不粘锅是做饭不会粘锅底的锅，因为锅底采用了不粘涂层，常见的、不粘性能最好的有聚四氟乙烯涂层和陶瓷涂层，利用聚四氟乙烯等优异的热性能、化学性能、易清洁性能和无毒性能制成了这种深受欢迎的厨房用具。但是不粘涂料存在易脱落，不耐磨、硬度低，不适用金属铲，使用寿命短等缺陷。
中国发明专利CN201110064876.9一种不粘不锈铁锅及其制造方法，公开了一种不粘不锈铁锅，由金属基体构成，在金属基体的工作面上熔射一层铁铬碳化铬或镍铬碳化铬或钴铬碳化铬金属材料，形成一层带有微孔的易洁不粘层，在与微孔相通的金属基体表面上通过氮化处理形成一层渗氮层。本发明还公开一种不粘不锈铁锅的制造方法，包含(1)开料、拉伸、去油洗净、去污去蜡、烘干；(2)粗化处理；(3)在工作面上形成一层易洁不粘层；(4)氮化处理形成渗氮层；(5)清洗、烘干等步骤。其主要研究了产品的导热性能，且需要专门的不粘层，因此各层之间的结合强度与防锈难以保证。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于无涂层不粘炊具制备的钛硅粉组合物及无涂层不粘炊具制备方法。
为实现上述目的，本发明提供一种用于无涂层不粘炊具制备的钛硅粉组合物，其中：按质量份数计，包括钛70-80份，硅10-30份，钒0-6份，铁0-2份，所述钛硅粉组合物经过微氮化制备而得。
优选的，按质量份数计，包括钛76份，硅20份，钒4份。
优选的，制造时，将所述钛硅粉组合物在氮气氛围中经深度氮化高温高压熔射至锅坯的表面，等离子熔射枪的温度为16000-20000摄氏度，熔射层厚度55-85μm。
优选的，所述熔射，其电流为300-500A，电压为60-70V，氮气流速为20-40L/min，进粉速度3-5r/min，进粉气压5-6atm，机械手全局速度50-80％。
优选的，所述熔射，其电流为400A，电压为65V，氮气流速为25L/min，进粉速度3.5r/min，进粉气压5-6atm，机械手全局速度60％。
优选的，在锅坯的表面先进行喷砂处理再进行熔射处理，控制表面粗糙度达到Ra3.5-8um。
优选的，所述喷砂处理，其控制表面粗糙度达到Ra5-8 um。
优选的，熔射完成后，在4％-6％偏碱性除蜡剂中进行超声处理，超声频率为20-40KHZ，清洗温度为45-60℃，超声清洗后在140℃下烘烤干燥。
本发明提供一种无涂层不粘炊具，其不粘煎蛋测试达到二级标准，耐腐蚀性达到24小时8级合格，超声清洗后不生锈。
本发明的有益效果如下：
本发明采用的钛硅粉熔炼粉含硅，氮化钛成分：钛70-80％，硅：10-30％，钒0-6％；钒的作用可以改善结合相，增加韧性，减小孔隙率，一般可以到1.3％-1.5％，加钒后最小孔隙率可达到0.95％。本发明提供用钛硅粉组合物制造的无涂层不粘炊具，熔射颗粒和基体附着紧密，硬度高、耐磨性好，可适用金属铲具；锅底内表面形成波峰波谷结构，减小锅与食物的接触面积，表层孔隙率低，具有储油效果，其不粘煎蛋测试达到二级标准，耐腐蚀性达到24小时8级合格，不粘性能和耐腐蚀性能均满足标准要求。本发明的达到食物不易粘锅的目的。
附图说明
图1为本发明实施例1采用的钛硅粉形态微观图像；
图2为本发明实施例2采用的钛铁粉的形态微观图像；
图3为本发明实施例3采用的钛铁粉形态微观图像；
图4为本发明实施例3的制备无涂层不粘炊具的5％盐雾测试后有生锈结果图；
图5为本发明实施例1的制备无涂层不粘炊具的5％盐雾测试后无生锈结果图。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本申请作进一步说明。
实施例1：
本实施例中，采用经过微氮化制备而得钛硅粉组合物，其成分含量为：钛76％，硅：20％，钒：4％，采用纯氮气，在高温1000-1500℃气氛中与钛、硅、钒粉末充分混合，形成的微氮化粉末其形态如图1。经过微氮化，形成均匀混合状态的氮化硅和TiN，其中形成的TiN熔点高、硬度大、稳定性好；形成的氮化硅是一种无机物，硬度大，具有润滑性，耐磨损，高温时抗氧化。
锅坯采用304不锈钢采用拉伸工艺，根据需要的形状一体成型获得。成型后，锅坯表面进行喷砂处理，用20目棕刚玉氧化铝材料，在0.6Mpa条件下处理，喷砂后表面粗糙度达到Ra3.5-8μm，这样的粗糙结构更便于后续熔射时物料附着承接和保持。
然后通过二次深度氮化熔射工艺制备无涂层不粘炊具，具体的熔射参数如下：等离子熔射枪的温度为16000-20000摄氏度，电流400A，电压65V，氮气流速25L/min，进粉速度3.5r/min，进粉气压5-6atm，机械手全局速度60％，控制熔射层厚度65-75μm。熔射结束后，粗糙度达到Ra8-11um。
以32cm口径的锅具为例，对熔射用粉量和粗糙度的控制，经过多次实验，结果如下表1。
表1喷砂处理后锅坯表面粗糙度对钛硅粉组合物熔射上粉率的影响
上粉率＝熔射锅上重量/用粉量，根据表1可见当粗糙度Ra3-5um时，上粉率在40％左右，当Ra5-6.6um，上粉率在50％左右，钛硅粉有效附着效果得到显著提升，粗糙度的提升为保证锅具不粘效果提供了基础。熔射过程中，本发明将原来的惰性气体替换为氮气，在16000-20000摄氏度高温下使氮气发生电离，从而进一步与上述粉体中氮化硅、TiN发生反应形成复杂的氮化物的混合层，大幅度提高了锅坯和熔射层之间的结合力。
为了进一步改善锅具表面层结构，再用150-240目砂纸和80目百洁布打砂处理即可去掉锅体表面的刺头，使表面光泽。
最后用全自动超声波清洗机进行超声清洗，在4％-6％偏碱性除蜡剂中，设置超声频率为28KHZ，清洗温度为54℃，线速为28m/h，超声清洗后在140℃下烘烤干燥，得到钛硅无涂层不粘炊具。
实施例2：
本实施例中，采用经过微氮化制备而得钛铁粉组合物，其钛铁成分为：钛：69％，铁：28％，钒：3％，其形态如图2，经过微氮化，形成的TiN熔点高、硬度大、稳定性好。
锅坯采用304不锈钢采用拉伸工艺，根据需要的形状一体成型获得。成型后，锅坯表面进行喷砂处理，砂粒采用24目棕刚玉，喷枪气压为0.65MPa，喷砂后控制表面粗糙度达到Ra6.2，然后通过熔射工艺制备无涂层不粘炊具，具体的熔射参数如下：
电流400A，电压64V，氮气流速25L/min，实际进粉速度2.7r/min，进粉气压5-6atm，机械手全局速度45％，熔射层厚度65-75μm。
进一步改善锅具表面层结构，再用150-240目砂纸和80目百洁布打砂处理即可。
用全自动超声波清洗机，进行超声清洗在4％-6％偏碱性除蜡剂中进行处理，超声频率为28KHZ，清洗温度为54℃，线速为28m/h，超声清洗后在140℃下烘烤干燥，得到钛铁无涂层不粘炊具。
实施例3：
由于铁的存在会导致耐腐蚀性能的变化，且熔射氮化过程会影响熔射层的致密结构，所以本实施例进一步研究调整铁含量和氮化参数下制造的锅具耐腐蚀性能、不粘性能。
本实施例中，采用经过微氮化制备而得钛铁粉组合物，其钛铁成分为：钛：53％，铁：46％，其形态如图3，微氮化工艺如实施例1。
锅坯采用304不锈钢采用拉伸工艺，根据需要的形状一体成型获得。成型后，锅坯表面进行喷砂处理，砂粒采用24目棕刚玉，喷枪气压0.65MPa，喷砂后表面粗糙度达到Ra6.2，然后通过熔射工艺制备无涂层不粘炊具，具体的熔射参数如下：
电流400A，电压64V，氮气流速25L/min，实际进粉速度2.5r/min，进粉气压5-6atm，机械手全局速度40％，熔射层厚度65-75μm。
进一步改善锅具表面层结构，再用150-240目砂纸和80目百洁布打砂处理即可。
用全自动超声波清洗机，进行超声清洗在4％-6％偏碱性除蜡剂中进行处理，超声频率为28KHZ，清洗温度为54℃，线速为28m/h，超声清洗后在140℃下烘烤干燥，得到无涂层不粘炊具。
检测：
不粘性能：本发明采用GB32095.2中4.2.1不粘煎蛋测试：用实施例1方法获得钛硅产品共30-40个，全部达到一级标准，用实施例2方法获得钛铁产品共20-30个，全部达到一级标准。
耐腐蚀性：对比GB/T 29601不锈钢器皿标准中要求，本发明按5％盐雾测试，实施例1、2中钛硅和钛铁均可达到24小时8级合格，但实施例3中钛铁产品出现多处明显的生锈。超声清洗后，实施例1钛硅产品清洗后无腐蚀，而实施例2、3钛铁锅具，清洗后出现腐蚀点，12小时后表面起花斑，生锈十分迅速。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (4)
1.用于钛硅粉组合物制备无涂层不粘炊具的方法，其特征在于：按质量份数计，包括钛76份，硅20份，钒4份，铁0-2份，所述钛硅粉组合物在高温1000-1500℃、纯氮气氛中经过微氮化制备而得；
在锅坯的表面先进行喷砂处理再进行熔射处理，控制表面粗糙度达到Ra3.5-8um，制造时，将所述钛硅粉组合物在氮气氛围中经深度氮化高温高压熔射至锅坯的表面，等离子熔射枪的温度为16000-20000摄氏度，熔射层厚度55-85μm；所述熔射，其电流为400A，电压为65V，氮气流速为25L/min，进粉速度3.5r/min，进粉气压5-6atm，机械手全局速度60％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述喷砂处理，其控制表面粗糙度达到Ra5-8 um。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：熔射完成后，在4％-6％偏碱性除蜡剂中进行超声处理，超声频率为20-40KHZ，清洗温度为45-60℃，超声清洗后在140℃下烘烤干燥。
4.用权利要求1所述的方法制造的无涂层不粘炊具，其特征在于：不粘煎蛋测试达到二级标准，耐腐蚀性达到24小时8级合格，超声清洗后不生锈。
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