CN111139423A - 涂层及其制备方法、锅具以及烹饪器具 - Google Patents

Abstract

本发明提供了涂层及其制备方法、锅具以及烹饪器具。其中，所述涂层中含有具有n面体结构的晶粒，所述具有n面体结构的晶粒使得所述涂层具备不粘性能；其中，n为大于8的正整数。发明人发现，上述具有n面体结构的晶粒无法排满整个空间，使得涂层中存在微纳米级的空隙，从而形成天然的超疏水结构，使得涂层具备优异的不粘性能。

Description

涂层及其制备方法、锅具以及烹饪器具

技术领域

本发明涉及烹饪设备技术领域，具体的，涉及涂层及其制备方法、锅具以及烹饪器具。

背景技术

目前，为了满足烹饪的需求，通常在烹饪器具内设置不粘涂层，最常用的不粘涂层有机氟树脂涂层和陶瓷涂层；或者将烹饪器具的内表面进行特殊处理形成一层涂层以达到不粘效果。但这些涂层本身存在一些缺点，导致目前的涂层仍不能满足消费者的需求。

因而，目前的涂层仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种不粘性能较佳、使用寿命较长或者几乎不损害人体健康的涂层。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种涂层。根据本发明的实施例，所述涂层中含有具有n面体结构的晶粒，所述具有n面体结构的晶粒使得所述涂层具备不粘性能；其中，n为大于8的正整数。发明人发现，上述具有n面体结构的晶粒无法排满整个空间，使得涂层中存在微纳米级的空隙，从而形成天然的超疏水结构，使得涂层具备优异的不粘性能；且涂层的硬度较大，耐磨、耐刮擦，耐腐蚀，使用寿命较长，耐高温，在高温下不会释放有毒物质，几乎不会损坏人体健康，对环境比较友好，安全性较高。

根据本发明的实施例，n为12、20、30或32。

根据本发明的实施例，所述涂层的表面具有凹凸结构。

根据本发明的实施例，所述具有n面体结构的晶粒具有五次旋转对称或者十次旋转对称特征。

根据本发明的实施例，基于所述涂层的总质量，所述具有n面体结构的晶粒的含量为20-90wt％。

根据本发明的实施例，基于所述涂层的总质量，所述具有n面体结构的晶粒的含量为60-80wt％。

根据本发明的实施例，形成所述涂层的材料包括Al、Fe、Cu、Cr、Ti、Ni以及Zr中的至少两种。

根据本发明的实施例，形成所述涂层的材料为Al-Cu-Fe合金、Al-Cu-Fe-Cr合金、Ti-Fe合金或者Ti-Ni-Zr合金。

根据本发明的实施例，所述涂层是由原子比为Al：Cu：Fe：Cr＝(60-85)：(5-35)：(5-25)：(5-15)的所述Al-Cu-Fe-Cr合金制备得到的。

根据本发明的实施例，所述涂层中还含有氟树脂、陶瓷聚醚醚酮和可溶性聚四氟乙烯中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述涂层的厚度为10-500微米。

根据本发明的实施例，所述涂层满足以下条件的至少之一：所述涂层的外表面粗糙度小于2微米；所述涂层的孔隙率为0.1％～20％；所述涂层的导热率为0.1～3W/mK。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备前面所述的涂层的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将合金颗粒进行喷涂处理，得到涂层材料膜；对所述涂层材料膜进行退火处理，得到所述涂层。发明人发现，上述制备涂层的方法操作简单、方便，易于实现，且可以获得具备前面所述的所有特征和优点的涂层。

根据本发明的实施例，合金颗粒是通过以下方法制备得到的：将形成所述涂层的材料熔炼成合金锭；将所述合金锭进行制粉处理，以便得到合金粉末；将所述合金粉末进行球化处理，以便得到合金颗粒。

根据本发明的实施例，所述合金颗粒的粒径小于150微米。

根据本发明的实施例，在所述退火处理之后，还包括对所述涂层进行抛光处理的步骤。

根据本发明的实施例，所述喷涂的方法为等离子喷涂，所述等离子喷涂的功率为30～40KW，主气流量为50～60L/min，辅助气流量为20～30L/min，送粉量为15～20g/min。

根据本发明的实施例，所述退火处理满足以下条件：升温速率为5～100℃/min，保温温度为600～800℃，保温时间为0.5～10小时，降温速率为5～100℃/min，降温至200～300℃，随炉冷却到室温。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种锅具。根据本发明的实施例，该锅具包括：本体；前面所述的涂层，所述涂层设置在所述本体的内表面上。由此，利用该锅具在烹饪食物时，食物不会粘锅，提高食物的口感和美观。

根据本发明的实施例，形成所述本体的材料包括铁、不锈钢、铝、碳钢、铜和陶瓷中的至少一种。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种烹饪器具。根据本发明的实施例，该烹饪器具包括前面所述的锅具。由此，利用该烹饪器具在烹饪食物时，食物不会粘锅，提高食物的口感和美观。

附图说明

图1是本发明一个实施例中制备涂层的方法流程示意图。

图2是本发明一个实施例中制备合金颗粒的方法流程示意图。

图3是本发明一个实施例中的合金粉末的X射线衍射谱图(XRD)。

图4是本发明一个实施例中的合金粉末的扫描电镜图(SEM)。

图5是本发明一个实施例中的涂层的扫描电镜图(SEM)。

图6是本发明另一个实施例中制备涂层的方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

本发明是基于发明人的以下认识和发现而完成的：

目前，为了使锅具达到不粘效果，常用的方法包括在锅具内设置有机氟树脂涂层和陶瓷涂层，或者在对锅具进行特殊处理形成不粘涂层。但这些涂层仍存在缺点，使得其不粘性仍不理想。例如有机氟树脂涂层的硬度较低，耐磨、耐刮擦性较差，另外在锅具内温度大于260℃时有机氟树脂会分解产生对人体有害的全氟辛酸(PFOA)等物质，且长期煮酸性食物时容易出现腐蚀脱落现象；陶瓷涂层主要靠表面一层硅油达到不粘的效果，故耐候性较差，长期使用不粘性下降，且施工时会对环境造成污染。有机氟树脂涂层和陶瓷涂层与金属基体之间存在本征热膨胀系数间的不匹配，长期使用过程中极易脱落。由于涂层脱落存在随机性和不确定性，且混入食物后不易被发现，被人体摄入有损健康。针对上述技术问题，发明人进行了深入的研究，研究后发现，涂层中含有具有n(n为大于8的正整数)面体结构的晶粒的时，其无法排满整个空间，因此，涂层中会存在微米级孔隙以形成天然的超疏水结构；进而含有上述具有n面体结构的晶粒的涂层的不粘效果可以有效满足消费者的消费体验，且涂层中不含有机物，几乎不会对人体健康造成影响。

有鉴于此，在本发明的一个方面，本发明提供了一种涂层。根据本发明的实施例，所述涂层中包括具有n面体结构的晶粒，所述具有n面体结构的晶粒使得所述涂层具备不粘性能；其中，n为大于8的正整数(例如9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、22、24、26、28、30、32等)。发明人发现，上述具有n面体结构的晶粒无法排满整个空间，使得涂层中存在微纳米级的空隙，从而形成天然的超疏水结构，使得涂层具备优异的不粘性能；且涂层的硬度较大，耐磨、耐刮擦，耐腐蚀，使用寿命较长，耐高温，在高温下不会释放有毒物质，几乎不会损坏人体健康，对环境比较友好，安全性较高；对于包括具有n面体结构的晶粒的涂层而言，由于n为大于8的正整数，晶粒更为圆滑，从而能够分散应力，裂纹容易扩散，防止裂纹沿固定方向形成，减少应力集中，防止涂层开裂，有效延长涂层的使用寿命，提高涂层的使用性能。当n为小于等于8的正整数时，具有n面体结构的晶粒则可以排满整个空间，此时晶粒之间无孔隙存在，使得涂层的不粘效果不理想。

在本发明的一些优选实施例中，n为12、20、30或32。由此，涂层中具备更加致密的结构，微纳米级的孔隙大小更合适，形成超疏水结构的效果更佳，涂层的不粘性能更佳，进而更能满足消费者的消费体验。

根据本发明的实施例，所述具有n面体结构的晶粒具有五次旋转对称或者十次旋转对称特征。由此，具有n面体结构的晶粒具备上述特殊的准周期排列的特征，无法排满整个空间，利用上述具有n面体结构的晶粒形成的涂层表面具备微米级或者微纳米级的凹凸结构，该结构可以起到极佳的疏水作用，不粘效果较佳。根据本发明的实施例，所述涂层的表面具有凹凸结构。由此，使得涂层的不粘效果优异。

根据本发明的实施例，上述具有n面体结构的晶粒可以具备以下特征：具有n面体结构的晶粒的最外层电子没有重构现象，具有n面体结构的晶粒以伪能隙的电子结构一直保持到外表面，因此，上述具有n面体结构的晶粒具有金属体系中最低的表面能，使得水或者其他物质不易粘附在具有n面体结构的晶粒表面，该性质使得含有上述具有n面体结构的晶粒的涂层具备较佳的不粘性能。根据本发明的实施例，上述具有n面体结构的晶粒可以具有费米能级电子局域化的特性，以使得其抗腐蚀性能较强。

根据本发明的实施例，基于所述涂层的总质量，所述具有n面体结构的晶粒的含量为20-90wt％，例如涂层中具有n面体结构的晶粒的含量可以为20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％、50wt％、55wt％、60wt％、65wt％、70wt％、75wt％、80wt％、85wt％、90wt％等。由此，该涂层的不粘性能较佳，使用寿命较长，耐高温，在高温下不会释放有毒物质，几乎不会损坏人体健康，对环境比较友好，安全性较高。当具有n面体结构的晶粒的含量过低时，涂层的不沾性能较低，硬度较差，使用性能不佳；当具有n面体结构的晶粒的含量过高时，涂层易开裂，使用性能不佳。在本发明的一些优选实施例中，基于所述涂层的总质量，所述涂层中具有n面体结构的晶粒的含量为60-80wt％，由此，涂层的不粘性能更佳，使用寿命更长。

根据本发明的实施例，形成所述涂层的材料包括Al、Fe、Cu、Cr、Ti、Ni以及Zr中的至少两种。由此，上述材料可以在涂层中形成上述具有n面体结构的晶粒，使得涂层的不粘性较佳，且由上述材料形成的涂层的硬度较高，耐磨、耐刮擦性较佳，涂层与基体之间的结合力为冶金结合力，该结合力远高于范德华力，即使在没有特殊养护的情况下，涂层也可以具有很长的使用寿命，且上述材料对人体健康几乎没有影响，安全性较高，对环境也比较友好。在本发明的一些实施例中，形成所述涂层的材料为Al-Cu-Fe合金、Al-Cu-Fe-Cr合金、Ti-Fe合金或者Ti-Ni-Zr合金。由此，上述合金更易形成上述具有n面体结构的晶粒，使得涂层的不粘性更佳，硬度更高，耐磨、耐刮擦性更佳，使用寿命更长。在本发明的一些具体实施例中，所述涂层是由原子比为Al：Cu：Fe：Cr＝(60-85)：(5-35)：(5-25)：(5-15)的所述Al-Cu-Fe-Cr合金制备得到的，例如Al：Cu：Fe：Cr的原子百分数的比值可以为(60/62/64/66/68/70/72/74/76/78/80/82/84/85)：(5/7/9/11/13/15/17/19/21/23/25/27/29/31/33/35)：(5/7/9/11/13/15/17/19/21/23/25)：(5/7/9/11/13/15)等。由此，Al、Cu、Fe、Cr在上述原子比范围内可以形成含量较为合适的具有n面体结构的晶粒，进而使得涂层的使用性能更佳。当Al、Cu、Fe、Cr中任意一种元素的原子比不在上述范围内，具有n面体结构的晶粒的含量相对较低或较高，使得涂层的不沾性能、硬度、耐腐蚀性相对较低，或者易开裂。

在本发明的一些实施例中，涂层中除了含有上述具有n面体结构的晶粒，还可以含有常规形成不粘涂层的材料，例如所述涂层中还可以含有氟树脂(例如特氟龙等)、陶瓷、聚醚醚酮和可溶性聚四氟乙烯中的至少一种。由此，由于n>8，会增加含有上述具有n面体结构的晶粒的涂层的脆性，涂层易开裂，当涂层中进一步含有氟树脂、陶瓷、聚醚醚酮和可溶性聚四氟乙烯中的至少之一的材料时，可以弥补该涂层的脆性，且由于n>8时，该晶粒结构更加圆润，可以增加上述材料的流动性，从而使上述材料容易与晶粒掺杂，从而能够提高涂层的均匀性，进一步提高不粘性能。根据本发明的实施例，当涂层中同时含有氟树脂、陶瓷、聚醚醚酮和可溶性聚四氟乙烯中的至少之一和具有n面体结构的晶粒时，形成涂层的方法可以为将形成涂层的材料与氟树脂、陶瓷聚醚醚酮和可溶性聚四氟乙烯中的至少之一混合之后进行喷涂，操作简单、方便，易于实现。

根据本发明的实施例，所述涂层的厚度为10-500微米，例如涂层的厚度可以为10微米、30微米、50微米、70微米、90微米、100微米、120微米、140微米、160微米、180微米、200微米、220微米、240微米、260微米、280微米、300微米、320微米、340微米、360微米、380微米、400微米、420微米、440微米、460微米、480微米、500微米等。由此，涂层的使用寿命较长。当涂层的厚度过厚时，成本较高，且会使涂层外表面结构疏松、凹凸结构中的凸起部之间的间隙增加，涂层硬度、耐磨性和不粘性相对较低，且涂层与基体的结合较弱；当涂层的厚度过薄时，涂层的耐磨性能相对较差，使用性能相对不佳，且涂层热导率相对较高，不能有效起到均热作用，局部过热现象发生率相对较高，使用寿命相对较短。

根据本发明的实施例，为了使得涂层的不粘性能以及耐摩擦性能更佳，所述涂层的表面粗糙度小于2微米，例如表面粗糙度可以为0.1微米、0.3微米、0.5微米、0.7微米、0.9微米、1微米、1.1微米、1.3微米、1.5微米、1.7微米、1.9微米、2微米等。由此，涂层的表面较为光滑，摩擦系数较低，耐刮擦性能更佳，且不粘性能也较佳。当涂层的表面粗糙度过大时，涂层的不粘性能相对较低，表面摩擦系数较大，耐刮擦性能相对不佳，同时粗糙度过大会引发表面的毛细作用，水滴会在毛细作用下沿表面铺展开，极大降低涂层的疏水性。

根据本发明的实施例，涂层的孔隙率为0.1％-20％，例如孔隙率可以为0.1％、0.5％、1％、3％、5％、7％、9％、11％、13％、15％、17％、19％、20％等，由此，涂层的孔隙率较为合适，使得涂层具备较为合适的热导率，具体的，涂层的热导率为0.1-3W/mK，例如热导率可以为0.1W/mK、0.2W/mK、0.4W/mK、0.6W/mK、0.8W/mK、1.2W/mK、1.4W/mK、1.6W/mK、1.8W/mK、2W/mK、2.2W/mK、2.4W/mK、2.6W/mK、2.8W/mK、3W/mK等，使得涂层的导热速率较为合适，不会出现局部过热的现象，加热比较均匀，在长期使用过程中不会出现涂层由于局部过热而开裂的现象，使用性能较佳。当涂层中孔隙率过低时，集中应力过大，容易出现涂层裂纹，涂层的不粘性能、力学性能均不佳；当涂层中孔隙率过高时，涂层硬度和耐磨性会大幅下降，导致涂层的耐久性降低。

根据本发明的实施例，在制备过程或者使用过程中，涂层中不可避免的会掺入氧，基于涂层中元素的总数量，涂层中氧的含量为不超过10at％，优选地，所述涂层中的含氧量为4at％～7at％。，由于涂层中的氧含量较低，则增加了涂层中金属元素的含量，此时涂层与基体之间为冶金结合，能够增加涂层与基体之间的结合力；此外，若氧含量过高，则会增加氧与其他金属元素的结合，改变涂层中的晶相种类，进而涂层中不能生成具有n>8面体的晶粒结构，从而使涂层的不粘性能、耐腐蚀性以及硬度大幅度下降。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备前面所述的涂层的方法。根据本发明的实施例，参照图1，该方法包括：

S100：将合金颗粒进行喷涂处理，得到涂层材料膜。

根据本发明的实施例，参照图2，所述合金颗粒是通过以下方法制备得到的：

S110：将形成所述涂层的材料熔炼成合金锭。

根据本发明的实施例，形成涂层的材料与前面的描述一致，在此不再过多赘述。

S120：将合金锭进行制粉处理，以便得到合金粉末。

根据本发明的实施例，上述制粉处理包括雾化制粉，具体的，将所述合金锭在保护气氛下进行雾化制粉，得到合金粉末(合金粉末的表征结果可参照图3和图4)。

在本发明的一些实施例中，雾化制粉的操作可以包括：将上述合金锭在1000～1200℃(例如1020℃、1040℃、1060℃、1080℃、1100℃、1120℃、1140℃、1160℃、1180℃、1200℃等)内熔融为液体，之后以快速运动的流体(雾化介质)冲击或以其他方式将上述熔融液体破碎为细小液滴，继之冷凝为固体粉末。由此，工艺成熟，易操作，易于工业化生产。

S130：将所述合金粉末进行球化处理，以便得到所述合金颗粒。

根据本发明的实施例，球化处理的方式可以为气雾法、水雾法、等离子旋转法等，操作简单、方便，且有利于提高在后续步骤喷涂时合金颗粒的出粉率。

根据本发明的实施例，为了进一步提高喷涂时合金颗粒的出粉率，合金颗粒的粒径小于150微米，例如合金颗粒的粒径可以为10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、110微米、120微米、130微米、140微米、150微米等，具体的，可以在球化处理之后进行筛粉(比如利用50目～200目的筛网进行筛粉)得到粒径小于150微米的合金颗粒。由此，喷涂时合金颗粒的出粉率更佳。若合金颗粒的粒径过大，不仅不利于出粉，而且在喷涂时未完全熔融的合金颗粒过多，若将该未完全熔融的合金颗粒喷涂在基体表面上，则会导致涂层材料膜表面不平整，使得涂层的不粘效果相对较低，使用性能相对不佳。

根据本发明的实施例，上述喷涂处理的方式可以为热喷涂(例如等离子喷涂等)、冷喷涂等，操作简单、方便，易于实现，且可以高效的将形成涂层的材料喷涂在基体表面(例如包括但不限于锅具本体内表面、烹饪器具的内胆表面等)上，且形成涂层的材料与基体之间的结合力较强，尤其基体的材质为金属材质时，在喷涂时形成涂层的材料与金属基体之间为冶金结合，其结合力远高于范德华力，不易脱落。

在本发明的一些实施例中，采用等离子喷涂法对形成涂层的材料进行喷涂处理，所述等离子喷涂的功率为30～40KW，例如等离子喷涂的功率可以为30KW、32KW、34KW、36KW、38KW、40KW等，主气流量为50～60L/min，例如主汽流量可以为50L/min、52L/min、54L/min、56L/min、58L/min、60L/min等，辅助气流量为20～30L/min，例如辅助气流量可以为20L/min、22L/min、24L/min、26L/min、28L/min、30L/min等，送粉量为15～20g/min，例如送粉量可以为15g/min、16g/min、17g/min、18g/min、19g/min、20g/min等。由此，可以形成性能较佳的涂层材料膜，且涂层材料膜与基体之间的结合力较强，不易脱落。需要说明的是，由于在等离子喷涂过程中，铝(Al)会有部分烧蚀，所以Al在原料中的含量要高于在最终涂层中的含量。

根据本发明的实施例，为了提高涂层材料膜在基体上的附着力，在喷涂之前可进一步包括对基体表面进行清洁的步骤，清洁的具体方法没有限制要求，只要能将基体表面上的污渍、油渍或锈迹等清洁干净，达到喷涂的要求即可。在本发明的一些实施例中，可采用酒精、三氯乙烯或者纯水加超声波等方式对基体表面进行清洁并烘干，要求基体表面在喷涂前不能有锈迹等，如此，清洁后喷涂可以大大提高涂层材料膜在基体上的附着力。在本发明的一些实施例中，为了更进一步的提高涂层材料膜在基体上的附着力，延长涂层的使用寿命，在上述清洁步骤之后，可对基体表面做喷砂处理使基体表面粗化。根据本发明的实施例，形成上述基体的材料可以包括但不限于铝、不锈钢、碳钢和铁等，材料来源广泛，与涂层材料膜之间的结合力强，且易于成型。

S200：对所述涂层材料膜进行退火处理，得到所述涂层(涂层的表征结果可参照图5，图5中，1代表涂层，2代表基体)。

根据本发明的实施例，为了在保证涂层质量的基础上，获得所述具有n面体结构的晶粒含量较为合适的涂层，退火处理的温度为600℃～800℃，例如退火处理的温度可以为600℃、650℃、700℃、750℃或800℃等。如此，在该温度范围内退火，不仅可以将涂层中由于喷涂转化的非晶相在高温下重新转化为所述具有n面体结构的晶粒，而且使得涂层中的晶种长大成为所述具有n面体结构的晶粒，再者，也不会影响涂层的质量，且获得的涂层中具有n面体结构的晶粒含量较为合适，有利于提高涂层的使用性能。若退火处理的温度低于600℃，则涂层中具有n面体结构的晶粒含量相对较低，涂层的使用性能相对不佳；若退火处理的温度高于800℃，则涂层中具有n面体结构的晶粒含量过高脆性较大，且在退火过程中，过高的温度会使得涂层中具有过高的热应力，而这种过高的热应力会使得涂层开裂，使得涂层的使用性能相对不佳。

根据本发明的实施例，由于涂层中含有易氧化的金属元素(比如铝)，所以退火处理是在真空或保护气氛(比如氮气或氩气)下进行的。由此，在退火过程中可以保护铝等易氧化的金属元素不被氧化，进一步提高涂层中具有n面体结构的晶粒的含量。

根据本发明的实施例，为了得到使用性能最佳、具有n面体结构的晶粒含量较合适的涂层，退火处理的条件为：升温速率为5～100℃/min，例如升温速率可以为5℃/min、10℃/min、20℃/min、30℃/min、40℃/min、50℃/min、60℃/min、70℃/min、80℃/min、90℃/min或100℃/min等，保温时间为0.5～10小时，例如保温时间可以为0.5小时、1小时、3小时、5小时、7小时、9小时或10小时等，降温速率为5～100℃/min，例如降温速率可以为5℃/min、10℃/min、20℃/min、30℃/min、40℃/min、50℃/min、60℃/min、70℃/min、80℃/min、90℃/min或100℃/min等，降温至200～300℃，比如，200℃、230℃、250℃、270℃或300℃，之后随炉冷却到室温。由此，可以获得较为合适的具有n面体结构的晶粒含量，进而极大提高涂层的不粘性。若升温速率或降温速率过低，会延长工艺时长；若升温速率或降温速率过快，会影响涂层的质量，比如涂层开裂等；若保温时间太短，不能使得非晶相充分转化为具有n面体结构的晶粒，当然相比于涂层材料膜，涂层中具有n面体结构的晶粒的含量还是有所提高的；若保温时间太长，则极大增加了工艺成本。

根据本发明的实施例，参照图6，为了使得涂层表面较为光滑，在退火处理之后还包括：

S300：对涂层进行抛光处理的步骤。

根据本发明的实施例，抛光处理的方式可以为打磨或者切削等，操作简单、方便，且可以获得较为光滑的表面。

上述制备涂层的方法操作简单、方便，易于实现，可以获得具有n面体结构的晶粒含量较合适的涂层，且该涂层的不粘性能较佳，硬度较大，耐磨、耐刮擦，耐腐蚀，使用寿命较长，耐高温，在高温下不会释放有毒物质，几乎不会损坏人体健康，对环境比较友好，安全性较高。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种锅具。根据本发明的实施例，该锅具包括：本体；前面所述的涂层，所述涂层设置在所述本体的内表面上。由此，利用该锅具在烹饪食物时，食物不会粘锅，提高食物的口感和美观。

根据本发明的实施例，形成所述本体的材料包括铁、不锈钢、铝、碳钢、铜和陶瓷中的至少一种。由此，材料来源广泛，价格较低。

根据本发明的实施例，锅具选自炒锅、煎锅、炖锅、奶锅、内胆中的至少一种。由此，可以满足大部分烹饪需求。上述锅具除了包括前面所述的涂层之外，还可以包括常规锅具应该具备的结构，以炒锅为例进行说明，其还可以包括手柄等。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种烹饪器具。根据本发明的实施例，该烹饪器具包括前面所述的锅具。由此，利用该烹饪器具在烹饪食物时，食物不会粘锅，提高食物的口感和美观。

根据本发明的实施例，烹饪器具选自电饭煲、高压锅中的至少一种。其中，烹饪设备为电饭煲或高压锅时，涂层设置在电饭煲或高压锅的内胆表面。由此，可以满足大部分烹饪需求。上述烹饪器具除了包括前面所述的锅具之外，还可以包括常规烹饪器具应该具备的结构，以电饭煲为例进行说明，其还可以包括控制器等。

根据本发明的实施例，在一般的涂层中，由于涂层自身的缺点使得涂层的使用性能不佳。而在本申请中，采用含有具有n(n为大于8的正整数)面体结构的晶粒的涂层，其具有完全有序的结构，却不具有平移对称性，因此，上述具有n面体结构的晶粒不能排满整个空间，因此，涂层中会存在微纳米的孔隙以形成天然的超疏水结构，使得涂层具备优异的不粘性能，且具有n面体结构的晶粒具有高硬度、耐磨损、抗腐蚀和不粘性，进而使得含有上述具有n面体结构的晶粒的涂层的不粘性可以和Teflon涂层相媲美，硬度为不锈钢材料的2.5倍，可耐铁铲刮擦；由于n为大于8的正整数，具有n面体结构的晶粒更为圆滑，从而能够分散应力，裂纹容易扩散，防止裂纹沿固定方向形成，减少应力集中，防止涂层开裂。同时，具有n面体结构的晶粒与金属基体为冶金结合，其结合力远高于范德华力，故在没有特殊养护的情况下，也能具有很长的使用寿命。此外，本申请的涂层不含有机物、不使用油性涂料，耐高温，故具有更健康、更环保，更安全的特点。

下面描述本申请的实施例。

实施例

疏水角性能测试：测量涂层表面的疏水角，疏水角采用疏水角测试仪测量，其中疏水角越大，表示不粘性越好。

不粘性能测试方法：采用的煎蛋不粘性的测试方法，其测试方法和标准是根据国标GB/T32095-2015中的标准进行测试的。

涂层中具有n面体结构的晶粒的含量测试方法：将涂层进行X射线衍射测试，得到的X射线衍射谱中衍射峰的强度越强，具有n面体结构的晶粒含量越高，具有n面体结构的晶粒的含量采用衍射峰强和峰面积比例计算。

实施例1

制备涂层的步骤为：

1.按照原子个数比为Al：Cu：Fe：Cr＝(60-70)：(15-25)：(5-15)：(5-15)的比例将合金原料熔融为合金锭；

2.雾化制粉：在真空或者保护气氛环境下，采用制粉设备，制成合金粉末。

3.球化：将合金粉进行球化和网筛，得到粒径小于150微米的合金颗粒。

4.基体表面清洁：采用酒精、三氯乙烯或者纯水加超声波等方式对基体表面进行清洁并烘干，使基体表面在等离子喷涂前没有锈迹，随后做打砂处理使基体表面粗化。

5.等离子喷涂：采用等离子喷涂在上述基体表面喷涂合金颗粒以便形成涂层材料膜，喷涂功率为30～50KW，主气流量为50～60L/min，辅助气流量为20～30L/min，送粉量为15～20g/min。

6.退火：将涂层材料膜在氩气保护气氛中进行退火处理，退火温度为700℃，升温速率为20～30℃/min，保温时间为1～3小时，降温速率为10～20℃/min至300℃后，随炉冷却到室温，得到涂层。

7.抛光：将退火后的涂层抛光至表面粗糙度Ra＜2微米，得到表面较为光滑的涂层。

本实施例中的涂层中含有具有二十面体结构的晶粒相(I相)。

实施例2

本实施例中涂层的制备方法与实施例相同，不同之处在于按照原子个数比为Al：Cu：Fe：Cr＝(70-85)：(5-15)：(5-15)：(5-15)的比例将合金原料熔融为合金锭。

实施例3

本实施例中涂层的制备方法与实施例相同，不同之处在于按照原子个数比为Al：Cu：Fe：Cr＝(40-50)：(25-35)：(15-25)：(5-15)的比例将合金原料熔融为合金锭。

实施例4

本实施例中涂层的制备方法同实施例1，不同之处在于退火温度为1000℃。本实施例中的涂层中含有具有二十面体结构的晶粒相(I相)。

实施例5

本实施例中涂层的制备方法同实施例1，不同之处在于退火温度为500℃。本实施例中的涂层中含有具有二十面体结构的晶粒相(I相)。

对比例1

本对比例中涂层的制备方法同实施例1，不同之处在于按照原子个数比为Al：Cu：Fe：Cr＝(20-30)：(25-35)：(25-35)：(15-25)的比例将合金原料熔融为合金锭，本实施例中，涂层中具有n面体结构的晶粒含量小于20％。

对比例2

对比例中涂层的制备方法同实施例1，不同之处在于采用LY12-CZ铝合金原料熔融为合金锭，本对比例中，涂层中含有6面体晶粒，此时涂层中n面体晶粒(n>8)含量为0。

实施例1-5以及对比例1-2中涂层的性能测试数据参照表1：

表1

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (21)

1.一种涂层，其特征在于，所述涂层中包括具有n面体结构的晶粒，所述具有n面体结构的晶粒使得所述涂层具备不粘性能；

其中，n为大于8的正整数。

2.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，n为12、20、30或32。

3.根据权利要求1或者2所述的涂层，其特征在于，所述涂层的表面具有凹凸结构。

4.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述具有n面体结构的晶粒具有五次旋转对称或者十次旋转对称特征。

5.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，基于所述涂层的总质量，所述具有n面体结构的晶粒的含量为20-90wt％。

6.根据权利要求5所述的涂层，其特征在于，基于所述涂层的总质量，所述具有n面体结构的晶粒的含量为60-80wt％。

7.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，形成所述涂层的材料包括Al、Fe、Cu、Cr、Ti、Ni以及Zr中的至少两种。

8.根据权利要求7所述的涂层，其特征在于，形成所述涂层的材料为Al-Cu-Fe合金、Al-Cu-Fe-Cr合金、Ti-Fe合金或者Ti-Ni-Zr合金。

9.根据权利要求7所述的涂层，其特征在于，所述涂层是由原子比为Al：Cu：Fe：Cr＝(60-85)：(5-35)：(5-25)：(5-15)的所述Al-Cu-Fe-Cr合金制备得到的。

10.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述涂层中还含有氟树脂、陶瓷、聚醚醚酮和可溶性聚四氟乙烯中的至少一种。

11.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述涂层的厚度为10-500微米。

12.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述涂层满足以下条件的至少之一：

所述涂层的外表面粗糙度小于2微米；

所述涂层的孔隙率为0.1％～20％；

所述涂层的导热率为0.1～3W/mK。

13.一种制备权利要求1-12任一项所述的涂层的方法，其特征在于，包括：

将合金颗粒进行喷涂处理，得到涂层材料膜；

对所述涂层材料膜进行退火处理，得到所述涂层。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述合金颗粒是通过以下方法制备得到的：

将形成所述涂层的材料熔炼成合金锭；

将所述合金锭进行制粉处理，以便得到合金粉末；

将所述合金粉末进行球化处理，以便得到所述合金颗粒。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述合金颗粒的粒径小于150微米。

16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在所述退火处理之后，还包括对所述涂层进行抛光处理的步骤。

17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述喷涂的方法为等离子喷涂，所述等离子喷涂的功率为30～40KW，主气流量为50～60L/min，辅助气流量为20～30L/min，送粉量为15～20g/min。

18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述退火处理满足以下条件：

升温速率为5～100℃/min，保温温度为600～800℃，保温时间为0.5～10小时，降温速率为5～100℃/min，降温至200～300℃，随炉冷却到室温。

19.一种锅具，其特征在于，包括：

本体；

权利要求1-12任一项所述的涂层，所述涂层设置在所述本体的内表面上。

20.根据权利要求19所述的锅具，其特征在于，形成所述本体的材料包括铁、不锈钢、铝、碳钢、铜和陶瓷中的至少一种。

21.一种烹饪器具，其特征在于，包括：权利要求19-20任一项所述的锅具。

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