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EP0902105B1 - Revêtement multicouche antiadhérent à dureté améliorée pour support en aluminium, articles et ustensiles culinaires comportant ce revêtement - Google Patents

Revêtement multicouche antiadhérent à dureté améliorée pour support en aluminium, articles et ustensiles culinaires comportant ce revêtement Download PDF

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EP0902105B1
EP0902105B1 EP98402174A EP98402174A EP0902105B1 EP 0902105 B1 EP0902105 B1 EP 0902105B1 EP 98402174 A EP98402174 A EP 98402174A EP 98402174 A EP98402174 A EP 98402174A EP 0902105 B1 EP0902105 B1 EP 0902105B1
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EP
European Patent Office
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layer
aluminium
coating
support
polytetrafluoroethylene
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EP98402174A
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English (en)
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EP0902105A1 (fr
Inventor
Claudine Gardaz
Jean-Pierre Résidence le Lac Buffard
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SEB SA
Original Assignee
SEB SA
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Publication date
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    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
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    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
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    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/04—Anodisation of aluminium or alloys based thereon
    • C25D11/18—After-treatment, e.g. pore-sealing

Definitions

  • the present invention relates to a coating non-stick multilayer with improved hardness for support made of aluminum or aluminum alloy.
  • the invention also relates to articles of aluminum or aluminum alloy and in particular cooking utensils with a coating according to the invention.
  • Coatings based on polytetrafluoroethylene (PTFE) applied to the interior surface and / or aluminum cooking utensils have the disadvantage of being sensitive to scratches and wear.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the purpose of the present invention is to achieve non-stick coating for aluminum support with improved resistance to scratching and wear.
  • the multilayer coating non-stick with improved hardness for support in aluminum is characterized in that it comprises the following layers: a first hard layer based alumina, consisting of a layer of ⁇ alumina and ⁇ alumina covered with a surface layer of mullite, the layer of ⁇ alumina and ⁇ alumina having a hardness greater than 1500 vickers, this first hard layer being produced by anodic oxidation of the aluminum support immersed in an alkaline solution, by applying micro arcs to this support using high current and potential difference, the mullite layer which can be removed in whole or in part by polishing, a second layer based on polytetrafluoroethylene and constituent chemical agents a primer for one or more layers finish based on polytetrafluoroethylene.
  • a first hard layer based alumina consisting of a layer of ⁇ alumina and ⁇ alumina covered with a surface layer of mullite, the layer of ⁇ alumina and ⁇ alumina having a hardness greater than
  • the invention also relates to a method applying a non-stick multilayer coating having hardness and resistance to scratches and improved wear formed on an aluminum support.
  • This layer is composed of ⁇ alumina and ⁇ alumina covered with a surface layer of porous mullite (silico-alumina).
  • This hard layer has the particularity to be much harder and to have resistance to significantly higher wear than the layers alumina obtained by conventional anodization or thermal plasma spraying.
  • Figure 1 shows a container 1 containing an alkaline solution 2 in which an anode is immersed 3 and a cathode 4.
  • Anode 3 is an aluminum support which wants to oxidize the surface.
  • Anode 3 and cathode 4 are connected to a generator 5 allowing to apply between this anode 3 and this cathode, a high potential difference, for example between 500 and 1000 volts.
  • the generator 5 also makes it possible to generate short and high intensity pulses, way of forming micro electric arcs likely oxidize the surface of the aluminum support 3.
  • This oxidation forms on the surface of the support a hard layer of alumina 6 (see Figure 2).
  • Layer 6 is mainly composed of ⁇ alumina and of a few percentages of ⁇ alumina.
  • mullite 7 (silico-alumina) which is porous.
  • the thickness of the hard layer of alumina 6 can vary between 5 and 100 microns.
  • This layer of alumina has a hardness and much higher wear resistance than those of coatings obtained by conventional anodization or thermal plasma spraying.
  • the hardness of this layer is greater than 1500 vickers while that of the conventional ceramic layers obtained by anodization is at most equal to 450 vickers.
  • a second layer 8 to based on polytetrafluoroethylene and chemical agents to constitute a primer, then one or more two layers 9, 10 of finishing based on polytetrafluoroethylene.
  • Layers 8, 9, 10 can have a total thickness between 5 and 50 microns.
  • compositions of the different layers 8, 9, 10 are given below, by way of examples, in the case of a non-stick coating for cooking utensils.
  • components Layer 8% by weight Layer 9% by weight Layer 10% by weight Silica Sol precipitated with 30% dry extract in aqueous solution SNOWTEX C.30 10 - 30 0 0
  • Mineral pigments Iron oxide or carbon black 0 to 5 0 to 0.5 0
  • Emulsion of spreading agents at 15% dry extract comprising approximately 5 - 10% of acrylic copolymers 0 to 15 10 - 20 10 - 20 Polyamide-imide resin in 12% aqueous solution of dry extract 0 - 40 0
  • This invention is particularly intended for nonstick coating of cookware but also applies to any item you want create a sliding surface (for example a iron soleplate) having excellent hardness and wear resistant.

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Description

La présente invention concerne un revêtement multicouche antiadhérent à dureté améliorée pour support en aluminium ou alliage d'aluminium.
L'invention vise également les articles en aluminium ou en alliage d'aluminium et en particulier les ustensiles culinaires comportant un revêtement conforme à l'invention.
Les revêtements à base de polytétrafluoréthylène (PTFE) appliqués sur la surface intérieure et / ou extérieure des ustensiles culinaires en aluminium présentent l'inconvénient d'être sensibles aux rayures et à l'usure.
Pour remédier à cet inconvénient, il a été proposé d'appliquer le revêtement à base de PTFE sur une sous-couche dure obtenue par exemple par anodisation du support en aluminium ou pulvérisation par plasma thermique.
Cependant, ces solutions n'ont pas permis d'obtenir des résultats satisfaisants.
Le but de la présente invention est de réaliser un revêtement antiadhérent pour support en aluminium présentant une résistance améliorée aux rayures et à l'usure.
Suivant l'invention, le revêtement multicouche antiadhérent à dureté améliorée pour support en aluminium est caractérisé en ce qu'il comprend les couches suivantes: une première couche dure à base d'alumine, constituée d'une couche d'alumine α et d'alumine γ recouverte d'une couche superficielle de mullite, la couche d'alumine α et d'alumine γ présentant une dureté supérieure à 1500 vickers, cette première couche dure étant réalisée par oxydation anodique du support en aluminium plongé dans une solution alcaline, en appliquant sur ce support des micro arcs au moyen d'un courant et d'une différence de potentiel élevés, la couche de mullite pouvant être ôtée en tout ou partie par polissage, une deuxième couche à base de polytétrafluoréthylène et d'agents chimiques constituant un primaire d'accrochage pour une ou plusieurs couches de finition à base de polytétrafluoréthylène.
L'invention concerne également un procédé d'application d'un revêtement multicouche antiadhérent présentant une dureté et une résistance aux rayures et à l'usure améliorées formé sur un support en aluminium.
Suivant l'invention, ce procédé comprend les étapes suivantes :
  • la formation, sur la surface du support, d'une une première couche dure à base d'alumine, constituée d'une couche d'alumine α et d'alumine γ recouverte d'une couche superficielle de mullite, cette première couche dure étant obtenue par oxydation anodique du support en aluminium plongé dans une solution alcaline, en appliquant sur ce support des micro arcs au moyen d'un courant et d'une différence de potentiel élevés, puis
  • l'application d'une deuxième couche à base de polytétrafluoréthylène et d'agents chimiques constituant un primaire d'accrochage, puis
  • l'application d'une ou plusieurs couches de finition à base de polytétrafluoréthylène et enfin,
  • le frittage du revêtement ainsi obtenu.
Le procédé pour obtenir la première couche dure à base d'alumine a été décrit par exemple par FEDOROV et autres, dans l'article publié en 1983 dans la revue russe Physique et Chimie du traitement des matériaux, intitulé "Composition et structure de la couche superficielle renforcée d'alliages d'aluminium, obtenues par oxydation par micro arc", et par MARKOV, certificats d'auteur n°1200591 publié en 89 « Procédé d'application des revêtements sur métaux et alliages » et n°1713990 publié en 92 «Procédé d'anodisation micro-arc des métaux et alliages».
Cette couche est composée d'alumine α et d'alumine γ recouverte d'une couche superficielle de mullite (silico-alumine) poreuse.
Cette couche dure présente la particularité d'être beaucoup plus dure et d'avoir une résistance à l'usure nettement plus élevée que celle des couches d'alumine obtenues par anodisation classique ou pulvérisation par plasma thermique.
Il a été constaté par la Demanderesse que les couches de primaire d'accrochage et de finition à base de PTFE, appliquées sur la couche dure à base d'alumine présentaient une excellente adhérence sur cette dernière et conféraient au revêtement antiadhérent à base de PTFE, une excellente résistance à l'usure et aux rayures.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaítront encore dans la description ci-après.
Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs:
  • la figure 1 est un schéma de l'installation permettant de réaliser une couche d'alumine dure sur un support en aluminium;
  • la figure 2 est une vue en coupe du revêtement dur antiadhérent selon l'invention.
On va tout d'abord décrire le procédé permettant d'appliquer sur un support en aluminium, par exemple un ustensile culinaire.
La figure 1 représente un récipient 1 renfermant une solution alcaline 2 dans laquelle plongent une anode 3 et une cathode 4.
L'anode 3 est un support en aluminium dont on veut oxyder la surface.
L'anode 3 et la cathode 4 sont reliées à un générateur 5 permettant d'appliquer entre cette anode 3 et cette cathode, une différence de potentiel élevée, par exemple comprise entre 500 et 1000 volts.
Le générateur 5 permet également de générer des impulsions de courte durée et d'intensité élevée, de façon à former des micro arcs électriques susceptibles d'oxyder la surface du support en aluminium 3.
Cette oxydation forme sur la surface du support une couche dure d'alumine 6 (voir figure 2).
La couche 6 est composée principalement d'alumine α et de quelques pourcentages d'alumine γ.
Elle est recouverte par une couche superficielle de mullite 7 (silico-alumine) qui est poreuse.
Suivant la durée de l'application des micro arcs, l'épaisseur de la couche dure d'alumine 6 peut varier entre 5 et 100 microns.
Cette couche d'alumine présente une dureté et une résistance à l'usure beaucoup plus élevées que celles des revêtements obtenus par anodisation classique ou pulvérisation par plasma thermique. La dureté de cette couche est supérieure à 1500 vickers alors que celle des couches de céramique classiques obtenues par anodisation est au maximum égale à 450 vickers.
Sur la couche dure 6, 7 ainsi obtenue, on applique, selon l'invention: une deuxième couche 8 à base de polytétrafluoréthylène et d'agents chimiques pour constituer un primaire d'accrochage, puis, une ou deux couches 9, 10 de finition à base de polytétrafluoréthylène.
Les couches 8, 9, 10 peuvent présenter une épaisseur totale comprise entre 5 et 50 microns.
On donne ci-après, à titre d'exemples, les compositions des différentes couches 8, 9, 10, dans le cas d'un revêtement antiadhérent pour ustensiles culinaires.
Composants Couche 8 % en poids Couche 9 % en poids Couche 10 % en poids
Sol de Silice précipité à 30% d'extrait sec en solution aqueuse SNOWTEX C.30 10 - 30 0 0
Polytétrafluoroéthylène à 60% d'extrait sec dispersion aqueuse 20 - 50 80 - 90 80 - 90
Perfluoroalcoxy à 50% extrait sec dispersion aqueuse (PFA 6900 HOECHST) 0 - 20 0 0
Paillettes de mica recouvertes dioxyde de Titane 0 0 à 3 0 à 3
Pigments minéraux Oxyde de fer ou noir de carbone 0 à 5 0 à 0,5 0
Emulsion d'agents d'étalement à 15% extrait sec comportant environ 5 - 10% de copolymères acryliques 0 à 15 10 - 20 10 - 20
Résine polyamide-imide en solution aqueuse à 12% d'extrait sec 0 - 40 0 0
Après application des couches 8, 9, 10, on fritte le revêtement obtenu à 400 - 420°C pendant 3 à 10 minutes.
On constate que les couches 8, 9, 10 à base de PTFE adhèrent très bien sur la couche dure 6, 7 à base d'alumine. Ce résultat s'explique par la porosité de la couche 6, 7 d'alumine. De ce fait, des particules de PTFE de la couche primaire 8 peuvent pénétrer dans les pores de la couche de mullite 7 en assurant ainsi un excellent accrochage de la couche 8.
On peut encore, avant d'appliquer le revêtement PTFE, polir la surface pour ôter tout ou partie de la mullite et obtenir ainsi une surface plus lisse.
On peut aussi sur la surface de la couche dure polie comme ci-dessus, ou non, comme précédemment, appliquer le revêtement de PTFE et le polir après frittage.
Dans tous les cas on parvient au même résultat: un revêtement extrêmement résistant aux rayures et ayant les caractéristiques anti-adhésives d'un revêtement Polytétrafluoroéthylène classique, car le PTFE vient se loger dans les porosités présentes dans toute l'épaisseur de la couche d'Al2O3 et de mullite.
Cette invention est destinée particulièrement au revêtement antiadhésif des articles culinaires, mais s'applique également à tout article sur lequel on veut réaliser une surface de glissement (par exemple une semelle de fer à repasser) ayant une excellente dureté et résistant à l'usure.

Claims (8)

  1. Revêtement multicouche antiadhérent présentant une dureté et une résistance aux rayures et à l'usure améliorées formé sur un support en aluminium (3), caractérisé en ce qu'il comprend les couches suivantes: une première couche dure (6, 7) à base d'alumine, constituée d'une couche (6) d'alumine α et d'alumine γ recouverte d'une couche superficielle (7) de mullite, la couche (6) d'alumine α et d'alumine γ présentant une dureté supérieure à 1500 vickers, cette première couche dure (6, 7) étant réalisée par oxydation anodique du support en aluminium (3) plongé dans une solution alcaline (2), en appliquant sur ce support des micro arcs au moyen d'un courant et d'une différence de potentiel élevés, la couche (7) de mullite pouvant être ôtée en tout ou partie par polissage, une deuxième couche (8) à base de polytétrafluoréthylène et d'agents chimiques constituant un primaire d'accrochage pour une ou plusieurs couches (9, 10) de finition à base de polytétrafluoréthylène.
  2. Revêtement conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la couche dure (6) a une épaisseur comprise entre 5 et 100 microns.
  3. Revêtement conforme à la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la deuxième couche de primaire d'accrochage (8) et la ou les couches de finition (9, 10) à base de polytétrafluoréthylène présentent une épaisseur comprise entre 5 et 50 microns.
  4. Article en aluminium ou en alliage d'aluminium comportant un revêtement conforme à l'une des revendications 1 à 3.
  5. Ustensile culinaire en aluminium ou alliage d'aluminium comportant un revêtement conforme à l'une des revendications 1 à 3.
  6. Procédé d'application d'un revêtement multicouche antiadhérent présentant une dureté et une résistance aux rayures et à l'usure améliorées formé sur un support en aluminium, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
    la formation, sur la surface du support, d'une première couche dure (6, 7) à base d'alumine, constituée d'une couche (6) d'alumine α et d'alumine γ recouverte d'une couche superficielle (7) de mullite, cette première couche dure (6, 7) étant obtenue par oxydation anodique du support en aluminium (3) plongé dans une solution alcaline (2), en appliquant sur ce support des micro arcs au moyen d'un courant et d'une différence de potentiel élevés, puis
    l'application d'une deuxième couche (8) à base de polytétrafluoréthylène et d'agents chimiques constituant un primaire d'accrochage, puis
    l'application d'une ou plusieurs couches (9, 10) de finition à base de polytétrafluoréthylène et enfin,
    le frittage du revêtement ainsi obtenu.
  7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une étape de polissage préalable à l'application des couches (8, 9, 10) de PTFE, pour ôter tout ou partie de la couche superficielle de mullite (7).
  8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend également une étape de polissage après l'étape de frittage.
EP98402174A 1997-09-10 1998-09-02 Revêtement multicouche antiadhérent à dureté améliorée pour support en aluminium, articles et ustensiles culinaires comportant ce revêtement Expired - Lifetime EP0902105B1 (fr)

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