一种加热器具及其制备方法与流程

本发明涉及家用电器领域，具体地涉及一种加热器具及其制备方法。
背景技术：
：现有的电饭煲、压力锅、炊具等表面均使用不粘涂层，常用的不粘涂层为氟树脂或者陶瓷不粘涂层，均采用空气压力喷涂或者静电喷涂的方式制备，一般为两层或者三层结构，底层为黑色的或者其他颜色的打底层，主要起到连接基材与面层过渡的作用，而面层主要为纯的、透明的氟树脂或者氧化硅面油，这种梯度使涂层具有良好的外观、耐污性、可移印图案等作用，但是该涂层体系强度很低，表面硬度也较差，耐刮擦性能主要由光滑的、摩擦系数小的表面层提供，并且打底的黑色涂层分为水性或者油性涂料，在喷涂制备过程中均会对环境及工作人员造成污染。技术实现要素：本发明的目的是为了克服现有的不粘锅内表面的表面硬度小、耐刮擦性能差以及制备过程会造成污染的缺陷，提供一种加热器具及其制备方法。为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种加热器具，该加热器具包括被加热的基底和形成在该基底内表面上的含无机陶瓷涂层，其中，所述含无机陶瓷涂层为灰黑色，且含有氧化铝、二价金属氧化物和四价金属氧化物。优选地，在所述含无机陶瓷涂层中，以氧化铝、二价金属氧化物和四价金属氧化物的总重量为100重量份，氧化铝的含量为95-97重量份，二价金属氧化物的含量为1-2重量份，四价金属氧化物的含量为2-4重量份。更优选地，所述二价金属氧化物选自feo、cuo、mgo、gao和bao中的至少一种。更优选地，所述四价金属氧化物选自tio2、pbo2、sno2和mno2中的至少一种。优选地，所述含无机陶瓷涂层的厚度为20-200μm，粗糙度为2-5μm。优选地，所述含无机陶瓷涂层还含有氟树脂。更优选地，以氟树脂、氧化铝、二价金属氧化物和四价金属氧化物的总重量为100重量份，所述氟树脂的含量为50-80重量份。更优选地，所述氟树脂为pfa(四氟乙烯-全氟丙基乙烯共聚物，又称可溶性聚四氟乙烯)和/或ptfe(聚四氟乙烯)。优选地，所述加热器具还包括形成在所述含无机陶瓷涂层的上表面上的不粘涂层。更优选地，所述不粘涂层为氟树脂不粘涂层。更优选地，所述不粘涂层为陶瓷不粘涂层。更优选地，所述不粘涂层的厚度为10-100μm。优选地，所述加热器具为电饭煲内胆、压力锅内胆、炒锅、烤盘或烹饪机。本发明第二方面提供了制备上述加热器具的方法，该方法包括以下步骤：(1)通过热喷涂法在基底的内表面上形成无机陶瓷涂层；(2)可选地，在所述无机陶瓷涂层的上表面上形成不粘涂层；优选地，所述不粘涂层为氟树脂不粘涂层、陶瓷不粘涂层和pfa-无机陶瓷混合涂层中的至少一种。优选地，所述热喷涂法为等离子喷涂。更优选地，所述等离子喷涂的操作条件包括：初始预热温度为120-200℃，喷涂距离为50-100mm，喷涂电流为400-600a，电压为50-80v，送粉量为20-50g/min，走枪速率为600-800mm/min，工作气体氩气流量为30-40l/min，辅助气体氢气流量为4-8l/min。本发明第三方面提供了制备上述加热器具的方法，该方法包括通过热喷涂法在基底的内表面上形成含氟树脂和无机陶瓷的混合涂层。优选地，所述热喷涂法为等离子喷涂。更优选地，所述等离子喷涂的操作条件包括：初始预热温度为120-200℃，喷涂距离为50-100mm，喷涂电流为400-600a，电压为50-80v，送粉量为20-50g/min，走枪速率为600-800mm/min，工作气体氩气流量为30-40l/min，辅助气体氢气流量为4-8l/min。在本发明所述的加热器具中，所述含无机陶瓷涂层具有较高的硬度，与基底结合力较强，具有良好的耐污性；并且，所述含无机陶瓷涂层的表面可直接形成不粘涂层，从而大大降低了生产过程所产生的污染。附图说明图1是本发明所述的加热器具的层结构示意图。附图标记说明1基底2含无机陶瓷涂层3不粘涂层具体实施方式以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指参考附图所示的上、下；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。如图1所示，本发明所述的加热器具包括：被加热的基底1和形成在该基底1内表面上的含无机陶瓷涂层2。在本发明中，所述含无机陶瓷涂层2由含有氧化铝、二价金属氧化物和四价金属氧化物的涂料组合物通过热喷涂法形成。氧化铝为六方结构，其中铝为3价离子，当其与4价金属和2价金属复合时，氧化铝会产生化学计量比失配，从而产生氧空位，氧空位的产生使得氧化铝由原来的白色粉末变为黑色粉末，这是由于可见光照射在粉末表面，氧空位吸收、衍射了原来大部分可见光，反射出的光较少，从而使得粉末表现出灰黑色。因此，所述含无机陶瓷涂层2为灰黑色，且含有氧化铝、二价金属氧化物和四价金属氧化物。在所述含无机陶瓷涂层2中，优选地，以氧化铝、二价金属氧化物和四价金属氧化物的总重量为100重量份，氧化铝的含量为95-97重量份，二价金属氧化物的含量为1-2重量份，四价金属氧化物的含量为2-4重量份。在本发明中，所述二价金属氧化物可以选自feo、cuo、mgo、gao和bao中的至少一种。在本发明中，所述四价金属氧化物可以选自tio2、pbo2、sno2和mno2中的至少一种。在本发明中，所述含无机陶瓷涂层2的厚度可以为20-200μm。在本发明中，所述含无机陶瓷涂层2的粗糙度可以为2-5μm，优选为2-4μm。根据本发明的一种实施方式，在所述含无机陶瓷涂层2中，除了氧化铝、二价金属氧化物和四价金属氧化物之外，还含有氟树脂。在这种情况下，这种含有氟树脂、氧化铝、二价金属氧化物和四价金属氧化物的混合涂层可以直接作为不粘涂层。而且，所述含有氟树脂、氧化铝、二价金属氧化物和四价金属氧化物的混合涂层不仅具有较好的疏水不粘性，而且还具有较高的耐刮擦性能、良好的耐蚀性能，以及与基底结合强度较高。在优选情况下，以氟树脂、氧化铝、二价金属氧化物和四价金属氧化物的总重量为100重量份，所述氟树脂的含量为50-80重量份。在本发明中，所述氟树脂可以为本领域常规的可用于形成不粘涂层的氟树脂，例如可以为pfa和/或ptfe。根据本发明的另一种实施方式，所述加热器具还包括形成在所述含无机陶瓷涂层2的上表面上的不粘涂层3。在该实施方式中，所述含无机陶瓷涂层2优选为由氧化铝、二价金属氧化物和四价金属氧化物组成的无机陶瓷层。在这种情况下，所述无机陶瓷层可以提高不粘涂层3与基底1之间的结合力，而且还可以提高不粘涂层的耐蚀性和耐刮擦性。在本发明中，所述不粘涂层3可以未本领域常规的不粘涂层，如氟树脂不粘涂层、陶瓷不粘涂层等。在优选情况下，所述不粘涂层3为pfa-无机陶瓷混合涂层。所述pfa-无机陶瓷混合涂层含有pfa、氧化铝、二价金属氧化物和四价金属氧化物。优选地，在所述pfa-无机陶瓷混合涂层中，以pfa与陶瓷(即氧化铝、二价金属氧化物和四价金属氧化物)为100重量份，则pfa的含量为50-80重量份，陶瓷的含量为20-50重量份；以氧化铝、二价金属氧化物和四价金属氧化物的总重量为100重量份，氧化铝的含量为95-97重量份，二价金属氧化物的含量为1-2重量份，四价金属氧化物的含量为2-4重量份。所述二价金属氧化物优选为feo、cuo、mgo、gao和bao中的至少一种。所述四价金属氧化物优选为tio2、pbo2、sno2和mno2中的至少一种。在本发明中，所述不粘涂层3的厚度可以为10-100μm。在本发明中，所述基底的材质可以为不锈钢、铝、铝合金、钛合金等金属材质、陶瓷、玻璃或者多层(包括双层及三层以上)金属复合材料。其中，多层金属复合材料可以为不锈钢/铝、不锈钢/铜、不锈钢/铝/铜等。所述基底的厚度可以为0.5-6mm。在本发明中，所述加热器具可以为电饭煲内胆、压力锅内胆、炒锅、烤盘或烹饪机。本发明还提供了制备所述加热器具的方法。在一种实施方式中，所述加热器具的制备方法包括以下步骤：(1)通过热喷涂法在基底的内表面上形成无机陶瓷涂层；(2)可选地，在所述无机陶瓷涂层的上表面上形成不粘涂层(如氟树脂不粘涂层、陶瓷不粘涂层和pfa-无机陶瓷混合涂层中的至少一种)。在另一种实施方式中，所述加热器具的制备方法包括通过热喷涂法在基底的内表面上形成含氟树脂和无机陶瓷的混合涂层。在本发明中，所述热喷涂法优选为等离子喷涂。所述等离子喷涂的操作条件可以包括：初始预热温度为120-200℃，喷涂距离为50-100mm，喷涂电流为400-600a，电压为50-80v，送粉量为20-50g/min，走枪速率为600-800mm/min，工作气体氩气流量为30-40l/min，辅助气体氢气流量为4-8l/min。在本发明中，所述加热器具的制备方法还可以包括：在形成涂层之前，对所述基底1进行预处理。所述预处理的方法可以为本领域常规的处理方法。在一种实施方式中，所述预处理过程可以包括喷砂处理和脱脂处理。对于喷砂处理和脱脂处理的方法没有特别的限定，可以分别为本领域常用的各种方法。例如，喷砂处理的方法包括：采用60-150目的砂粒(如玻璃砂、棕钢砂、黑棕玉、白刚玉、金刚砂等)，控制喷气气流压力为0.2-0.9mpa，所得到的粗糙度约为ra2-8μm。在喷砂处理之后，需将基底内表面残留的细微粉末颗粒等除去，对于除去的方法没有特别的限定，可以用高压气流吹干净也可以通过水洗除去，此均为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。例如，脱脂处理的方法可以依次包括碱洗、酸洗、水洗和高温烘干(如200-450℃烘干10-15min)。以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下制备例和实施例中，如无特别说明，所用的各材料均可商购获得。pfa粉末购自大金氟涂料(上海)有限公司，平均粒径为15μm。al2o3粉末购自北京桑尧科技开发有限公司，平均粒径为25μm。feo粉末购自郑州昊赢化工产品有限公司，平均粒径为20μm。cuo粉末购自阮氏化工有限公司，平均粒径为22μm。gao粉末购自北京康普汇维科技有限公司，平均粒径为18μm。pbo2粉末购自成都华宴粉体科技有限公司，平均粒径为20μm。sno2粉末购自研诺信诚科技有限公司，平均粒径为24μm。mno2粉末购自苏州碳丰石墨烯科技有限公司，平均粒径为25μm。实施例1(1)将铝锅基体进行预处理，其中预处理的方法包括：a)在55℃温度下除油8分钟；b)用去离子水清洗；c)100℃烘干5min；d)采用60-80目的棕钢砂，在0.6mpa的喷气气流压力下对铝锅基体表面进行喷砂处理使其表面粗糙度为ra3μm，然后用气流将锅体基体表面残留的粉末颗粒吹干净；e)用40重量％的naoh溶液在80℃下碱洗1分钟；f)用20重量％的硝酸溶液中和3分钟；g)用去离子水清洗后，300℃下烘干12分钟；(2)将96重量份的al2o3粉末、2重量份的feo粉末和2重量份的pbo2粉末混合，在110℃烘干1h，得到粉末混合物，将所述粉末混合物进行等离子喷涂处理，以在基体的内表面上形成黑色陶瓷层(厚度为110μm，粗糙度为3.5μm，其中，等离子喷涂处理的条件包括：初始预热温度为120℃，喷涂距离为80mm，喷涂电流为500a，电压为70v，送粉量为30g/min，走枪速率为700mm/min，工作气体氩气流量为35l/min，辅助气体氢气流量为6l/min)。(3)通过静电喷涂的方法在黑色陶瓷层的上表面形成pfa不粘涂层(厚度为50μm)，操作条件包括静电喷枪电压(20-50kv)，喷粉完成后在380-400℃高温炉烘干15-25min。实施例2(1)将不锈钢锅基体进行预处理，其中预处理的方法包括：a)在55℃温度下除油8分钟；b)用去离子水清洗；c)100℃烘干5min；d)采用60-80目的棕钢砂，在0.8mpa的喷气气流压力下对不锈钢锅基体表面进行喷砂处理使其表面粗糙度为ra3μm，然后用气流将锅体基体表面残留的粉末颗粒吹干净；e)用40重量％的naoh溶液在80℃下碱洗1分钟；f)用20重量％的硝酸溶液中和3分钟；g)用去离子水清洗后，375℃下烘干11分钟；(2)将95重量份的al2o3粉末、2重量份的cuo粉末和3重量份的sno2粉末混合，在110℃烘干1h，得到粉末混合物，将所述粉末混合物进行等离子喷涂处理，以在基体的内表面上形成黑色陶瓷层(厚度为20μm，粗糙度为2μm)，其中，等离子喷涂处理的条件包括：初始预热温度为150℃，喷涂距离为50mm，喷涂电流为400a，电压为50v，送粉量为50g/min，走枪速率为800mm/min，工作气体氩气流量为40l/min，辅助气体氢气流量为8l/min。(3)通过空气压缩喷涂的方法在黑色陶瓷层的上表面形成ptfe不粘涂层(厚度为20μm)，操作条件包括喷涂压力0.3-0.6mpa，喷涂厚度20um，喷涂完成后在80-120℃红外炉干燥10-15min，然后在370-390℃高温炉烧结15-20min。实施例3本实施例用于说明采用等离子喷涂法制备不粘涂层的方法。(1)将不锈钢锅基体进行预处理，其中预处理的方法包括：a)在55℃温度下除油8分钟；b)用去离子水清洗；c)100℃烘干5min；d)采用60-80目的棕钢砂，在0.8mpa的喷气气流压力下对不锈钢锅基体表面进行喷砂处理使其表面粗糙度为ra4μm，然后用气流将锅体基体表面残留的粉末颗粒吹干净；e)用40重量％的naoh溶液在80℃下碱洗1分钟；f)用20重量％的硝酸溶液中和3分钟；g)用去离子水清洗后，450℃下烘干10分钟；(2)将97重量份的al2o3粉末、1重量份的gao粉末和2重量份的mno2粉末混合，在110℃烘干1h，得到粉末混合物，将所述粉末混合物进行等离子喷涂处理，以在基体的内表面上形成黑色陶瓷层(厚度为200μm，粗糙度为5μm)，其中，等离子喷涂处理的条件包括：初始预热温度为200℃，喷涂距离为100mm，喷涂电流为600a，电压为80v，送粉量为20g/min，走枪速率为600mm/min，工作气体氩气流量为30l/min，辅助气体氢气流量为4l/min。(3)通过压缩空气喷涂的方法在黑色陶瓷层的上表面形成ptfe不粘涂层(厚度为40μm)，操作条件包括喷涂压力0.3-0.6mpa，喷涂厚度20um，喷涂完成后在80-120℃红外炉干燥10-15min，然后在370-390℃高温炉烧结15-20min。实施例4步骤(1)同实施例1，且不实施步骤(3)，且步骤(2)的操作如下：将300重量份的pfa粉末、96重量份的al2o3粉末、2重量份的feo粉末和2重量份的pbo2粉末混合，并用得到的混合粉料进行等离子喷涂处理，以在基体的内表面上形成pfa-无机陶瓷混合涂层(厚度为100μm，粗糙度为2μm)，其中，等离子喷涂处理的条件包括：初始预热温度为175℃，喷涂距离为80mm，喷涂电流为500a，电压为70v，送粉量为30g/min，走枪速率为700mm/min，工作气体氩气流量为35l/min，辅助气体氢气流量为6l/min。对比例1根据实施例1的方法制备锅具，所不同的是，不实施步骤(2)，而直接在基体的内表面上形成pfa不粘涂层。测试例1根据以下方法测定各个实施例和对比例制备的锅具的相应参数及性能。1、涂层表面硬度：根据gb/t6739-1996涂膜铅笔硬度测定法(购自广州市盛华实业有限公司，型号为bevs1301)测定锅具表面涂层铅笔硬度。结果见表1。2、涂层结合力：根据g98642-88测定锅具表面涂层结合力。结果见表1。3、检测锅具表面涂层的耐刮擦性：用洗洁精配制浓度为5重量％的洗涤水，3m(7447c)百洁布，负重2.5kgf，左右摆动单程为1次，每250次更换百洁布，检查每次刮擦后涂层是否脱落或者是否露出基材(以露出≥10条线条为终止试验)，并记录耐磨次数。结果见表1。4、不粘性能按照gb/t2421-1998的方法检测锅具表面涂层的不粘性能，具体测试过程如下：用沾有植物油的软布轻揩锅体内表面，用温水加洗涤剂清洗后用清水洗净揩干，再将试样加热，用表面温度计测量，锅体内表面温度在150℃时，将一只新鲜鸡蛋破壳后放入锅内，不加植物食用油或其他脂肪油，待蛋白基本凝固，用非金属铲无损伤取出鸡蛋，然后用软布擦拭锅体内表面，并连续进行三次。如果锅体内表面能够擦拭干净，则为合格，表明不粘性较好；如果锅体内表面不能擦拭干净，则不合格，表明不粘性较差或没有不粘性。结果见表1。表1表面硬度结合力(mpa)耐磨次数(次)不粘性能实施例14h(铅笔硬度)2511500合格实施例26h(铅笔硬度)2611380合格实施例34h(铅笔硬度)2511400合格实施例410h(铅笔硬度)3714500合格对比例1hb(铅笔硬度)小于14000合格由上表1的数据可以看出，本发明所述的加热器具具有较高的表面硬度、不粘涂层结合力较高、耐刮擦性能好。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。当前第1页12