不粘锅及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种不粘锅及其制造方法。该不粘锅包括锅身，所述锅身的表面上具有薄膜层，所述薄膜层由包含Cr、Zr、N三元氮化物的薄膜所形成。根据本发明的技术方案，由于利用了Cr、Zr、N三元氮化物的薄膜的较低表面能和自清洁特性，从而实现不粘效果，并且薄膜层的表面硬度高、耐磨性好，可以使用铁铲烹饪；薄膜层的耐热性也更好，可以使用大火烹饪。
【专利说明】不粘锅及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及炊具产品领域，尤其涉及一种不粘锅及其制造方法。
【背景技术】
[0002]目前，市面上销售的不粘锅主要有两类，一类是喷涂聚四氟乙烯(PTFE)涂料的不粘锅，另一类是喷涂溶胶凝胶(SOL-GEL)陶瓷涂料的不粘锅。对于这两种不粘锅，由于涂料形成的表面不粘涂层的强度不高，不能使用铁铲烹饪，即使使用硅胶铲和木铲等护锅铲进行烹饪，使用一段时间后，涂层也容易出现划伤和脱落，影响产品结构和性能；同时，这两种不粘锅的不粘涂层不能耐高温，干烧会导致涂层的不粘性急剧下降。也有现有技术指出，可以在锅内表面镀覆一层非晶态镍磷合金层以提高不粘性。但镍本身为重金属，对人体有害，不符合炊具卫生标准的要求，实际也未见该类产品的生产和销售。因此，有必要针对现有技术中存在的上述缺陷进行改进。
【发明内容】
[0003]本发明的主要目的是提供一种不粘锅及其制造方法，通过对不粘锅的结构进行改进，能够有效地改善不粘性和耐热性，从而有利于提高产品性能。
[0004]为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种不粘锅，包括锅身，所述锅身的表面上具有薄膜层，所述薄膜层由包含Cr、Zr、N三元氮化物的薄膜所形成。
[0005]进一步地，所述三元氮化物的薄膜中，Cr、Zr、N三种元素的原子个数百分比分别为
10?40%、15 ?45%、28 ?58%。
[0006]进一步地，所述薄膜层的厚度为0.1?25 μ m。
[0007]进一步地，所述薄膜层通过磁控溅射法、多弧离子镀法、化学气相沉积法、离子束沉积法或脉冲激光沉积法形成。
[0008]进一步地，在所述锅身的表面和所述薄膜层之间还设有过渡层。
[0009]进一步地，所述过渡层包括Cr和/或Ti，且厚度为0.01?0.5 μ m。
[0010]进一步地，所述薄膜层经过砂光处理，以便在所述薄膜层的表面上形成微观纹理。
[0011]根据本发明的第二个方面，提供了一种不粘锅的制造方法，所述制造方法包括:
[0012](I)成型步骤:形成弧形底或平底的锅身；
[0013](2)表面处理步骤:对烘干后的锅身表面进行喷砂或者砂光处理，形成预定范围的表面粗糙度；
[0014](3)薄膜层形成步骤:在所述锅身的表面上形成薄膜层，所述薄膜层由包含Cr、Zr、N三元氮化物的薄膜所形成；
[0015](4)砂光步骤:所述薄膜层形成之后，对所述薄膜层进行砂光处理，增加表面光洁度的同时，在所述薄膜层的表面形成微观纹理。
[0016]进一步地，在所述薄膜层形成步骤中，采用磁控溅射法或多弧离子镀法在所述锅身的表面上沉积所述三元氮化物的薄膜，工艺参数如下:负偏压O?250V ；N2流量为0.1?0.3L/min ；Ar流量为0.02?0.05L/min ;靶电流为30?100A ;沉积温度为250?450°C ；沉积时间为30?120min。
[0017]进一步地，在所述表面处理步骤之后和所述薄膜层形成步骤之前，在所述锅身的表面上沉积过渡层。
[0018]根据本发明的技术方案，由于利用了 Cr、Zr、N三元氮化物的薄膜的较低表面能和自清洁特性，从而实现不粘效果，并且薄膜层的表面硬度高、耐磨性好，可以使用铁铲烹饪；薄膜层的耐热性也更好，可以使用大火烹饪。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0020]图1是根据本发明实施例的不粘锅的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]需要说明的是，在没有明确限定或不冲突的情况下，本发明的各个实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0022]为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种不粘锅，包括锅身，所述锅身的表面上具有薄膜层，所述薄膜层由包含Cr、Zr、N三元氮化物的薄膜所形成。
[0023]根据前述实施例的结构，利用了 Cr、Zr、N三元氮化物的薄膜的较低表面能和自清洁特性，从而实现不粘效果，并且薄膜层的表面硬度高、耐磨性好，可以使用铁铲烹饪；薄膜层的耐热性也更好，可以使用大火烹饪。
[0024]图1是根据本发明实施例的不粘锅的结构示意图。在如图1所示的实施例中，提供了一种不粘锅，其包括锅身10，在该锅身10的内表面上具有薄膜层20，在锅身10和薄膜层20之间还可以具有过渡层30。
[0025]其中，锅身10可以采用不锈钢、铝合金、铝不锈钢复合片或者碳钢等材料，并经过冲压成型而成，锅身10还可以具有弧形底或平底。
[0026]薄膜层20由Cr、Zr、N三元氮化物的薄膜所形成。发明人经过长期反复的试验发现，由于Cr、Zr、N三元氮化物的薄膜具有一定的非晶态特性，从而该薄膜具有较低的表面能和自清洁的特性。由此，利用该薄膜的特性，通过在锅身10的内表面上形成Cr、Zr、N三元氮化物的薄膜，从而在烹饪食物的时候，可以较好地实现不粘锅的不粘性，且耐磨性和耐热性均得到有效提高。
[0027]优选地，在所述三元氮化物的薄膜中，Cr、Zr、N三种元素的原子个数百分比分别为10?40%、15?45%、28?58%。对该薄膜而言，随着N2流量的增大，薄膜中的氮含量增力口，而晶粒逐渐变小；当薄膜中N/Zr原子比逐渐增大时,薄膜中会出现亚稳态的Zr3N4相以及非晶相，在更高氮流量下，整个薄膜转变为非晶态；但随着N含量增加，薄膜颜色加深，会逐渐失去银白色的金属外观。
[0028]并且，三元氮化物的薄膜(即薄膜层)的厚度可以为0.1?25μπι，优选为0.1?20 μ m,更优选为0.5?20 μ m。如果薄膜层的厚度太薄,则其硬度及耐磨性差,使用寿命短；如果薄膜层的厚度太厚，则会导致不粘锅的生产成本太高。发明人经过反复的试验发现，采用合适的薄膜层厚度(例如上述各个数值范围)，可以在硬度和耐磨性以及生产成本之间找到一个适当的平衡。薄膜层20可以通过磁控溅射法、多弧离子镀法、化学气相沉积法、离子束沉积法或脉冲激光沉积法等方法形成。
[0029]如图1所示，过渡层30设置在锅身10的内表面和薄膜层10之间，以增加锅身10的内表面和薄膜层20之间的结合强度。过渡层30可以包括Cr、Ti等一种或多种金属材料，且厚度为0.01?0.5 μ m。
[0030]但是，过渡层30不是必须的结构，可以根据需要进行设置。如果锅身10的内表面和薄膜层20之间的附着牢度可以满足产品性能需求，也可以不设置过渡层。
[0031]当然，除了在锅身10的内表面上形成前述薄膜层之外，也可以在锅身10的外表面上形成前述薄膜层，或者还可以在锅身10的内、外表面上均形成前述薄膜层。同样，过渡层仍然可以设置在锅身10的表面和前述薄膜层之间，从而实现同样的功能。
[0032]薄膜层20形成之后，可以对其进行喷砂或者砂光处理，以便在薄膜层20的表面上形成微观纹理，从而得到类似于超疏水表面的微纳米微观结构，结合薄膜本身的低表面能特性，可以更好地实现不粘效果。
[0033]在薄膜层20形成之前，还可以将成型好的锅身清洗后烘干，接着进行表面处理，将烘干后的锅身的内表面和/或外表面进行喷砂或者砂光处理，形成预定范围的表面粗糙度，以便于后续薄膜层的形成。所述预定范围例如可以是2?8 μ m。
[0034]根据前述实施例的结构，利用了 Cr、Zr、N三元氮化物的薄膜的较低表面能和自清洁特性，从而实现不粘效果，并且薄膜层的表面硬度高、耐磨性好，可以使用铁铲烹饪；薄膜层的耐热性也更好，可以使用大火烹饪。与现有技术相比，由于不再采用PTFE不粘涂料和SOL-GEL陶瓷涂料，解决了传统不粘锅因使用不粘涂料而导致不粘涂层寿命短和耐热性差的问题。
[0035]此外，本发明主要通过利用该薄膜的低表面能实现不粘，与现有技术中采用的例如TiC、TiCN或TiN的微纳米疏水结构相比，也具有更好的耐磨性，不粘寿命更持久。并且，本发明中所使用的材料符合食品卫生指标要求，不含对人体有害的重金属元素，安全健康。
[0036]本发明还提供了一种不粘锅的制造方法，该不粘锅可以是具有前述实施例结构的不粘锅。所述制造方法包括:
[0037](I)成型步骤:形成弧形底或平底的锅身；
[0038](2)表面处理步骤:对烘干后的锅身表面进行喷砂或者砂光处理，形成预定范围的表面粗糙度；
[0039](3)薄膜层形成步骤:在所述锅身的表面上形成薄膜层，所述薄膜层由包含Cr、Zr、N三元氮化物的薄膜所形成；
[0040](4)砂光步骤:所述薄膜层形成之后，对所述薄膜层进行砂光处理，增加表面光洁度的同时，在所述薄膜层的表面形成微观纹理。
[0041]在所述成型步骤中，可以采用不锈钢、铝合金、铝不锈钢复合片或者碳钢等材料，经冲压成型，形成弧形底或平底的锅身。
[0042]随后，还可以将上述成型好的锅身清洗后烘干；接着，可以进行表面处理，将烘干后的锅身的内表面和/或外表面进行喷砂或者砂光处理，形成预定范围的表面粗糙度，以便于后续薄膜层的形成。所述预定范围例如可以是2?8 μ m。
[0043]在所述薄膜层形成步骤中，采用磁控溅射法或多弧离子镀法在所述锅身的内表面和/或外表面上沉积所述三元氮化物的薄膜，工艺参数如下:负偏压O?250V ；N2流量为0.1?0.3L/min ；Ar流量为0.02?0.05L/min ;靶电流为30?100A ;沉积温度为250?4500C ;沉积时间为30?120min。
[0044]除了磁控溅射法或多弧离子镀法之外，薄膜层也可以通过化学气相沉积法、电弧喷涂、离子束沉积法或脉冲激光沉积法等方法形成。
[0045]在所述表面处理步骤之后和所述薄膜层形成步骤之前，在所述锅身的表面上沉积过渡层。过渡层可以包括Cr、Ti等一种或多种金属材料，且厚度为0.01?0.5 μ m。但是，过渡层不是必须的结构，可以根据需要进行设置。如果锅身的表面和薄膜层之间的附着牢度可以满足产品性能需求，也可以不设置过渡层。
[0046]薄膜沉积完成后，还可以通过砂光处理，在增加薄膜层的表面光洁度的同时，在薄膜层的表面上形成微观纹理。该微观纹理具有类似于超疏水表面的微纳米微观结构，结合薄膜本身的低表面能特性，可以更好地实现不粘效果。此外，也可以采用表面修饰法在薄膜层的表面上制备超疏水表面，但该表面耐磨及持久性稍差，也较容易被破坏。
[0047]前面根据实施例描述了本发明的不粘锅，但该不粘锅并不仅限于该实施例中所述的部件和/或连接关系。例如，可以根据需要设置或不设置过渡层；三元氮化物的薄膜中Cr、Zr、N三种元素的原子个数百分比不限于实施例的数值；薄膜层的形成方法不限于采用化学气相沉积法。并且，本发明所述的不粘锅包括常见的炒锅、煎锅或汤锅等需要或期望具备不粘性能的炊具。
[0048]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种不粘锅，包括锅身，其特征在于，所述锅身的表面上具有薄膜层，所述薄膜层由包含Cr、Zr、N三元氮化物的薄膜所形成。
2.根据权利要求1所述的不粘锅，其特征在于，所述三元氮化物的薄膜中，Cr、Zr、N三种元素的原子个数百分比分别为10?40%、15?45%、28?58%。
3.根据权利要求1所述的不粘锅，其特征在于，所述薄膜层的厚度为0.1?25 μ m。
4.根据权利要求1所述的不粘锅，其特征在于，所述薄膜层通过磁控溅射法、多弧离子镀法、化学气相沉积法、离子束沉积法或脉冲激光沉积法形成。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的不粘锅，其特征在于，在所述锅身的表面和所述薄膜层之间还设有过渡层。
6.根据权利要求5所述的不粘锅，其特征在于，所述过渡层包括Cr和/或Ti，且厚度为 0.01 ?0.5 μ m。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的不粘锅，其特征在于，所述薄膜层经过砂光处理，以便在所述薄膜层的表面上形成微观纹理。
8.—种不粘锅的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括: (1)成型步骤:形成弧形底或平底的锅身； (2)表面处理步骤:对烘干后的锅身表面进行喷砂或者砂光处理，形成预定范围的表面粗糙度； (3)薄膜层形成步骤:在所述锅身的表面上形成薄膜层，所述薄膜层由包含Cr、Zr、N三元氮化物的薄膜所形成； (4)砂光步骤:所述薄膜层形成之后，对所述薄膜层进行砂光处理，增加表面光洁度的同时，在所述薄膜层的表面形成微观纹理。
9.根据权利要求8所述的不粘锅的制造方法，其特征在于，在所述薄膜层形成步骤中，采用磁控溅射法或多弧离子镀法在所述锅身的表面上沉积所述三元氮化物的薄膜，工艺参数如下:负偏压O?250V ；N2流量为0.1?0.3L/min ；Ar流量为0.02?0.05L/min ;靶电流为30?100A ;沉积温度为250?450°C ;沉积时间为30?120min。
10.根据权利要求8所述的不粘锅的制造方法，其特征在于，在所述表面处理步骤之后和所述薄膜层形成步骤之前，在所述锅身的表面上沉积过渡层。
【文档编号】A47J27/00GK104257256SQ201410557941
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月20日 优先权日:2014年10月20日
【发明者】瞿义生, 方承勇, 陈军 申请人:武汉苏泊尔炊具有限公司, 浙江苏泊尔股份有限公司