CN102333734B - 搪瓷涂层、带涂层的物品和涂覆物品的方法 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及一种用于涂覆物品(3)的金属表面(5)的搪瓷涂层(7)。为了获得适合于充分地结合需要机械结合相互作用的另外的涂层(8)的表面粗糙度，所述搪瓷涂层(7)包括普通搪瓷和热解搪瓷中的至少一种与催化用搪瓷的混合物。

Description

搪瓷涂层、带涂层的物品和涂覆物品的方法

技术领域

本发明涉及搪瓷涂层、带涂层的物品和涂覆物品的方法。

背景技术

在金属表面上提供涂层在烹饪或烘焙器具（例如烹饪盘或烘盘或烘箱的马弗炉）的领域中是公知的。这样的涂层非排他性地旨在提供耐久的和易于清洁的表面，尤其在烹饪和烘焙器具的领域中更是如此。前述的涂层通常由需要在相应表面和所使用的涂层材料之间的机械结合相互作用的技术施加。例如，由热喷涂技术施加的陶瓷涂层不建立化学结合，而是机械地结合到相应表面。

为了增强或能够实现待涂覆的表面和涂层材料之间的令人满意的机械结合，需要待涂覆的表面足够粗糙。为了获得足够粗糙以用于建立充分的机械结合相互作用的表面，常常需要额外地粗糙化相应表面，特别当涂覆金属表面时更是如此。

用于额外地粗糙化表面的机械处理技术例如喷砂或喷丸是公知的。特别地，当将这样的机械处理技术应用于薄的和机械不稳定的物品（例如薄金属片材）时，有使物品变形甚至损坏物品的危险。

此外，通过施加化学物质例如通过将物品置于用于蚀刻或磷化的化学浴槽中来粗糙化表面也是公知的。然而这样的化学物质可能需要随后的彻底清洁以去除可能的化学残留物。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于获得具有与保护性的或易于清洁的涂层或涂层材料建立充分的机械结合相互作用所需的表面粗糙度的表面的替代方式。此外，还提供了具有这样的表面的物品和用于获得这样的表面的方法。

在本发明的第一方面中，提供了一种用于涂覆物品的金属表面的搪瓷涂层。所述搪瓷涂层包括普通搪瓷和热解搪瓷中的至少一种与催化用搪瓷的混合物。

在本发明的范围内，术语“催化用搪瓷（catalytic enamel）”将包括当独有地施加于金属表面时能够产生催化作用的所有类型的搪瓷。术语“热解搪瓷（pyrolytic enamel）”将包括当独有地施加于金属表面时能够产生热解作用的所有类型的搪瓷。术语“普通搪瓷（normalenamel）”将包括除了根据前述定义的催化搪瓷和热解搪瓷以外的所有类型的搪瓷。应当注意的是热解搪瓷和催化用搪瓷用于烹饪和/或烘焙器具，尤其是烘焙器具的烘焙马弗炉。具有热解搪瓷或催化用搪瓷层的器具使得有可能通过利用热解和催化作用的自清洁过程去除例如由蒸汽、烘焙或烹饪残留物产生的污垢。

通常，纯粹的普通或热解搪瓷层具有很平滑的玻璃状表面。这样的平滑的玻璃状表面通常不适合于施加需要更高表面粗糙度以通过机械结合相互作用牢固地结合到所述表面的附加的涂层材料，例如陶瓷涂层。催化用搪瓷具有发生催化过程所需的具有很大的比表面积的非常粗糙的表面。然而这走向另一个极端，其使得催化用搪瓷层不能用作用于自清洁的基底或易于清洁的涂层。

根据本发明，提供了一种搪瓷涂层，所述搪瓷涂层包括普通搪瓷和热解搪瓷中的至少一种与催化用搪瓷的混合物。这样的搪瓷涂层具有在普通搪瓷或热解陶瓷和催化用搪瓷之间的表面粗糙度。这样获得的表面粗糙度适合于建立针对各种附加涂层（特别是陶瓷涂层）所需的充分的机械结合相互作用。

从施加于物品的机械冲击的观点来看，与诸如喷砂或喷丸的机械粗糙化技术相比，施加搪瓷涂层是相当温和的方法。这对于薄的和机械不稳定的物品（例如薄金属板或片材）是特别有利的，原因在于可以在没有物品变形的危险下生成粗糙表面。此外，可以避免与使用化学浴的粗糙化技术（例如磷化或蚀刻）相关的缺点。

通过改变普通搪瓷和热解搪瓷中的至少一种与催化用搪瓷的百分比，可以容易地调节搪瓷涂层的最终表面粗糙度并使其适应于相应的要求。各种附加涂层需要在2至8μm的范围内的表面粗糙度，这可以使用根据第一方面的搪瓷涂层获得。通过适当地选择催化用搪瓷、普通搪瓷和热解搪瓷的百分比，表面粗糙度可以被调节为适合于某些陶瓷涂层的2至5μm，和特别适合于某些纳米结构陶瓷涂层的2至3μm。应当注意的是表面粗糙度是根据平均粗糙度指数（R_a）给出的。

涵盖了适合于结合陶瓷涂层范围的2至8μm范围内的表面粗糙度例如可以通过使用如下的搪瓷涂层获得：所述搪瓷涂层包括下列对象的混合物：体积百分比在5％至50％之间的催化用搪瓷和体积百分比在50％至95％之间的普通搪瓷和热解搪瓷中的至少一种。

尤其在金属表面上，在10至50μm的范围内的比较薄的搪瓷涂层可足以获得在期望范围内的表面粗糙度。

本发明的第二方面涉及一种物品。所述物品具有至少部分地涂覆有根据本发明的第一方面的搪瓷涂层的金属表面。通过提供所提出的搪瓷涂层，机械结合附加涂层所需的表面粗糙度可以以比较容易的方式被提供，防止了物品的机械破坏。此外，表面粗糙度可以容易地适应相应的需求。如果带搪瓷涂层的物品将被涂覆例如提供易于清洁的表面的附加（例如陶瓷）涂层，这是特别有利的。更多的优点可参考结合本发明的第一方面论述的细节。

所述物品的金属表面可以是片材的一部分，即，所述物品可以具有片状的几何形状或基本上具有金属片状的设计，或者是所述物品的片材状部分。如先前所述，当将搪瓷涂层施加到物品上以便产生期望表面粗糙度时，大大避免了机械冲击以及相关的变形和破坏。所以有可能使用具有2mm或甚至更小的厚度的金属片材和金属片材状部分。这意味着物品的总体的几何形状（特别是总体的表面几何形状）将不被破坏，这是特别重要的——如果必须遵守严格的制造公差或者如果物品的外观特别重要的话。

带搪瓷涂层的物品或至少物品涂覆了搪瓷的这部分可以涂覆有需要机械结合相互作用的另外或附加涂层。由于搪瓷涂层保证了足够的用于机械结合的表面粗糙度，因此附加涂层可以牢固地和可靠地结合到搪瓷涂层。附加涂层可以提供易于清洁或自清洁表面。这样的表面可以通过使用陶瓷涂层或纳米结构陶瓷涂层获得。术语“纳米结构（nanostructured）”将表示陶瓷涂层具有在纳米级的范围内的结构——优选表面结构。纳米结构表面在自清洁作用的领域中是公知的。应当注意的是除了陶瓷涂层以外，也可以施加需要机械结合的任何附加涂层或纳米结构涂层。

所提出的用于产生预定表面粗糙度的方式是通用的。它原则上可以被应用于各种物品。特别地，所述物品可以是分别适合于家用或工业用途的烹饪和/或烘焙器具或烘盘。特别地，所述物品可以是例如用于家庭或工业应用的烘箱的马弗炉。在马弗炉的情况下，涂层可以被施加于马弗炉的内壁。特别地，关于前述物品并且特别地结合在使用后便于物品的清洁，越来越感兴趣的是提供易于清洁或自清洁表面。本发明提供以比较容易的方式产生这样的表面的原理，所述方式可实现大规模生产，即使对于薄壁物品和具有减小的机械刚性的物品也是如此。

根据本发明的第三方面，提供了一种至少部分地涂覆物品的金属表面的方法。所提出的方法包括以下步骤：

通过将普通搪瓷和热解搪瓷中的至少一种与催化用搪瓷混合而制备搪瓷涂层材料；以及

通过将所述搪瓷涂层材料施加到所述金属表面的至少预定部分而产生搪瓷涂层。

所述方法提供了产生具有机械结合附加涂层材料（例如陶瓷涂层材料）的粗糙度的表面的可能性。有利地，可以避免在现有技术的粗糙化方法（例如喷砂或喷丸）时所发生的对物品的机械冲击。此外，可以规避用于磷化或蚀刻的化学浴。所提出的方法是通用的并且容许大规模工业生产。附加的优点从结合本发明的第一和第二方面给出的细节中显而易见。

按照根据本发明的第一和第二方面的提议并且参考相应的优点和有利效果，所述方法的实施例如下：

制备所述搪瓷涂层材料的步骤可以包括加入下列对象中至少其一的步骤：体积百分比在5％至50％的催化用搪瓷；体积百分比在50％至95％的普通搪瓷和热解搪瓷中的至少一种。

此外，普通搪瓷和热解搪瓷中的至少一种以及催化用搪瓷的百分比可以被选择成使得所述搪瓷涂层的最终表面粗糙度在2至8μm、优选2至5μm、更优选2至3μm的范围内。

所述搪瓷涂层材料可以被施加为使得所述搪瓷涂层的最终厚度在10至50μm之间。

在处理搪瓷涂层中，施加到所述金属表面的所述搪瓷涂层可以在高达850℃的温度下被烧制。特别地，使用从800至850℃的烧制温度的现有技术的工艺可以至少用于烧制所提出的搪瓷涂层材料。所以，所提出的方法可以用已知的烧制和搪瓷涂覆方法容易地实现而不用强制性进行特别的改变。然而，根据搪瓷涂层材料的特性，一定程度的改变可能仍然是必要的。

在所述方法的另外的步骤中，优选地在烧制所述搪瓷涂层之后，陶瓷涂层（优选纳米结构陶瓷涂层）可以被施加于所述搪瓷涂层。这样施加的陶瓷涂层或纳米结构陶瓷涂层可以在200至300℃的范围内的温度下被烧制。所述陶瓷涂层可以通过热喷涂、等离子体喷涂、高速氧燃料（HVOF）喷涂或其他合适的技术被施加。应当注意的是附加涂层不限于陶瓷材料。可以根据相应的需求而选择其他材料。例如，可以考虑足以提供易于清洁、硬质、耐划表面的任何材料。此外，可以使用泥浆喷涂技术来施加纳米结构涂层。在该情况下，通过喷涂施加涂层材料的（优选湿的）悬浮液，涂层可以被施加。在该情况下的烧制或烧结可以在180℃和340℃之间的温度范围内进行。

附图说明

将参考附图描述本发明的实施例，其中：

图1显示了家用烘箱的一部分；以及

图2显示了图1的烘箱的马弗炉壁（muffle wall）的放大部分的截面图。

具体实施方式

图1显示了家用烘箱的一部分1。省略了对于完全理解本发明不是必需的烘箱的细节，例如烘箱的门和手动操作元件等部件。然而这并不限制本发明的范围。

所述的一部分1包括围绕烘箱的马弗炉3的外壳2。马弗炉3构成了用于经由前部开口4接收待烘焙或烘烤的食品的腔。通常，马弗炉的侧壁、底壁、顶壁和后壁的内表面5在烘焙或烘烤食品期间由于蒸汽、液体溅射物、食品残留物等而被弄脏。

在烘焙过程期间占主导的比较高的温度导致粘性污垢粘着到马弗炉3的内表面5。所以清洁内表面5是麻烦的，由于马弗炉3的内表面5通常难以接近，因此更加麻烦。所以希望提供易于清洁的、耐脏的内表面5，或者甚至具有自清洁性能的表面。

可以通过例如用合适的材料涂覆马弗炉壁而获得这样的表面。一种可能性是提供陶瓷或纳米结构陶瓷涂层。这样的涂层非排他性地通过机械结合相互作用被结合到基底上。为了建立稳定、牢固和永久的结合，基底的表面必须足够粗糙，以用于适当地建立基底表面和涂层材料之间的机械相互作用。

烘箱的马弗炉3通常由薄金属片材制造。所使用的金属片材的表面粗糙度通常不足以建立适当的机械相互作用。所以，通过喷砂、喷丸、磷化或蚀刻来粗糙化金属片材的表面是公知的。然而这些公知的技术具有如先前在上面更详细论述的若干缺点。

本发明的一个目标是提供已知技术的替代选择。根据本发明，可以通过使用某些搪瓷的混合物产生适合于充分的机械结合的基底，这将在下面更详细地进行描述。

图2显示了马弗炉3的金属片材马弗炉壁6的放大部分的截面图。应当注意的是图2未按照真实比例进行绘制。内表面5涂覆有搪瓷涂层7。搪瓷涂层7又涂覆有陶瓷涂层8，优选纳米结构陶瓷涂层。

搪瓷涂层7包括催化用搪瓷和普通搪瓷的混合物。作为普通搪瓷的替代或作为除了普通搪瓷之外的附加，可以使用热解搪瓷。在本实施例的情况下，对催化用搪瓷和普通搪瓷的百分比进行选择，使得搪瓷涂层7的表面粗糙度在2至5μm的范围内。这样的表面粗糙度是用于建立与陶瓷涂层8的充分的机械结合的良好基础。

搪瓷涂层7的表面粗糙度是混合这两种类型的搪瓷的结果。普通搪瓷和类似的热解搪瓷如果单独被施加通常导致很平滑的、玻璃状表面，所述表面不足够粗糙以建立与陶瓷涂层8的充分机械结合。然而如果催化用搪瓷被单独施加则会导致具有很大比表面的非常粗糙的表面，也不适合于建立充分的机械结合。本发明的发明人已认识到包括催化用搪瓷和普通搪瓷以及视情况而定的热解搪瓷的混合物导致高于普通或热解搪瓷的表面粗糙度、并且低于催化用搪瓷的表面粗糙度的表面粗糙度。此外，已发现可以通过改变催化用搪瓷和普通搪瓷以及视情况而定的热解搪瓷的百分比而调节搪瓷涂层7的总体表面粗糙度。这是特别有利的，原因是搪瓷涂层7的表面粗糙度可以容易地调节至陶瓷涂层8的结合特性。

通过改变两种类型的搪瓷的百分比，例如可以在2至8μm的范围内调节表面粗糙度。对于某些纳米结构陶瓷涂层，需要2至3μm的表面粗糙度，这可以通过相应地选择不同搪瓷类型的每一种的百分比而获得。例如，催化用搪瓷的百分比可以在体积百分比在5％至50％的范围内。相应地，普通搪瓷和视情况而定的热解搪瓷的百分比可以在体积百分比在50％至95％的范围内。

搪瓷涂层7可以使用标准技术被施加到马弗炉壁6，并且在800至850℃的范围内的温度下被烧制，但是也可以在更低的温度下被烧制。搪瓷涂层7可以被施加为使得最终厚度在10至50μm的范围内。这样的搪瓷涂层7通常足以用于结合陶瓷涂层8。关于搪瓷涂层7的厚度的其他范围也是可能的。有可能根据相应的需求来选择层的厚度，所述需求可以由待要施加于搪瓷涂层7的涂层材料的类型、刚性和其他标准产生。

陶瓷涂层8或视情况而定的纳米结构陶瓷涂层可以通过合适的技术（例如热喷涂、等离子体喷涂、高速氧燃料（HVOF）喷涂和其他技术）被施加到搪瓷涂层7上。陶瓷涂层的烧制可以在200至300℃的范围内的温度下进行。此外，有可能使用泥浆喷涂技术（slurry spraytechniques）来施加纳米结构涂层。在该情况下，通过喷涂施加涂层材料的（优选湿的）悬浮液，涂层可以被施加。在该情况下的烧制或烧结可以在180℃和340℃之间的温度范围内进行。

尽管已结合家用烘箱的马弗炉3描述了本发明，但是本发明并不限于该类型的烹饪器具。相反地，本发明可以被应用于将被设置以需要机械结合相互作用的涂层的所有物品。例如可以预见具有适合于施加根据本发明的搪瓷涂层的表面的所有类型的烹饪或烘焙器具或器具、炊具等。

附图标记列表

1 烘箱的一部分

2 外壳

3 马弗炉

4 前部开口

5 内表面

6 马弗炉壁

7 搪瓷涂层

8 陶瓷涂层

Claims (25)

1.一种用于涂覆物品(3)的金属表面(5)的搪瓷涂层材料，所述搪瓷涂层材料包括普通搪瓷和热解搪瓷中的至少一种与催化用搪瓷的混合物，

其中，普通搪瓷和热解搪瓷中的至少一种与催化用搪瓷的百分比被选择成使得获得的搪瓷涂层的根据平均粗糙度指数(R_a)给出的表面粗糙度能够在2至8μm的范围内，其中所述获得的搪瓷涂层的所述表面粗糙度适于通过机械结合而涂覆另外的涂层；并且

其中，所述混合物包括下述对象中的至少其一：

体积百分比在5％至50％之间的催化用搪瓷；

体积百分比在50％至95％之间的普通搪瓷和热解搪瓷中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的搪瓷涂层材料，其中所述表面粗糙度在2至5μm的范围内。

3.根据权利要求2所述的搪瓷涂层材料，其中所述表面粗糙度在2至3μm的范围内。

4.根据权利要求1所述的搪瓷涂层材料，所述搪瓷涂层具有10至50μm之间的层厚度。

5.一种包括金属表面(5)的物品(3)，所述金属表面(5)至少部分地涂覆有根据权利要求1所述的搪瓷涂层材料。

6.根据权利要求5所述的物品(3)，其中，所述金属表面(5)是所述物品(3)的片材或片材状部分(6)的一部分。

7.根据权利要求6所述的物品(3)，其中，所述片材或所述片材状部分(6)具有2mm的最大厚度。

8.根据权利要求5所述的物品(3)，其中，在由所述搪瓷涂层材料所获得的搪瓷涂层的外表面涂覆有另外的涂层。

9.根据权利要求8所述的物品(3)，其中，所述另外的涂层为陶瓷涂层(8)。

10.根据权利要求9所述的物品(3)，其中，所述陶瓷涂层(8)是纳米结构陶瓷涂层。

11.根据权利要求5所述的物品(3)，所述物品(3)选自包括如下对象的群组：烹饪和/或烘焙器具；烘箱的马弗炉。

12.根据权利要求11所述的物品(3)，其中，所述烹饪和/或烘焙器具是家用烹饪和/或烘焙器具，且所述烘箱是家用烘箱。

13.根据权利要求11所述的物品(3)，其中，所述烘焙器具是烘盘。

14.一种至少部分地涂覆物品(3)的金属表面(5)的方法，所述方法包括以下步骤：

通过将普通搪瓷和热解搪瓷中的至少一种与催化用搪瓷混合而制备搪瓷涂层材料；以及

通过将所述搪瓷涂层材料施加到所述金属表面(5)的至少预定部分(6)而产生搪瓷涂层，其中，普通搪瓷和热解搪瓷中的至少一种与催化用搪瓷的百分比被选择成使得获得的所述搪瓷涂层的根据平均粗糙度指数(R_a)给出的表面粗糙度能够在2至8μm的范围内，其中所述搪瓷涂层的所述表面粗糙度适于在后续的步骤中通过机械结合而涂覆另外的涂层；

其中，制备所述搪瓷涂层材料的步骤包括加入下列对象中的至少其一的步骤：

体积百分比在5％至50％的催化用搪瓷；以及

体积百分比在50％至95％的普通搪瓷和热解搪瓷中的至少一种。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述表面粗糙度在2至5μm的范围内。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述表面粗糙度在2至3μm的范围内。

17.根据权利要求14所述的方法，所述搪瓷涂层材料被施加成使得所述搪瓷涂层的最终厚度在10至50μm的范围内。

18.根据权利要求14所述的方法，所述搪瓷涂层材料在800至850℃的范围内的温度下被烧制。

19.根据权利要求18所述的方法，所述搪瓷涂层材料在850℃的温度下被烧制。

20.根据权利要求14所述的方法，其包括将陶瓷涂层(8)施加到所述搪瓷涂层的另外的步骤。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述陶瓷涂层(8)是纳米结构陶瓷涂层。

22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述陶瓷涂层(8)在180至340℃的范围内的温度下被烧制。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述陶瓷涂层(8)在200至300℃的范围内的温度下被烧制。

24.根据权利要求20所述的方法，其中，施加所述陶瓷涂层(8)的步骤选自包括如下工艺的群组：热喷涂、高速氧燃料喷涂、泥浆喷涂技术。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述热喷涂是等离子体喷涂。