陶瓷基材上制备导磁金属涂层及其应用研究

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电磁技术的出现在很大程度上提高了人们的生活质量,而电磁炉的出现更是为我们提供了一种高效的能源利用技术,电磁加热技术与传统的加热技术相对比,效率更高,使用时更安全可靠。传统的加热方式存在多次热传递的过程,而电磁加热技术是对加热的容器直接加热,直接降低热交换的次数,不需要在介质中进行热量的交换,直接提高了加热效率。电磁加热的易操控特性是其它加热方式所不具备的,可以实现加热过程的多样性和多功能性。在小家电电饭煲领域中,基本上所有通过电磁加热控制加热程序的内胆,都是铁、430不锈钢等具有磁热功能的金属内胆,而一些非磁性材料,如陶瓷、玻璃等不具备磁热功能,不能通过电磁加热控制加热程序,只能用热盘或红外加热等加热方式,加热效率低,而且烹饪温度程序控制精准度较差。但是陶瓷、玻璃等材料是大家公认的一种健康环保的小家电理想材料,因此研究通过热喷涂技术实在现陶瓷、玻璃等基材上实现电磁加热功能具有重要的研究意义,可以提高人们的饮食安全,降低金属溶出物的摄入,为人们的健康饮食提供了有力保障。研究表明在非磁性材料上通过使用热喷涂技术在其表面制备一层功能涂层,可以使非磁性的材料具有与磁性材料相同的热磁效果,我们将该涂层称之为热磁涂层。采用电弧热喷涂制备工艺,以日用耐热陶瓷锅作为非磁性材料基材,在其外表面喷涂导磁金属涂层,最后在金属层外表面喷涂一层防护层。文中对金属层和陶瓷的结合强度、金属层的电参数性能、防护层与金属层的粘合性能以及防护性能进行测试表征,并对产品的实际应用性能进行综合评估,取得了以下实验结果:1、通过电弧喷涂、等离子喷涂在日用耐热陶瓷表面喷涂一层铝作为过渡层,再在其上面喷涂一层导磁金属(铁、430不锈钢),金属层与日用耐热陶瓷锅结合牢固,铝层与陶瓷之间的结合强度达20MPa,铁层与铝层之间的结合强度达30MPa,430不锈钢与铝层之间的结合强度达26MPa,经过450℃-20℃冷热冲击3次不裂,功率可达1500W;2、在金属外表面喷涂一层耐高温树脂涂料或陶瓷涂料,防止金属层生锈,金属层盐雾测试96小时无不良反应,内胆在干烧情况下,硅树脂防护层容易变色老化,陶瓷涂料防护层性能良好,其原因为硅树脂防护层耐温性能较差,不能承受较高的温度,陶瓷涂料耐温性能较好,能承受较高的温度而不破坏,但陶瓷涂料的成本较硅树脂的成本高。3、热喷涂处理后的陶瓷锅放入饭煲做整机老化测试,煮饭2000次(相当使用寿命5年)金属层不脱落、变色、气泡,外观良好,米饭效果香甜,实现了日用耐热陶瓷锅电磁加热功能,产品使用寿命长,米饭香甜。通过以上分析研究表明,最佳的制备工艺为通过电弧热喷涂技术在陶瓷锅外表面喷涂复合涂层,即在陶瓷基材上先喷涂铝层,再喷涂铁层,最后是防护层。各项性能指标和实际应用测试结果都表明热磁涂层技术是解决陶瓷等非磁性材料锅具加热的有效方法,达到了节能高效的目的。
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