通过物理气相沉积使柔软和多孔的材料涂覆有多层陶瓷涂层。涂覆材料适用于餐具，具体地，一种铜餐具制品，其包括普通铜基材、基底涂层和陶瓷涂层。基底涂层通过组合的溅射和阴极弧来沉积，从而提供对基材的良好耐腐蚀性和粘合力。陶瓷涂层包括PVD氮化物或碳氮化物层，从而提供无锈蚀表面、良好的耐久性和热稳定性。涂覆的铜餐具制品具有与纯铜一样的导热率，良好的耐腐蚀性、高的耐久性、优异的烹饪性能和易于清洁的性能。还记载了具有多层涂层的金属制品以及金属制品的制造方法。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】具有耐久和无锈蚀的多层陶瓷涂层的普通铜餐具和金属制 品以及制备方法 本申请是申请日为2010年3月25日，专利技术名称为"具有耐久和无锈蚀的多层陶瓷 涂层的普通铜餐具和金属制品以及制备方法"，申请号为201080015240. 9的专利技术专利申请 的分案申请。 本专利技术总体上涉及金属制品，并且更具体地涉及一种具有多层涂层的金属制品， 以及制备该金属制品的方法。在一个具体实施方案中，本专利技术整体上涉及一种具有抗粘性 和如纯铜那样良好热导率的普通铜（plaincopper)餐具制品，并且更具体地涉及一种具 有多层的、耐久、抗粘性的陶瓷涂层的普通铜餐具制品，以及该餐具制品的制备方法。 炊具可以采用多种基底（lase)材料来制备，包括铸铁、铝、包覆铝、不锈钢和包覆 不锈钢以及包覆铜。 时效处理的铸铁炊具具有坚固、耐磨的表面。然而，铸铁容易生锈并且必须小心地 对其清洁以防止炊具表面的损伤。另外，食物中的酸能导致铁从表面浸出，这在某些情况下 可导致健康问题。 铜炊具具有优异的热传导性能。然而它容易划伤，因为它比其它炊具材料例如铸 铁或不锈钢软得多。铜还容易氧化，这导致锈蚀（tarnishing)。可抛光铜以去除锈蚀，但这 需要大量的精力来保持表面光泽。另外，铜离子能够渗入食物中。 铝炊具具有优异的热传导性能。然而，铝也容易遭受离子的渗出。减少该问题的 一种途径是涂覆铝表面。阳极氧化的铝覆盖有氧化铝。氧化物层使得铝比未处理的铝硬得 多（未处理的铝与空气中的氧反应而具有氧化铝薄层）。然而，食物通常将会粘附到阳极氧 化的铝炊具上，除非在烹饪的时候使用油。另外，洗碗机对阳极氧化的铝炊具是不安全的， 因为它可因用典型的自动洗碗设备而变色或腐蚀。 铝也能够通过热喷涂进行处理来避免浸出。然而，该工艺产生了粗糙的表面，并且 食物通常将会粘附到表面上，除非对其进行处理。 不锈钢餐具被广泛使用。不锈钢因其强度和耐久性而闻名。不锈钢相对容易清洁， 并且它比铜更好的保持光泽。然而与时效处理的铸铁相比，食物更加容易粘附到不锈钢上。 过热、用盐水烹饪或者让锅"干烧"会导致表面变色。另外，尽管离子例如铁、铬、锰和镍的 浸出通常很低，但也可能成为不锈钢的顾虑。 另外，不锈钢是差的导热体。不锈钢在225°C的热导率只有19W/mK，而在相同温度 下铜为398W/mK，铝为250W/mK。因此，铜的热传导比不锈钢高约20倍。 不锈钢炊具的性能主要取决于锅的热传播有多好，进而减少或消除"热点"。为了 分散不锈钢炊具的热量，使用钎焊或冲击结合，铝或铜盘片可被添加到锅的底部（侧壁是 不锈钢）。尽管改善了热导率，但整个锅的热分布是不均匀的。此外，如果使用者长时间过 热的烹饪食物，或者锅煮沸变干，盘片可能与锅分离。 分散不锈钢炊具热量的另一种途径是使用包覆不锈钢作为炊具的基底材料。包 覆材料由不锈钢和铝或铜夹在一起形成。这种锅的热导在侧壁而不是仅仅在底部均匀的 提高。包覆不锈钢炊具加热迅速，但冷却也迅速，因为铜或铝芯是热或冷的良导体。例如， 如图1所示，包覆不锈钢锅5由总厚度为1. 87mm的5层材料构成，其具有内部304不锈钢 层（0. 336mm) 10、铝层（0. 140mm) 15、铜芯（0. 940mm) 20、铝层（0. 140mm) 25 和外部 430 不锈 钢层（0. 31mm) 30。具有总厚度为2. 71mm的3层材料的一个例子包括内部304不锈钢层 (0. 394mm)、铝芯（1. 930mm)和外部430不锈钢层（0. 386mm)。包覆不锈钢的导热率是约占 总厚度28-35%的导热率差的不锈钢层和导热率好的铝或铜的结合。 3层和5层不锈钢炊具和普通不锈钢炊具一样具有相同的缺点：炊具表面的变色 和刮伤。炊具在高温烹饪时容易被烧焦，并且清洁烧焦的内表面需要大量时间。另外，内部 不锈钢表面层在擦洗时可被去除。在许多高要求的餐馆里，5层煮锅只能使用约7-8个月， 因为铜芯变成暴露的了。 分散更多热的另一种途径是使用包覆铜作为炊具的基底材料。如图2所示，例如， 由总厚度为2. 2mm的包覆铜材料制成的锅40可具有内部304不锈钢层（0. 4mm)45、铝层 (0. 3mm) 50和外部铜层（1. 5mm) 55。在这种情况下，不锈钢层减少到总厚度的18%。包覆铜 炊具的所得导热率优于3层或5层包覆不锈钢炊具。然而，内部不锈钢表面与其它不锈钢 炊具一样具有相同的问题：变色/烧焦和刮伤。另外，外部的铜表面容易氧化。如上所述， 保持铜表面光泽度需要大量的努力。 表面处理以避免粘结是已知的。一种公知的炊具表面处理涉及全氟化碳聚合物的 使用。全氟化碳涂层提供不粘表面，但它们容易刮伤。尽管目前的全氟化碳涂层比它们的前 体坚硬，但还是相当容易被刮伤。当表面被刮伤或擦伤时，全氟化碳涂层的薄片可能进入烹 饪的食物中。该薄片不能被许多人接受，尽管已知全氟化碳薄片并不会引起健康风险。另 外，尽管全氟化碳聚合物在正常的烹饪温度是安全的，但在高温下它们会被破坏并释放有 毒气体。 另一种表面处理涉及陶瓷涂层的使用。美国专利5447803号记载了沉积钛层和氮 化钛层。氮化钛涂层具有高硬度和金色。氮化钛涂层可被氧化或氮化以稳定颜色，但是这 种氧化物或氮化物涂层是薄的并且能被刮伤，结果可能导致锅变色。 美国专利6197438号记载了使用氮化铬或氮化铝厚层（约2-50微米）作为底漆 层（primer)或顶覆层来实现耐刮擦和不粘的特性。可添加装饰性或功能性的顶覆层例如 氮化硅、氧化铝或者类金刚石碳。还公开了基于等离子热喷涂铝合金基材的陶瓷涂覆餐具。 美国专利6360423号记载了在炊具上沉积氮化锆涂层。为了获得抗粘涂层，在氮 化锆涂层沉积之前，表面必须抛光到高的表面平整度。尽管氮化锆涂层不需要氧化或氮化 以稳定颜色，但氮化错因过热或含盐（salty-based)的食物可能不同程度的变色。 美国专利6906295和7462375号记载了具有抗粘性、耐刮擦、热稳定、耐腐蚀和颜 色稳定的多层陶瓷涂层的餐具制品。该餐具制品包括具有内部食物接触表面和外部表面的 金属餐具制品。在食物接触表面沉积有连接层，典型为金属层。邻近连接层沉积（Ti，Al，Cr) N层。该涂层可选择地包括CrN和（Ti，Al，Cr)N的交替层。 需要这样的炊具：其具有比包覆不锈钢炊具或包覆铜炊具更好的热导率，但不具 有包覆不锈钢和包覆铜炊具的内部不锈钢表面有关的变色/烧焦和刮伤的问题。另外，需 要具有如纯铜一样热导率的炊具，并且需要具有耐刮伤、抗粘性、热稳定的陶瓷涂层，该陶 瓷涂层具有金属外观，其适用于高的烹饪温度并且可用于酸性和含盐食物。 还需要这样的陶瓷涂层：其与柔软和多孔的基底材料具有良好粘结力，并且具有 良好的耐腐蚀性。 本专利技术通过提供具有多层的、抗粘性、无锈蚀的涂层的铜餐具制品来满足所述需 求。铜餐具制品包括铜基材；在铜基材的第一表面上沉积的基底涂层，其包含：组合的阴极 弧与溅射连接层，该层包括选自金属、金属的合金或其组合的材料；和邻近基底涂层沉积的 陶瓷涂层，该陶瓷涂层包含PVD氮化物或碳氮化物层。 本专利技术的另一方面是具有多层的、抗粘性、无锈蚀的陶瓷涂层的金属制品。金属制 品包括金属基材本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有多层的、抗粘性、无锈蚀的陶瓷涂层的金属餐具制品，包括：金属基材；沉积在金属基材第一表面的基底涂层，其包含通过同时操作的阴极弧工艺和溅射工艺沉积的混合连接层，该层包含选自金属、金属合金或它们的组合的材料；和邻近基底涂层沉积的陶瓷涂层，陶瓷涂层包含PVD氮化物或碳氮化物层。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·M·H·葛，
申请(专利权)人：国有物资有限合伙公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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