[发明专利]金属材料不粘层的涂覆方法及复合涂层材料

说明书

本发明是金属材料不粘层的涂复方法及用该方法制成的复合涂层材料。

一般的金属材料，在油污环境下使用，油污会附着于表面，极不容易清洗，影响清洁与美观。特别是食物容器及烹调器具（如炒菜锅），在长期使用之后，附着的油污会随同食品进入人体，有害人体健康，另外，随着油污的增厚，会降低容器的导热性能，造成能源的浪费。

因此，美国发明了用不粘油污的氟氯聚合物及硅聚合物涂覆容器的方法并制造了不粘油污的不粘锅等烹调器具。这些器具由于不粘油污，易于清洗，为人体带来方便，也有益于人体健康，可是，经过一般氟氯聚合物及硅聚合物涂料处理的材料与器具，虽可避免油污粘附，但在长期使用后，由于摩擦（例如炒菜的不粘锅被锅铲摩擦），物体表面的聚合物涂料覆盖层会剥落或形成划痕，不可避免地仍会造成油污粘附。

本发明的目的是改进氟氯聚合物和硅聚合物的涂覆方法，增加聚合物涂层的硬度及粘附力，以使在与其它物品长期摩擦后不会剥落，延长材料和器具的使用寿命，在用于烹调器具时，可避免油污沾污，保证人体健康。

本发明是在金属基体材料表面喷覆不粘涂层的方法，包括表面粗糙化和涂覆氟、硅聚合物不粘层的方法，本发明的特征是用热喷涂方法将金属或陶瓷材料喷涂在粗糙化的基体材料表面，然后涂覆氟氯聚合物和硅聚合物。

本发明的方法适用于任何金属基体材料。通常很难喷覆的基体材料，例如铝、不锈钢、铁、铜等，都可以用热喷涂方法涂覆金属或陶瓷材料涂层。一般家用烹调器具用的铝锅，也可用本发明的方法涂覆。

本发明的方法在热喷涂前，应先用喷砂或其它方法使基体金属表面粗糙化，其粗糙度为其峰、谷间的距离是5-20μm。

本发明的热喷涂方法可以使用火焰喷涂、电弧喷涂或等离子喷涂等。热喷涂的涂层金属可以是不锈钢、碳钢、铜、锌、镍、铬等金属和氧化铝、氧化锆陶瓷等。热喷涂的覆盖层面积占基体金属最大粗糙度时总表面积的50-85%。

较好的热喷涂涂层金属为铬含量超过普通不锈钢（铬含量为18%）的不锈钢合金，该不锈钢合金的铬含量在18-35%（重量百分比），最好达25-35%，镍的含量也超过普通不锈钢的8%，可以高达15%（重量百分比）。

金属基体材料在经过表面热喷涂金属或陶瓷涂层后，其硬度增加，然后，即可涂覆氟氯聚合物和硅聚合物。涂覆聚合物层时，用高压气体（4-6公斤/平方厘米）将分散在液体介质中的氟氯聚合物和硅聚合物喷涂于已热喷涂金属或陶瓷涂层的金属基体材料上。这种喷涂可进行多次。喷涂时，基体金属材料要适当加温，例如可加热到100-150℃烘干，在200-450℃烧结30分钟，经这样处理，可得到非粘附和耐蚀的涂层。

用上述方法制得的复合涂层材料，包括了金属基体材料和氟氯聚合物与硅聚合物涂层，其特征是在基体材料和不粘聚合物之间有一层热喷涂的金属或陶瓷材料，该金属或陶瓷材料可以是不锈钢、碳钢、铜、锌、镍、铬、氧化铝、氧化锆等。

用本发明的方法，可以得到硬度高达8H-9H的，不粘和耐蚀的复合材料，这种高硬度和不粘油污的复合材料具有光滑表面，可广泛用于制造食品容器和烹调器具，既延长了这些器具的使用寿命、方便清洗，又有效地保证了长期使用时的人体健康。

本发明的具体实施方案是：

将金属基体材料用喷砂方法粗糙化后处理，使表面粗糙化后的峰、谷间距为5-20μm，然后用电弧装置将热喷涂之金属或陶瓷线材送至电弧口，并通以30-40伏，100-300安培的直流电流，电弧的高温（可超过1600℃）将线材熔化，4-6公斤/平方厘米的高压气源将融熔的、横向尺寸在25-50μm的喷涂粒子喷附于基体材料表面。该融熔粒子在基体材料表面迅速冷却，形成一热喷涂涂层，涂层面积为基体材料粗糙化后总表面积的50-85%，该涂层的硬度视热喷涂材料而定，但总大于基体金属材料的硬度。接着，用高压气源（4-6公斤/平方厘米）将分散在液体介质中的氟氯聚合物和硅聚合物涂料喷附于已热喷涂了金属或陶瓷涂层并加热到100℃以上的金属基体材料上，形成一层干燥的氟氯聚合物和硅聚合物涂层，再将上述基体金属-热喷涂涂层-层聚合物涂层的复合材料升温至420℃，喷涂第二层氟氯聚合物和硅聚合物涂料。在420℃温度下，该第二层聚合物涂料被烧结成结晶态，使涂层有平滑表面，硬度也增强到8H-9H。氟氯聚合物和硅聚合物涂层可喷涂多次（例如，可多达5层）。

实施例1：金属基体材料为铝，热喷涂材料为碳钢，用本发明的方法制得铝-热喷涂的碳钢-氟氯聚合物和硅聚合物涂层的复合材料。