一种不粘锅具的制备方法及其制得的不粘锅具与流程

1.本发明涉及锅具技术领域，具体涉及一种不粘锅具的制备方法及其制得的不粘锅具。


背景技术：

2.当前市场上销售的不粘锅具，大多为ptfe特氟隆涂层不粘锅具，其ptfe特氟隆涂层的最高耐温不能超过250℃，超过250℃后其不粘性能会急速衰减并快速碳化脱落，因此存在着涂层使用寿命短、不耐干烧和易脱落等问题，每年给国家带来大量金属材料的浪费。且即使涂料不损坏也会被食物慢慢磨损，最后全部随菜肴被人体吃下去了，不仅影响产品的使用寿命，也危害了人体的健康。
3.市面上也存在仿生荷叶不粘锅，其内表面模仿出荷叶具有乳突的微纳结构，减少食物和锅底的接触面积，建立起物理不粘屏障。相关技术中的仿生荷叶不粘锅乳突结构硬度不足，不耐铁铲的剐蹭或者高温，不能持久保持其防粘性。


技术实现要素：

4.本发明旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种不粘锅具的制备方法，具有制得的不粘锅具使用寿命长的优点。
5.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种不粘锅具的制备方法，包括如下步骤：
7.s101，选取锅具基体；
8.s102,制备复合材料，该复合材料包括用于增加强度的第一粘结相、用于辅助增加强度的第二粘结相以及高碳化合物；
9.s103，将复合材料加工至基体内表面形成复合材料层；
10.s104，对基体进行加热使高碳化合物碳化以形成若干空穴和尖峰；
11.s105，对复合材料层进行熔凝以钝化尖峰形成乳突结构。
12.在本发明中，通过在锅具基体的内表面加工一具有仿生荷叶结构的复合材料层，该仿生荷叶结构即带有乳突结构的凹凸形貌。该复合材料层与食物直接接触，减少了食物与锅具的接触面积，使制得的锅具达到烹饪不粘的效果。需要说明的是，锅具基体的内表面定义为本应与食物直接接触的一面，乳突结构也形成在复合材料层与食物直接接触的一面，而复合材料层的另一面与锅具的内表面贴合。
13.复合材料包括第一粘结相、第二粘结相以及高碳化合物，将复合材料加工至基体内表面形成一复合材料层。复合材料内含有高碳化合物，对基体内表面进行加热时，高碳化合物会碳化变脆，从而形成低表面能的空穴结构。复合材料层的内表面(即与食物直接接触的一面)当然也分布有该空穴结构，复合材料层内表面呈现出具有空穴和尖峰的凹凸不平的微观地貌，减少了食物与锅具的接触面积，防止粘锅。另外，空穴结构可以吸纳空气和储存油脂，在加热过程中将产生热空气和油雾，可以托起食物，同时空穴结构将减少食物与锅
具的接触面积，从而起到物理不粘的作用。
14.对复合材料层的内表面进行熔凝，尖峰钝化形成致密的弧状颗粒，即乳突结构，其表面的自由能降低。且熔凝后提高了尖峰的硬度，使复合材料层更耐锅铲的剐蹭，延长了锅具的使用寿命。
15.可选的，通过等离子或激光对复合材料层进行熔凝以钝化尖峰，熔凝之后形成的乳突结构硬度为800～1200hv。采用能量密度高的等离子束或激光束对复合材料层的内表面进行熔凝，内表面的尖峰钝化形成乳突结构，降低了内表面的表面能，提高了不粘效果。高能熔凝后形成的乳突结构硬度提高至800～1200hv。
16.可选的，在步骤s102中，选取的高碳化合物的碳化温度低于600℃。在本发明中，需要在复合材料中加入高碳化合物，以便于后续高碳化合物碳化并在复合材料层中形成空穴。选取碳化温度较低的高碳化合物能够使复合材料层在一个相对较低的温度下形成空穴，有利于提高效率和节省能源。
17.可选的，在步骤s104中，对基体内表面进行加热碳化的时长为0.5～1h。将基体维持在高碳化合物的碳化温度以上0.5～1h，形成低表面能的空穴结构。
18.可选的，所述复合材料包括以下质量百分数的组分：第一粘结相40％～70％，第二粘结相15％～50％，高碳化合物5％～10％。复合材料中第一粘结相的质量占比最大，用于增强硬度和粘结复合材料中的其他物质，也用于将复合材料粘结至锅具基体上。第二粘结相用于辅助第一粘结相粘结，进一步加强各材料之间的粘结程度，也能使复合材料层与基体连接的更加牢固。高碳化合物用于对基体加热后碳化形成空穴和尖峰。
19.可选的，第一粘结相为钛、钛合金、锆、锆合金、钼、钼合金、铪、铪合金以及不锈钢中的一种或几种。第一粘结相为高硬度高强度的金属，为复合材料层提供一定强度，使复合材料层更加耐磨，在高温或高强度刮擦下也能持久保持易洁。在锅具进行高烧或高温烹饪时复合材料层也不容易脱落。
20.可选的，所述第二粘结相为硅酸盐、硅藻土、硅氧化物及钛氧化物中的一种或几种。第二粘结相能够辅助增强复合材料层的硬度，提高抗刮擦能力。且硅酸盐和硅藻土的熔点较低，在高于熔点的高温下能够形成多孔结构，有利于油脂渗透。
21.可选的，高碳化合物为丙烯酸树脂、硬脂酸、脂肪酸、淀粉、纤维中的一种或几种。丙烯酸树脂的碳化温度为200～300℃，而硬脂酸在200℃以上就会分解。在丙烯酸树脂或硬脂酸碳化后，复合材料层形成多空穴结构。
22.可选的，在步骤s102中，制备复合材料时，将第一粘结相、第二粘结相以及高碳化合物分散研磨并混合均匀，再通过造粒制成粒径为100～450目的颗粒。将第一粘结相、第二粘结相以及高碳化合物放入分散研磨机中进行分散研磨，并将三者混合均匀，以便于后续高碳化合物碳化后形成的空穴在复合材料层中分布均匀。将分散研磨后的复合材料通过造粒机制成粒径为100～450目的颗粒。
23.可选的，在步骤s103中，将上述粒径为100～450目的复合材料的颗粒通过热喷涂、等离子喷涂、冷喷涂或激光熔覆加工至基体内表面，形成复合金属层。需要说明的是，将第一粘结相、第二粘结相以及高碳化合物分散研磨并混合均匀制得的复合材料适于用热喷涂、等离子喷涂、冷喷涂或激光熔覆等方式加工至基体内表面。
24.可选的，在步骤s102中，制备复合材料时，将第一粘结相、第二粘结相以及高碳化
合物构造为包芯结构；其中，第一粘结相形成外皮，第二粘结相和高碳化合物通过分散研磨并造粒后填充至该外皮内。仅将第二粘结相和高碳化合物进行分散研磨并造粒，然后填充至第一粘结相形成的外皮内，构成包芯结构。
25.可选的，在步骤s103中，将步骤s102中制得的复合材料通过电弧喷涂、激光喷涂或等离子熔覆加工至基体内表面。需要说明的是，在将复合材料通过电弧喷涂、激光喷涂或等离子熔覆加工至基体内表面，复合材料并非保持包芯结构，而是被雾化并打散，形成较为均匀的状态，以使复合材料层的内表面能够形成空穴。
26.可选的，在步骤s105之后还存在步骤s106，使用植物油和/或硅油作用于基体的内表面，使植物油和/或硅油渗入空穴内，对基体内表面的复合材料层进行修饰，提高锅具的初始不粘效果。具体地，采用浸泡、喷淋、擦拭等，使油脂渗透入空穴。
27.此外，本发明还提供了一种不粘锅具，由前述任意一项所述的制备方法制备而成。本发明所提供的不粘锅具与前述制备方法的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。
28.1.在本发明中，通过在锅具基体内表面加工一具有仿生荷叶结构的复合材料层以达到防粘的目的。该仿生荷叶结构包括若干空穴，可以吸纳空气和储存油脂，在加热过程中将产生热空气和油雾，可以托起食物，同时空穴结构将减少食物与锅具的接触面积，从而起到物理不粘的作用。
29.2.复合材料内含有高碳化合物，高温下高碳化合物碳化，在复合材料层形成相邻的空穴和尖峰。对尖峰进行高能熔凝后尖峰钝化形成乳突结构，乳突结构的表面能低于尖峰结构的表面能，进一步提高了防粘能力；且熔凝之后形成的乳突结构硬度增加，提高了防刮擦能力，延长了锅具的使用寿命。
30.3.复合材料包括由高硬度金属组成的第一粘结相和由硅酸盐等陶瓷材料组成的第二粘结相，提高了复合材料层的硬度，增强抗刮擦能力。
31.本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。
附图说明
32.下面结合附图对本发明作进一步说明：
33.图1为本发明实施例1中制备的复合材料的微观结构示意图；
34.图2为本发明实施例2中制备的复合材料的微观结构示意图；
35.图3为复合材料层未熔凝时尖峰的结构示意图；
36.图4为复合材料层熔凝后生成的乳突结构的结构示意图。
37.其中，1.第一粘结相；2.第二粘结相；3.高碳化合物。
具体实施方式
38.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。基于实施方式中的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
39.在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本专利公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。
40.实施例1：
41.本实施例提供一种不粘锅具的制备方法，包括如下步骤：
42.s101，选取锅具基体；对基体进行清洁，去除其表面的氧化物和污染物。
43.s102,制备复合材料，该复合材料包括第一粘结相1、第二粘结相2以及高碳化合物3；按以下质量百分数称取原料：第一粘结相1为70％，第二粘结相2为25％，高碳化合物3为5％。在本实施例中，第一粘结相1为钛合金，第二粘结相2为硅酸盐，高碳化合物3为丙烯酸树脂。在其他实施例中，第一粘结相1还可以为锆、锆合金、钼、钼合金、铪、铪合金以及不锈钢中的一种或几种；第二粘结相2还可以为硅藻土等陶瓷材料；第三粘结相还可以为硬脂酸。
44.选择第一粘结相1作为外皮，将第二粘结相2和高碳化合物3制备成直径1.2～2.2mm的丝材。第一粘结相1、第二粘结相2以及高碳化合物3构成如图1所示的包芯结构。
45.s103，将复合材料加工至基体内表面形成复合材料层；具体地，使用电弧喷涂设备将复合材料喷涂至基体的内表面。电弧喷涂设备的工作电压为25-40v，工作电流为70～200a，空气压力1.0～1.5mpa。最终生成的复合材料层的厚度为0.02～0.06mm，硬度为400～600hv。
46.s104，对基体进行加热使高碳化合物3碳化以形成若干空穴和尖峰；具体地，将基体放入高温炉中以450℃的温度烘烤0.5h，使丙烯酸树脂碳化，复合材料层形成尖峰和空穴。
47.s105，对复合材料层进行熔凝以钝化尖峰形成乳突结构；具体地，使用5～20kw的大功率激光器，对焦复合材料层内表面的尖峰，以5～10cm/s的速度，使尖峰熔凝形成光滑致密的乳突结构，乳突结构的硬度为800～1200hv，提高了复合材料层的强度。
48.本实施例还提供一种不粘锅具，由前述步骤制作而成，对其进行不粘性测试和持久不粘性测试，测试结果如表1所示。
49.实施例2
50.本实施例提供一种不粘锅具的制备方法，与实施例1的区别主要在于制备复合材料的方法不同，其包括如下步骤：
51.s101，选取锅具基体；对基体进行清洁，去除其表面的氧化物和污染物。
52.s102,制备复合材料，该复合材料包括第一粘结相1、第二粘结相2以及高碳化合物3；按以下质量百分数称取原料：第一粘结相1为70％，第二粘结相2为25％，高碳化合物3为5％。在本实施例中，第一粘结相1为钛合金，第二粘结相2为硅酸盐，高碳化合物3为丙烯酸树脂。在其他实施例中，第一粘结相1还可以为锆、锆合金、钼、钼合金、铪、铪合金以及不锈钢中的一种或几种；第二粘结相2还可以为硅藻土等陶瓷材料；第三粘结相还可以为硬脂酸。
53.将第一粘结相1、第二粘结相2以及高碳化合物3放入分散研磨机中进行分散研磨，并将三者混合均匀，以便于后续高碳化合物3碳化后形成的空穴在复合材料层中分布均匀。将分散研磨后的复合材料通过造粒机制成如图2所示的粒径为100～450目的颗粒。
54.s103，将复合材料加工至基体内表面形成复合材料层；具体地，使用热喷涂设备将复合材料喷涂至基体的内表面。最终生成的复合材料层的厚度为0.02～0.06mm，硬度为400～600hv。在其他实施例中，也可以通过等离子喷涂或激光熔覆等方式将复合材料加工至基体的内表面。
55.s104，对基体进行加热使高碳化合物3碳化以形成若干空穴和尖峰；具体地，将基体放入高温炉中以450℃的温度烘烤0.5h，使丙烯酸树脂碳化，复合材料层形成尖峰和空穴。
56.s105，对复合材料层进行熔凝以钝化尖峰形成乳突结构；具体地，使用5～20kw的大功率激光器，对焦复合材料层内表面的尖峰，以5～10cm/s的速度，使尖峰熔凝形成光滑致密的乳突结构，乳突结构的硬度为800～1200hv，提高了复合材料层的强度。
57.本实施例还提供一种不粘锅具，由前述步骤制作而成，对其进行不粘性测试和持久不粘性测试，测试结果如表1所示。
58.对比例
59.本对比例提供一种不粘锅具的制备方法，与实施例1的区别主要在于未对复合材料层进行高能熔凝，其包括如下步骤：
60.s101，选取锅具基体；对基体进行清洁，去除其表面的氧化物和污染物。
61.s102,制备复合材料，该复合材料包括第一粘结相1、第二粘结相2以及高碳化合物3；按以下质量百分数称取原料：第一粘结相1为70％，第二粘结相2为25％，高碳化合物3为5％。在本实施例中，第一粘结相1为钛合金，第二粘结相2为硅酸盐，高碳化合物3为丙烯酸树脂。在其他实施例中，第一粘结相1还可以为锆、锆合金、钼、钼合金、铪、铪合金以及不锈钢中的一种或几种；第二粘结相2还可以为硅藻土等陶瓷材料；第三粘结相还可以为硬脂酸。
62.将第一粘结相1、第二粘结相2以及高碳化合物3放入分散研磨机中进行分散研磨，并将三者混合均匀，以便于后续高碳化合物3碳化后形成的空穴在复合材料层中分布均匀。将分散研磨后的复合材料通过造粒机制成粒径为100～450目的颗粒。
63.s103，将复合材料加工至基体内表面形成复合材料层；具体地，使用热喷涂设备将复合材料喷涂至基体的内表面。最终生成的复合材料层的厚度为0.02～0.06mm，硬度为400～600hv。在其他实施例中，也可以通过等离子喷涂或激光熔覆等方式将复合材料加工至基体的内表面。
64.s104，对基体进行加热使高碳化合物3碳化以形成若干空穴和尖峰；具体地，将基体放入高温炉中以450℃的温度烘烤0.5h，使丙烯酸树脂碳化，复合材料层形成尖峰和空穴。
65.本对比例还提供一种不粘锅具，由前述步骤制作而成，对其进行不粘性测试和持久不粘性测试，测试结果如表1所示。
66.不粘性测试和持久不粘性测试的具体测试方法如下：
67.不粘性测试：按照gb32095.1-2015要求进行测试，分为i、ii、iii级，i级不粘性最佳，iii级不粘性最差。
68.持久不粘性测试：按照gb32388-2015要求进行测试，单位为次数，次数越高说明寿命越长，1000次评价一次不粘结果，记录到使用至iii级时的次数。
69.表1：实施例1、实施例2及对比例的不粘性和持久不粘性测试结果
70.编号不粘性持久不粘性(次)实施例一i15000实施例二i14000对比例ii8000
71.从表1可得，经过高能熔凝的实施例1和实施例2的不粘性优于对比例，使用寿命也优于对比例。
72.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

技术特征：
1.一种不粘锅具的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s101，选取锅具基体；s102,制备复合材料，该复合材料包括用于增加强度的第一粘结相(1)、用于辅助增加强度的第二粘结相(2)以及高碳化合物(3)；s103，将复合材料加工至基体内表面形成复合材料层；s104，对基体进行加热使高碳化合物(3)碳化以形成若干空穴和尖峰；s105，对复合材料层进行熔凝以钝化尖峰形成乳突结构。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s105中，通过等离子或激光对复合材料层进行熔凝以钝化尖峰，熔凝之后形成的乳突结构硬度为800～1200hv。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s102中，选取的高碳化合物(3)的碳化温度低于600℃。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s104中，对基体内表面进行加热碳化的时长为0.5～1h。5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述复合材料包括以下质量百分数的组分：第一粘结相(1)40％～70％，第二粘结相(2)15％～50％，高碳化合物(3)5％～10％。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，第一粘结相(1)为钛、钛合金、锆、锆合金、钼、钼合金、铪、铪合金以及不锈钢中的一种或几种。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第二粘结相(2)为硅酸盐、硅藻土、硅氧化物及钛氧化物中的一种或几种。8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，高碳化合物(3)为丙烯酸树脂、硬脂酸、脂肪酸、淀粉、纤维中的一种或几种。9.根据权利要求1～4所述的制备方法，其特征在于，在步骤s102中，制备复合材料时，将第一粘结相(1)、第二粘结相(2)以及高碳化合物(3)分散研磨并混合均匀，再通过造粒制成粒径为100～450目的颗粒。10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，在步骤s103中，将复合材料的颗粒通过热喷涂、等离子喷涂、冷喷涂或激光熔覆加工至基体内表面。11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s102中，制备复合材料时，将第一粘结相(1)、第二粘结相(2)以及高碳化合物(3)构造为包芯结构；其中，第一粘结相(1)形成外皮，第二粘结相(2)和高碳化合物(3)通过分散研磨并造粒后填充至该外皮内。12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，在步骤s103中，将复合材料通过电弧喷涂、激光喷涂或等离子熔覆加工至基体内表面。13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤s105之后还存在步骤s106，使用植物油和/或硅油作用于基体的内表面，使植物油和/或硅油渗入空穴内。14.一种不粘锅具，其特征在于，由权利要求1～13任一项所述的制备方法制备而成。

技术总结
本发明公开了一种不粘锅具的制备方法及其制得的不粘锅具，涉及锅具领域，包括如下步骤：S101，选取锅具基体；S102,制备复合材料，该复合材料包括用于增加强度的第一粘结相、用于辅助增加强度的第二粘结相以及高碳化合物；S103，将复合材料加工至基体内表面形成复合材料层；S104，对基体进行加热使高碳化合物碳化以形成若干空穴和尖峰；S105，对复合材料层进行熔凝以钝化尖峰形成乳突结构。本发明中对复合金属层形成的尖峰进行熔凝强化，提高了复合金属层的强度，延长了制得的锅具的使用寿命。延长了制得的锅具的使用寿命。延长了制得的锅具的使用寿命。


技术研发人员：虞旭明
受保护的技术使用者：杭州焓知行科技有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/24