CN109666903B - 一种锅具把手表面隔热涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属材料表面沉积隔热涂层技术领域，具体涉及一种锅具把手表面的氧化铝/氧化硅复合隔热涂层及其制备方法。在锅具把手表面依次沉积AlSi膜形成的过渡层及Al2O3/SiO2复合涂层，Al2O3/SiO2复合涂层的厚度为1～50微米。本发明采用磁场增强电弧离子镀技术完成，该方法制备的隔热涂层除具有较好的隔热性能外，还具有硬度高、抗刮擦等优点，适用于餐厨具部件隔热、机械零部件隔热等领域。
Description
技术领域：
本发明属于金属材料表面沉积隔热涂层技术领域，具体涉及一种锅具把手表面的氧化铝/氧化硅复合隔热涂层及其制备方法。
背景技术：
锅具在人们的日常生活中应用越来越广泛，人们不仅用它来烹制食物，也用它来加热牛奶等饮品等。目前，市场上的锅具大多选用不锈钢作为基体，锅把手处一般增加一层塑料，以防止在使用过程中，手由于接触锅把手而被烫伤。但是采用塑料来隔热并不能起到较好的结果，这是由于普通塑料的隔热效果有限，而且塑料的耐热温度较低。
因此，有必要寻求更加有效的材料或方法，来作为锅把手材料来增加隔热效果，以满足锅具的正常使用要求。
发明内容
针对现有锅具把手塑料隔热材料的不足，本发明的目的是提供一种锅具把手表面隔热涂层及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种锅具把手表面隔热涂层，在锅具把手表面依次沉积AlSi膜形成的过渡层及Al2O3/SiO2复合涂层，Al2O3/SiO2复合涂层的厚度为1～50微米(优选为20～30微米)。
所述的锅具把手表面隔热涂层，AlSi膜形成的过渡层厚度为0.1～5微米(优选为0.5～3微米)。
所述的锅具把手表面隔热涂层，AlSi膜形成的过渡层中，Al的含量为20～90at.％(优选为50～80at.％)。
所述的锅具把手表面隔热涂层，Al2O3/SiO2复合涂层中Al2O3的含量为20～90at.％(优选为50～80at.％)。
所述的锅具把手表面隔热涂层的制备方法，具体步骤如下：
(1)锅具把手表面预清洗：锅具把手放置于喷砂机内进行喷砂处理，然后进行除油处理，再超声清洗、烘干；
(2)镀过渡层：将烘干后的锅具把手置于电弧离子镀膜机内，采用铝硅合金靶，当真空室内真空度达到5×10-4Pa～1×10-2Pa(优选为1×10-3Pa～9×10-3Pa)时，对真空室加热至300～650℃(优选为350～500℃)；向真空室通入氩气，气压控制在0.5～4Pa(优选为1.0～2.0Pa)之间；基体加脉冲负偏压在-500～-1000V范围(优选为-600～-800V)，使气体发生辉光放电，对样品进行辉光清洗5～30分钟；调整氩气流量，使真空室气压为0.01～3.0Pa(优选为0.05～0.5Pa，同时开启铝硅合金靶弧源，弧电流为40～100A(优选为40～60A)，对锅具把手继续进行离子轰击1～10分钟；调整氩气流量，使真空室气压进一步降低为0.01～2.0Pa(优选为0.05～0.5Pa，调脉冲负偏压至-50V～-500V(优选为-50～-200V)，沉积AlSi膜即过渡层1～30分钟；
(3)镀Al2O3/SiO2复合涂层：采用铝硅合金靶，沉积总气压控制在0.01～2Pa范围(优选为0.1～0.5Pa)，氧气与氩气流量比为1～5：1；对基体施加脉冲负偏压-50V～-600V(优选为-60V～-200V)，占空比为20～80％(优选为30～60％)，调节铝硅合金靶电流为40～100A(优选为40～60A)；开启靶材后部的电磁场装置，磁场线圈电流调整为0.1～5A(优选为0.5～2A)，沉积时间为20～300分钟(优选为30～120分钟)；
(4)沉积结束后，停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体、关闭电磁场装置，继续抽真空，锅具把手随炉冷却至80℃以下，打开真空室，取出锅具把手。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明是在锅具把手表面制备AlSi膜形成的过渡层和Al2O3/SiO2复合涂层构成的隔热涂层，该隔热涂层不仅耐刮擦，而且具有良好的隔热效果。
2、本发明采用磁场增强电弧离子镀技术完成，该方法采用电磁线圈产生轴向磁场，该磁场不仅使得弧斑运动速度加快，靶材表面大颗粒喷射减少，而且该磁场还可对电弧放电产生的等离子体进行聚焦，使得离子能量及密度大幅度提高，大大提高了涂层沉积效率。该方法制备的隔热涂层除具有较好的耐刮擦性能外，还具有硬度高、隔热效果好等优点。
具体实施方式：
在具体实施过程中，本发明锅具把手表面隔热涂层，它包括锅具把手(如：不锈钢把手、铝合金把手等)，在锅具把手表面依次是铝硅(以下称AlSi)膜形成的过渡层及Al2O3/SiO2复合涂层。
下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。
实施例1
本实施例中，锅具把手选用304不锈钢，锅具把手表面经研磨抛光后，放置于喷砂机内进行喷砂处理，然后进行除油处理，再超声清洗、烘干；将烘干后的锅具把手置于电弧离子镀膜机内，采用铝硅合金靶，当真空室内真空度达到6×10-3Pa时，对真空室加热至350℃；向真空室通入氩气，气压控制在2.0Pa；基体加脉冲负偏压在-700V，使气体发生辉光放电，对样品进行辉光清洗15分钟；调整氩气流量，使真空室气压为0.5Pa(调整氩气流量的作用是：使得合金靶放电平稳，等离子体密度适中)，同时开启铝硅合金靶弧源，弧电流为50A，对锅具把手继续进行离子轰击6分钟；调整氩气流量，使真空室气压为0.2Pa(进一步降低氩气流量的作用是：降低离子的空间自由程，提升离子能量，促进薄膜结构的结晶性)，调脉冲负偏压至-200V，占空比为40％，沉积AlSi膜即过渡层15分钟，AlSi膜形成的过渡层厚度为0.6微米，Al的含量为85at.％；之后通入氧气，氧气与氩气流量比为2:1，沉积总气压控制在0.3Pa；对基体施加脉冲负偏压-100V，占空比为60％，调节铝硅合金靶电流为60A；开启靶材后部的电磁场装置，磁场线圈电流调整为1.0A，沉积时间为120分钟；沉积结束后，停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体、关闭电磁场装置，继续抽真空，锅具把手随炉冷却至80℃以下，打开真空室，取出锅具把手，镀膜过程。
所得Al2O3/SiO2复合涂层锅具把手外观为紫黑色，扫描电镜测试涂层的总厚度为16.1微米，Al2O3/SiO2复合涂层中Al2O3的含量为68at.％，其隔热效果测试为良好。
实施例2
本实施例中，锅具把手选用304不锈钢，锅具把手表面经研磨抛光后，放置于喷砂机内进行喷砂处理，然后进行除油处理，再超声清洗、烘干；将烘干后的锅具把手置于电弧离子镀膜机内，采用铝硅合金靶，当真空室内真空度达到7×10-3Pa时，对真空室加热至380℃；向真空室通入氩气，气压调整为2.0Pa；基体加脉冲负偏压在-700V，使气体发生辉光放电，对样品进行辉光清洗25分钟；调整氩气流量，使真空室气压为0.3Pa，同时开启铝硅合金靶弧源，弧电流为55A，对锅具把手继续进行离子轰击10分钟；调整氩气流量，使真空室气压为0.3Pa，调脉冲负偏压至-150V，占空比为40％，沉积AlSi膜即过渡层10分钟，AlSi膜形成的过渡层厚度为0.4微米，Al的含量为86at.％；之后通入氧气，氧气与氩气流量比为3:1，沉积总气压控制在0.4Pa；对基体施加脉冲负偏压-120V，占空比为60％，调节铝硅合金靶电流为65A；开启靶材后部的电磁场装置，磁场线圈电流调整为2.5A；沉积时间为150分钟；沉积结束后，停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体、关闭电磁场装置，继续抽真空，锅具把手随炉冷却至80℃以下，打开真空室，取出锅具把手，镀膜过程结束。
所得Al2O3/SiO2复合涂层锅具把手外观为紫黑色，扫描电镜测试涂层的总厚度为20.6微米，Al2O3/SiO2复合涂层中Al2O3的含量为77at.％，其隔热效果测试为良好。
实施例3
本实施例中，锅具把手选用430不锈钢，锅具把手表面经研磨抛光后，放置于喷砂机内进行喷砂处理，然后进行除油处理，再超声清洗、烘干；将烘干后的锅具把手置于电弧离子镀膜机内，采用铝硅合金靶，当真空室内真空度达到5×10-3Pa时，对真空室加热至480℃；向真空室通入氩气，气压调整为2.1Pa；基体加脉冲负偏压在-600V，使气体发生辉光放电，对样品进行辉光清洗25分钟；调整氩气流量，使真空室气压为0.6Pa，同时开启铝硅合金靶弧源，弧电流为55A，对锅具把手继续进行离子轰击10分钟；调整氩气流量，使真空室气压为0.4Pa，调脉冲负偏压至-90V，占空比为40％，沉积AlSi膜即过渡层10分钟，AlSi膜形成的过渡层厚度为0.4微米，Al的含量为70at.％；之后通入氧气，氧气与氩气流量比为1:1，沉积总气压控制在0.6Pa；对基体施加脉冲负偏压-120V，占空比为40％，调节铝硅合金靶电流为65A；开启靶材后部的电磁场装置，磁场线圈电流调整为1.5A；沉积时间为180分钟；沉积结束后，停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体、关闭电磁场装置，继续抽真空，锅具把手随炉冷却至80℃以下，打开真空室，取出锅具把手，镀膜过程结束。
所得Al2O3/SiO2复合涂层锅具把手外观为紫黑色，扫描电镜测试涂层的总厚度为28.6微米，Al2O3/SiO2复合涂层中Al2O3的含量为60at.％，其隔热效果测试为良好。
实施例4
本实施例中，锅具把手选用304不锈钢，锅具把手表面经研磨抛光后，放置于喷砂机内进行喷砂处理，然后进行除油处理，再超声清洗、烘干；将烘干后的锅具把手置于电弧离子镀膜机内，采用铝硅合金靶，当真空室内真空度达到6×10-3Pa时，对真空室加热至450℃；向真空室通入氩气，气压调整为2.0Pa；基体加脉冲负偏压在-700V，使气体发生辉光放电，对样品进行辉光清洗26分钟；调整氩气流量，使真空室气压为0.35Pa，同时开启铝硅合金靶弧源，弧电流为65A，对锅具把手继续进行离子轰击8分钟；调整氩气流量，使真空室气压为0.2Pa，调脉冲负偏压至-110V，占空比为50％，沉积AlSi膜即过渡层6分钟，AlSi膜形成的过渡层厚度为0.1微米，Al的含量为75at.％；之后通入氧气，氧气与氩气流量比为2:1，沉积总气压控制在0.8Pa；对基体施加脉冲负偏压-120V，占空比为65％，调节铝硅合金靶电流为70A；开启靶材后部的电磁场装置，磁场线圈电流调整为1.5A；沉积时间为120分钟；沉积结束后，停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体、关闭电磁场装置，继续抽真空，锅具把手随炉冷却至80℃以下，打开真空室，取出锅具把手，镀膜过程结束。
所得Al2O3/SiO2复合涂层锅具把手外观为紫黑色，扫描电镜测试涂层的总厚度为15.4微米，Al2O3/SiO2复合涂层中Al2O3的含量为65at.％，其隔热效果测试为良好。
实施例结果表明，本发明采用磁场增强电弧离子镀技术完成，该方法制备的隔热涂层除具有较好的隔热性能外，还具有硬度高、抗刮擦等优点，适用于餐厨具部件隔热、机械零部件隔热等领域。
Claims (4)
1.一种锅具把手表面隔热涂层的制备方法，其特征在于，在锅具把手表面依次沉积AlSi膜形成的过渡层及Al2O3/SiO2复合涂层，Al2O3/SiO2复合涂层的厚度为1～50微米；
所述的锅具把手表面隔热涂层的制备方法，具体步骤如下：
（1）锅具把手表面预清洗：锅具把手放置于喷砂机内进行喷砂处理，然后进行除油处理，再超声清洗、烘干；
（2）镀过渡层：将烘干后的锅具把手置于电弧离子镀膜机内，采用铝硅合金靶，当真空室内真空度达到5×10-4Pa～1×10-2Pa时，对真空室加热至300～650℃；向真空室通入氩气，气压控制在0.5～4.0Pa之间；基体加脉冲负偏压在-500～-1000V范围，使气体发生辉光放电，对样品进行辉光清洗5～30分钟；调整氩气流量，使真空室气压为0.01～3.0Pa，同时开启铝硅合金靶弧源，弧电流为40～100A，对锅具把手继续进行离子轰击1～10分钟；调整氩气流量，使真空室气压为0.01～2.0Pa，调脉冲负偏压至-50V～-500V，沉积AlSi膜即过渡层1～30分钟；
（3）镀Al2O3/SiO2复合涂层：采用铝硅合金靶，沉积总气压控制在0.01～2Pa范围，氧气与氩气流量比为1～5：1；对基体施加脉冲负偏压-50V～-600V，占空比为20～80%，调节铝硅合金靶电流为40～100A；开启靶材后部的电磁场装置，磁场线圈电流调整为0.1～5A，沉积时间为20～300分钟；
（4）沉积结束后，停弧、停基体脉冲负偏压、停止通入气体、关闭电磁场装置，继续抽真空，锅具把手随炉冷却至80℃以下，打开真空室，取出锅具把手。
2.按照权利要求1所述的锅具把手表面隔热涂层的制备方法，其特征在于，AlSi膜形成的过渡层厚度为0.1～5微米。
3.按照权利要求1所述的锅具把手表面隔热涂层的制备方法，其特征在于，AlSi膜形成的过渡层中，Al的含量为20～90at.%。
4.按照权利要求1所述的锅具把手表面隔热涂层的制备方法，其特征在于，Al2O3/SiO2复合涂层中Al2O3的含量为20～90at.%。
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