具有陶瓷阻燃层的镁基材制作方法、镁基材及其用途与流程

本发明涉及镁合金技术领域，尤其是涉及一种具有陶瓷阻燃层的镁基材制作方法、镁基材及其用途。

背景技术

长期以来人们一直使用传统的金属锅(铸铁、不锈钢)烹饪食品，但是在烹饪过程中时常发生食物粘锅现象。这不仅破坏了食物外形,而且粘锅的食物容易发生焦糊，甚至产生有害物质，影响人体健康。此外也增加了炊具洗刷难度,给烹饪带来不便。因此不粘锅自发明以来就因为其易清洗、可轻松煎、炒食物而不粘锅，能最大限度的减少油烟，符合现代人们追求绿色食品，低脂肪、低热量的需要的性能而备受大众的喜爱。

然而，传统的铸铁、不锈钢金属锅一般重量较大，在烹饪过程中使用不方便，未来有望被轻质合金所取代。近年来，采用铝合金作为不粘锅的原材料逐渐为人们所接受。目前，铝合金不粘锅涂层所采用的制备方法分两种：(1)铝合金锅制品经过喷砂或喷丸后直接喷涂一层特氟龙或其他不沾涂料；(2)将铝合金锅制品(也可经过喷砂或喷丸后)进行阳极氧化，然后在氧化后的表面上喷上一层特氟龙或其他不沾涂料。上述两种处理方法均存在以下缺点：(1)涂层的耐划擦能力弱，使用铝合金不沾锅制品烹饪时，一般不允许使用铁铲子；(2)聚四氟乙烯涂层的强度较差,容易脱落和损坏，而且烹饪过程中会发生软化，只能用木铲，也不能烹饪较硬的食物；(3)聚四氟乙烯涂层不粘锅也不宜烹饪酸性食物，否则会影响不粘锅的使用寿命；(4)聚四氟乙烯涂层的使用温度一般不能超过250℃，人们在使用时难以严格控制，容易因干烧而损坏；(5)对于聚四氟乙烯涂层不粘锅在使用过程中对人体健康是否存在危害也一直存在争议，不断引发争端；而且一旦不粘涂料脱落，就会导致不粘性能的大大降低。由此可见，需找一种既有利于人体健康又方便烹饪的锅体新型材料(或经过表面强化处理)成为不粘锅未来发展的新方向。

镁是最轻的金属之一，其相对密度只有1.74g/cm³，约为铝的2/3，铁的1/4，具有良好的减震性、热传导性、电磁屏蔽性、机械加工性能及再加工回收特性。因此，采用镁合金替代铸铁、不锈钢金属作为不粘锅材料，其轻便型会大大增强。此外，镁合金具有优异的生物相容性，作为不粘锅材料还有利于人体健康。但是，镁合金属于易燃金属，如果直接采用镁合金基体作为不粘锅材料，在烹饪过程中极易引发自然事故。

因此，针对上述问题本发明急需提供一种新的具有陶瓷阻燃层的镁基材制作方法、镁基材及其用途。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新的具有陶瓷阻燃层的镁基材制作方法、镁基材及其用途，通过对镁材料表面进行超微弧氧化处理，能够在镁表面形成一层均匀致密高硬的纳米氧化膜陶瓷阻燃层，本发明所形成的陶瓷阻燃层具有较高硬度和良好阻燃性，同时从根本上解决传统不粘锅不耐划的弊病。

本发明提供的一种具有陶瓷阻燃层的镁基材制作方法，包括以下步骤：

s1：提供镁合金制成的基材；

s2：将基材置于钝化液中进行钝化，使其表面形成钝化膜层；

s3：将钝化后的基材置于电解液中进行超微弧氧化处理，得到表面具有陶瓷阻燃层的镁基材。

进一步地，所述钝化液包括：氟化氢铵、草酸、磷酸、氢氟酸中的一种或几种。

进一步地，s3中超微弧氧化处理采用双脉冲工艺。

进一步地，所述超微弧氧化电解液包括：氟化钾10～40g/l，磷酸盐或碳酸盐5～20g/l，柠檬酸钠、硼酸钠或酒石酸盐2～10g/l。

进一步地，所述磷酸盐为正磷酸钾、正磷酸钾钠、磷酸一氢钾、磷酸一氢钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、三聚磷酸钾或三聚磷酸钠中的一种或几种；所述碳酸盐为碳酸钠或碳酸氢钠中的一种或两种；酒石酸盐为酒石酸钾或酒石酸钾钠中的一种或两种。

进一步地，s3中超微弧氧化处理的条件为：正向终止电压为300～1000v，负向终止电压为30～80v，氧化时间为15～45min，电流密度2～5a/dm²，频率为500～1000hz。

进一步地，s3中超微弧氧化处理的温度为15～50℃。

进一步地，所述陶瓷阻燃层的厚度为15～32μm。

本发明还提供的一种镁基材，由如上任一所述具有陶瓷阻燃层的镁基材制作方法制得。

本发明还提供的一种如上所述镁基材用于制造镁不粘锅的用途。

本发明与现有技术相比具有以下进步：

1、本发明所制得的陶瓷阻燃层主要组成为氟化物(氟化镁和三氟镁钾)，取代了传统的氧化镁陶瓷涂层，实现了微弧氧化膜层的内层和外层整体致密化；高硬的纳米陶瓷阻燃层还可以提高涂层的耐磨性，从根本上解决传统不粘锅不耐划的弊病。

2.本发明采用的双脉冲工艺在超微弧氧化处理过程中能够对陶瓷阻燃层的中的缺陷具有抑制和修复作用，细化陶瓷晶粒并形成纳米相，极大增强了陶瓷阻燃层的硬度。

3.本发明的陶瓷阻燃层可有效阻挡燃烧过程中的氧气传输，使镁合金制成的基材表面只能发生缓慢氧化，由于缓慢氧化不足以提供镁基体自燃的热供给，彻底改变和抑制了镁基体在高温(1000℃)或火焰下引起燃烧的现象；避免由于烹饪温度过高导致镁合金基体自然的危险。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中所述具有陶瓷阻燃层的镁基材制作方法的步骤框图。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1所示，本发明提供的一种具有陶瓷阻燃层的镁基材制作方法，包括以下步骤：

s1：提供镁合金制成的基材；

s2：将基材置于钝化液中进行钝化，使其表面形成钝化膜层；

s3：将钝化后的基材置于电解液中进行超微弧氧化处理，得到表面具有陶瓷阻燃层的镁基材。

进一步地，所述钝化液包括：氟化氢铵、草酸、磷酸、氢氟酸中的一种或几种。

进一步地，s3中超微弧氧化处理采用双脉冲工艺。

进一步地，所述超微弧氧化电解液包括：氟化钾10～40g/l，磷酸盐或碳酸盐5～20g/l，柠檬酸钠、硼酸钠或酒石酸盐2～10g/l。

进一步地，所述磷酸盐为正磷酸钾、正磷酸钾钠、磷酸一氢钾、磷酸一氢钠、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、三聚磷酸钾或三聚磷酸钠中的一种或几种；所述碳酸盐为碳酸钠或碳酸氢钠中的一种或两种；酒石酸盐为酒石酸钾或酒石酸钾钠中的一种或两种。

进一步地，s3中超微弧氧化处理的条件为：正向终止电压为300～1000v，负向终止电压为30～80v，氧化时间为15～45min，电流密度2～5a/dm²，频率为500～1000hz。

进一步地，s3中超微弧氧化处理的温度为15～50℃。

进一步地，所述钝化膜层的厚度为0.5～2μm。

进一步地，所述陶瓷阻燃层的厚度为15～32μm。

本发明还提供的一种镁基材，由如上任一所述具有陶瓷阻燃层的镁基材制作方法制得。

本发明还提供的一种如上所述镁基材用于制造镁不粘锅的用途。

实施例1

s1.材料准备：提供镁合金制成的基材，该基材经切割打磨后，在无水乙醇溶液中用超声波清洗除油。

s2.化学钝化：基材置于温度为15～25℃、体积浓度为85％的磷酸10ml/l以及氟化氢铵50g/l的水溶液形成的化学钝化液中浸泡15～30s，取出后立即用自来水清洗1～2min，再用去离子水清洗1～2min，形成厚度为1um的钝化膜层。

s3.采用双极性脉冲模式进行超微弧氧化陶瓷阻燃层制备：将钝化后的基材置于温度25℃的电解液中进行微弧氧化处理20min，取出后立即用自来水清洗1～2min，再用去离子水清洗1～2min，得到表面具有陶瓷阻燃层的镁基材；其中，电解液为：氟化钾15g/l、正磷酸钾钠10g/l、酒石酸钾5g/l的水溶液，该电解液ph＝3.5～3.8；电源模式：正反向，正向终电压为500v，负向终电压为30v，电流密度2a/dm²，频率500hz，正、负脉宽分别为0.5ms和0.2ms。

本实施例制备的镁不粘锅的陶瓷阻燃层的主要性能如下：陶瓷阻燃层厚度28～30μm，硬度hv450，经过燃烧试验(1000℃，5min)测试后，未见燃烧。

实施例2

s1.材料准备：基材经切割打磨后，在丙酮溶液中用超声波清洗除油；本实施例中基材的材质为纯镁。

s2.化学钝化：s1处理后的基材置于温度为15～25℃、体积浓度为85％的磷酸5ml/l以及氢氟酸5ml/l的水溶液形成的化学钝化液中浸泡15～20s，取出后立即用自来水清洗1～2min，再用去离子水清洗1～2min，形成厚度为0.8um的钝化膜层。

s3.采用双极性脉冲模式进行超微弧氧化陶瓷阻燃层制备：将钝化后的基材置于温度25℃的电解液中进行微弧氧化处理20min，取出后立即用自来水清洗1～2min，再用去离子水清洗1～2min，得到表面具有陶瓷阻燃层的镁基材；其中，电解液为：氟化钾20g/l、柠檬酸5ml/l、柠檬酸钠8g/l、碳酸氢钠10g/l的水溶液，该电解液ph＝3.3～4.0，；电源模式：正反向，正向终电压为750v，负向终电压为40v，电流密度2a/dm²，频率750hz，正、负脉宽分别为0.5ms和0.3ms。

本实施例制备的镁不粘锅的陶瓷阻燃层的主要性能如下：陶瓷阻燃层厚度23～28μm，硬度hv500，经过燃烧试验(1000℃，5min)测试后，未见燃烧。

实施例3

s1.材料准备：提供镁合金制成的基材，该基材经切割打磨后，在无水乙醇溶液中用超声波清洗除油。

s2.化学钝化：s1处理后的基材置于温度为15～20℃、体积浓度为85％的磷酸5ml/l以及草酸5g/l的水溶液形成的化学钝化液中浸泡10～20s，取出后立即用自来水清洗1～2min，再用去离子水清洗1～2min，，形成厚度为1um的钝化膜层。

s3.采用双极性脉冲模式进行超微弧氧化陶瓷阻燃层制备：将钝化后的基材置于温度25℃的电解液中进行微弧氧化处理25min，取出后立即用自来水清洗1～2min，再用去离子水清洗1～2min，得到表面具有陶瓷阻燃层的镁基材；其中，电解液为：氟化钾25g/l、氢氟酸5ml/l、磷酸二氢钠8g/l、酒石酸钠10g/l的水溶液，该电解液ph＝3.5～4.0，；电源模式：正反向，正向终电压为500v，负向终电压为50v，电流密度2.5a/dm²，频率750hz，正、负脉宽分别为0.5ms和0.5ms。

本实施例制备的镁不粘锅的陶瓷阻燃层的主要性能如下：陶瓷阻燃层厚度27～32μm，硬度hv470，经过燃烧试验(1000℃，5min)测试后，未见燃烧。

实施例4

s1.材料准备：提供镁合金制成的基材，该基材经切割打磨后，在无水乙醇溶液中用超声波清洗除油。

s2.化学钝化：s1处理后的基材置于温度为15～20℃、体积浓度为85％的氢氟酸5ml/l以及草酸5g/l的水溶液形成的化学钝化液中浸泡15～20s，取出后立即用自来水清洗1～2min，再用去离子水清洗1～2min，形成厚度为1um的钝化膜层。

s3.采用双极性脉冲模式进行超微弧氧化陶瓷阻燃层制备：将钝化后的基材置于温度25℃的电解液中进行微弧氧化处理20min，取出后立即用自来水清洗1～2min，再用去离子水清洗1～2min，得到表面具有陶瓷阻燃层的镁基材；其中，电解液为：氟化钾30g/l、磷酸5ml/l、磷酸二氢钾10g/l、硼酸钠10g/l的水溶液，该电解液ph＝3.8～4.0，；电源模式：正反向，正向终电压为800v，负向终电压为35v，电流密度2a/dm²，频率1000hz，正、负脉宽分别为0.5ms和0.4ms。

本实施例制备的镁不粘锅的陶瓷阻燃层的主要性能如下：陶瓷阻燃层厚度24～31μm，硬度hv510，经过燃烧试验(1000℃，5min)测试后，未见燃烧。

实施例5

s1.材料准备：提供镁合金制成的基材，该基材经切割打磨后，在无水乙醇溶液中用超声波清洗除油。

s2.化学钝化：s1处理后的基材置于温度为15～25℃、体积浓度为85％的磷酸10ml/l以及氢氟酸5ml/l形成的化学钝化液中浸泡20～25s，取出后立即用自来水清洗1～2min，再用去离子水清洗1～2min，形成厚度为1um的钝化膜层。

s3.采用双极性脉冲模式进行超微弧氧化陶瓷阻燃层制备：将钝化后的基材置于温度40℃的电解液中进行微弧氧化处理30min，取出后立即用自来水清洗1～2min，再用去离子水清洗1～2min，得到表面具有陶瓷阻燃层的镁基材；其中，电解液为：氟化钾22g/l、磷酸5ml/l、磷酸一氢钾11g/l、三聚磷酸钾7g/l、硼酸钠5g/l的水溶液，该电解液ph＝3.7～4.2；电源模式：正反向，正向终电压为450v，负向终电压为45v，电流密度3.5a/dm²，频率650hz，正、负脉宽分别为0.5ms和0.3ms。

本实施例制备的镁不粘锅的陶瓷阻燃层的主要性能如下：陶瓷阻燃层厚度29～32μm，硬度hv490，经过燃烧试验(1000℃，5min)测试后，未见燃烧。

实施例6

s1.材料准备：提供镁合金制成的基材，该基材经切割打磨后，在无水乙醇溶液中用超声波清洗除油。

s2.化学钝化：s1处理后的基材置于温度为15～25℃、体积浓度为85％的磷酸5ml/l以及草酸5g/l形成的化学钝化液中浸泡15～20s，取出后立即用自来水清洗1～2min，再用去离子水清洗1～2min，形成厚度为1um的钝化膜层。

s3.采用双极性脉冲模式进行超微弧氧化陶瓷阻燃层制备：将钝化后的基材置于温度15℃的电解液中进行微弧氧化处理45min，取出后立即用自来水清洗1～2min，再用去离子水清洗1～2min，得到表面具有陶瓷阻燃层的镁基材；其中，电解液为：氟化钾27g/l、磷酸3ml/l、磷酸二氢钠5g/l、三聚磷酸钠9g/l、酒石酸钾4g/l的水溶液，该电解液ph＝3.6～4.1；电源模式：正反向，正向终电压为550v，负向终电压为40v，电流密度2.8a/dm²，频率700hz，正、负脉宽分别为0.5ms和0.5ms。

本实施例制备的镁不粘锅的陶瓷阻燃层的主要性能如下：陶瓷阻燃层厚度27～29μm，硬度hv500，经过燃烧试验(1000℃，5min)测试后，未见燃烧。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。