CN102677119A - 一种铝合金不粘锅涂层的制备方法 - Google Patents

一种铝合金不粘锅涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种铝合金不粘锅涂层的制备方法，它涉及不粘锅涂层的制备方法，本发明要解决现有的铝合金不粘锅涂层均存在耐划擦性差、耐热性差、使用寿命短和保温效果差的问题。本发明通过如下步骤来实现：一、配制碱性溶液；二、微弧氧化制膜；三、喷涂不粘涂层；四、烘干。采用本发明所述方法制备的铝合金不粘锅涂层，具有耐划擦性好、使用温度高、使用寿命长和保温效果好的特点，本发明可应用于轻金属材料表面处理技术领域。

Description

一种铝合金不粘锅涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金不粘锅涂层的制备方法。
背景技术
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、涂层的耐热性差，使用铝合金不沾锅制品烹饪时，锅体涂层温度上升较快，一般限制加热温度不允许超过280℃；3、铝合金不沾锅制品的使用寿命短；4、保温效果差。
发明内容
本发明是要解决现有的铝合金不粘锅涂层均存在耐划擦性差、耐热性差、使用寿命短和保温效果差的问题，而提出一种铝合金不粘锅涂层的制备方法。
本发明中的一种铝合金不粘锅涂层的制备方法是通过以下步骤实现的：
一、配制碱性溶液：碱性溶液由氢氧化钾溶液与硅酸钠溶液配制而成，其中氢氧化钾重量、硅酸钠重量与所配碱性溶液的体积之比为（1~2）g:（2~20）g:1L；
二、微弧氧化制膜：先将步骤一配制成的碱性溶液倒入一不锈钢方槽中，然后在此碱性溶液中放置铝合金锅制品，采用非对称正负脉冲电源加载在不锈钢方槽和铝合金锅制品上，通电时间为30~90min，在铝合金锅制品的内、外表面上生成一层Al2O3膜，其中电源正、负脉冲占空比设定范围为10%~50%，正向脉冲幅值的设定范围为400V~700V，负向脉冲幅值的设定范围为-50V~-200V；
三、喷涂不粘涂层：从碱性溶液中取出铝合金锅制品，用纯净水或去离子水将铝合金锅制品清洗干净，然后烘干；采用喷涂方法在铝合金锅制品内表面的Al2O3膜上喷涂一层特氟龙，控制喷涂厚度在0.02mm~0.03mm之间；
四、烘干：将喷涂后的铝合金锅制品置于烘箱中烘烤，烘烤温度控制在50℃~300℃，烘烤时间控制在10min~60min，然后得到铝合金不粘锅涂层。
本发明的工作原理：通过在铝合金锅制品和不锈钢槽的钢板之间施加非对称正负脉冲电源，利用-200V~700V交变脉冲电压在铝合金锅制品表面产生等离子体放电，使铝合金锅制品表面吸附的氧气和碱性溶液存在的含氧基团在电场和瞬时高温作用下，发生化学反应在铝合金锅制品表面牢固地生成附着一层Al2O3膜，该膜层与铝合金基体结合强度高、耐腐蚀、耐磨损、耐高温、抗烧蚀。膜层结构为多孔结构，微孔尺度在1~10μm的范围内，微孔及其周围形貌类似火山口形状并随机分布，孔隙率在10%~30%之间。这些微孔吸附不沾涂料特氟龙，使特氟龙牢固地钉扎在Al2O3膜层上，形成Al2O3与特氟龙复合不沾涂层，在实际应用中达到不沾、耐划擦和耐高温的效果。
本发明的有益效果如下：
1、在电场和瞬时高温作用下，铝合金锅制品表面发生化学反应生成一层牢固地附着在铝合金锅制品表面的Al2O3膜，该膜层与铝合金基体结合强度高、耐腐蚀、耐磨损、耐高温、抗烧蚀。
2、Al2O3膜层结构为多孔结构，这些微孔吸附不沾涂料特氟龙，使特氟龙牢固地钉扎在Al2O3膜层上，形成Al2O3与特氟龙复合不沾涂层，实际应用中具有不沾、耐划擦和耐高温的特点，延长了铝合金不粘锅涂层的使用寿命。
3、铝合金锅制品由于内、外表面上生成一层Al2O3膜，与现有的铝合金不粘锅相比具有良好的保温效果。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中一种铝合金不粘锅涂层的制备方法按以下步骤进行：
一、配制碱性溶液：碱性溶液由氢氧化钾溶液与硅酸钠溶液配制而成，其中氢氧化钾重量、硅酸钠重量与所配碱性溶液的体积之比为（1~2）g:（2~20）g:1L；
二、微弧氧化制膜：先将步骤一配制成的碱性溶液倒入一不锈钢方槽中，然后在此碱性溶液中放置铝合金锅制品，采用非对称正负脉冲电源加载在不锈钢方槽和铝合金锅制品上，通电时间为30~90min，在铝合金锅制品的内、外表面上生成一层Al2O3膜，其中电源正、负脉冲占空比设定范围为10%~50%，正向脉冲幅值的设定范围为400V~700V，负向脉冲幅值的设定范围为-50V~-200V；
三、喷涂不粘涂层：从碱性溶液中取出铝合金锅制品，用纯净水或去离子水将铝合金锅制品清洗干净，然后烘干；采用喷涂方法在铝合金锅制品内表面的Al2O3膜上喷涂一层特氟龙，控制喷涂厚度在0.02mm~0.03mm之间；
四、烘干：将喷涂后的铝合金锅制品置于烘箱中烘烤，烘烤温度控制在50℃~300℃，烘烤时间控制在10min~60min，然后得到铝合金不粘锅涂层。
本发明的工作原理：通过在铝合金锅制品和不锈钢槽的钢板之间施加非对称正负脉冲电源，利用-200V~700V交变脉冲电压在铝合金锅制品表面产生等离子体放电，使铝合金锅制品表面吸附的氧气和碱性溶液存在的含氧基团在电场和瞬时高温作用下，发生化学反应在铝合金锅制品表面牢固地生成附着一层Al2O3膜，该膜层与铝合金基体结合强度高、耐腐蚀、耐磨损、耐高温、抗烧蚀。膜层结构为多孔结构，微孔尺度在1~10μm的范围内，微孔及其周围形貌类似火山口形状并随机分布，孔隙率在10%~30%之间。这些微孔吸附不沾涂料特氟龙，使特氟龙牢固地钉扎在Al2O3膜层上，形成Al2O3与特氟龙复合不沾涂层，在实际应用中达到不沾、耐划擦和耐高温的效果。
本发明的有益效果如下：
1、在电场和瞬时高温作用下，铝合金锅制品表面发生化学反应生成一层牢固地附着在铝合金锅制品表面的Al2O3膜，该膜层与铝合金基体结合强度高、耐腐蚀、耐磨损、耐高温、抗烧蚀。
2、Al2O3膜层结构为多孔结构，这些微孔吸附不沾涂料特氟龙，使特氟龙牢固地钉扎在Al2O3膜层上，形成Al2O3与特氟龙复合不沾涂层，实际应用中具有不沾、耐划擦和耐高温的特点，延长了铝合金不粘锅涂层的使用寿命。
3、铝合金锅制品由于内、外表面上生成一层Al2O3膜，与现有的铝合金不粘锅相比具有良好的保温效果。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述氧化钾重量、硅酸钠重量与所配碱性溶液的体积之比为（1.2~1.8）g:（4~16）g:1L。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述氧化钾重量、硅酸钠重量与所配碱性溶液的体积之比为1.5g:10g:1L。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中的通电时间为40~80min。其它步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中的通电时间为60min。其它步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述非对称正负脉冲电源的正、负脉冲占空比设定范围为20%~40%，正向脉冲幅值的设定范围为500V~600V，负向脉冲幅值的设定范围为-100V~-150V。其它步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述非对称正负脉冲电源的正、负脉冲占空比设定为30%，正向脉冲幅值的设定为550V，负向脉冲幅值的设定范围为-125V。其它步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中控制喷涂厚度为0.02mm。其它步骤和参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中烘烤温度控制在100℃~250℃，烘烤时间控制在20min~50min。其它步骤和参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中烘烤温度控制在175℃，烘烤时间控制在35min。其它步骤和参数与具体实施方式一至八之一相同。
为验证本发明的有益效果进行了以下实验：
实验一：一种铝合金不粘锅涂层的制备方法按以下步骤进行：
一、配制碱性溶液：分别称取240g氢氧化钾和2.4kg硅酸钠，用去离子水配制成体积为160L的碱性溶液。
二、微弧氧化制膜过程：将步骤一配制成的160L碱性溶液倒入一不锈钢方槽中，然后在此碱性溶液放置铝合金锅制品，采用非对称正负脉冲电源加载在不锈钢方槽和铝合金锅制品上，通电时间为70min，在铝合金锅制品的内、外表面上生成一层Al2O3膜，其中非对称正负脉冲电源正、负脉冲占空比设定范围为40%，正向脉冲幅值的设定范围为600V，负向脉冲幅值的设定范围为-150V；
三、喷涂不粘涂层：从碱性溶液中取出铝合金锅制品，用去离子水将铝合金锅制品清洗干净，然后烘干；采用喷涂方法在铝合金锅制品内表面的Al2O3膜上喷涂一层特氟龙，控制喷涂厚度为0.03mm；
四、烘干：将喷涂后的铝合金锅制品置于烘箱中烘烤，烘烤温度控制在250℃，烘烤时间控制在50min，然后得到本发明中的铝合金不粘锅涂层。
经检测，实验一中微弧氧化方法生成的Al2O3膜厚度为0.12mm，铝合金不粘锅涂层耐划擦性好，使用铁铲子时，不会产生任何划痕；采用现有方法得到的铝合金不粘锅涂层，使用温度不超过280℃，而实验一中采用本发明所述方法得到的铝合金不粘锅涂层使用温度最高可达380℃；由于Al2O3膜层与特氟龙膜层之间形成了牢固的复合不沾涂层，因此采用本发明所述方法得到的铝合金不粘锅涂层的使用寿命是采用现有方法得到的铝合金不粘锅涂层的使用寿命的2~3倍；本发明中的铝合金锅制品由于内、外表面上生成一层Al2O3膜，与现有的铝合金不粘锅相比保温时间要长1~2倍。

Claims (10)

1.一种铝合金不粘锅涂层的制备方法，其特征在于它是通过以下步骤实现的：
一、配制碱性溶液：碱性溶液由氢氧化钾溶液与硅酸钠溶液配制而成，其中氢氧化钾重量、硅酸钠重量与所配碱性溶液的体积之比为（1~2）g:（2~20）g:1L；
二、微弧氧化制膜：先将步骤一配制成的碱性溶液倒入一不锈钢方槽中，然后在此碱性溶液中放置铝合金锅制品，采用非对称正负脉冲电源加载在不锈钢方槽和铝合金锅制品上，通电时间为30~90min，在铝合金锅制品的内、外表面上生成一层Al2O3膜，其中电源正、负脉冲占空比设定范围为10%~50%，正向脉冲幅值的设定范围为400V~700V，负向脉冲幅值的设定范围为-50V~-200V；
三、喷涂不粘涂层：从碱性溶液中取出铝合金锅制品，用纯净水或去离子水将铝合金锅制品清洗干净，然后烘干；采用喷涂方法在铝合金锅制品内表面的Al2O3膜上喷涂一层特氟龙，控制喷涂厚度在0.02mm~0.03mm之间；
四、烘干：将喷涂后的铝合金锅制品置于烘箱中烘烤，烘烤温度控制在50℃~300℃，烘烤时间控制在10min~60min，然后得到铝合金不粘锅涂层。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金不粘锅涂层的制备方法，其特征在于步骤一中所述氢氧化钾重量、硅酸钠重量与所配碱性溶液的体积之比为（1.2~1.8）g:（4~16）g:1L。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金不粘锅涂层的制备方法，其特征在于步骤一中所述氢氧化钾重量、硅酸钠重量与所配碱性溶液的体积之比为1.5g:10g:1L。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种铝合金不粘锅涂层的制备方法，其特征在于步骤二中的通电时间为40~80min。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种铝合金不粘锅涂层的制备方法，其特征在于步骤二中的通电时间为60min。
6.根据权利要求4所述的一种铝合金不粘锅涂层的制备方法，其特征在于步骤二中所述非对称正负脉冲电源的正、负脉冲占空比设定范围为20%~40%，正向脉冲幅值的设定范围为500V~600V，负向脉冲幅值的设定范围为-100V~-150V。
7.根据权利要求4所述的一种铝合金不粘锅涂层的制备方法，其特征在于步骤二中所述非对称正负脉冲电源的正、负脉冲占空比设定范围为30%，正向脉冲幅值的设定范围为550V，负向脉冲幅值的设定范围为-125V。
8.根据权利要求6所述的一种铝合金不粘锅涂层的制备方法，其特征在于步骤三中控制喷涂厚度为0.02mm。
9.根据权利要求6所述的一种铝合金不粘锅涂层的制备方法，其特征在于步骤四中烘烤温度控制在100℃~250℃，烘烤时间控制在20min~50min。
10.根据权利要求6所述的一种铝合金不粘锅涂层的制备方法，其特征在于步骤四中烘烤温度控制在175℃，烘烤时间控制在35min。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120919