1.本发明涉及厨具技术领域，尤其涉及一种光刻耐高温不粘金属厨具及其制备工艺。
背景技术：2.目前在工业生产应用中，各种金属厨具基材应用范围很广，例如不锈钢铲勺、不锈钢锅、镁合金锅、铝锅、钛锅、铁锅等，然而常规的各种金属基材不粘性能很差，例如不锈钢锅具在烹饪过程中表面会变色并且会粘附大量食材、油污、调味品，难以清洗，同时奥氏体及铁素体不锈钢没办法在保证食品安全的同时进行硬化，其基材的硬度不够。目前主要的解决方法是在不锈钢基材表面化学蚀刻出凹凸的精细纹理，其中凸出来的部分构成一张无涂层的蜂窝网状结构，不粘涂层仅覆盖在纹理凹陷处，减少锅铲与涂层的接触，有效预防不粘涂层脱落，从而达到不易粘效果，但其不粘的原理依然是ptfe涂覆涂料，工艺制程对环境污染大，而且ptfe涂层不能长时间耐高温，一旦因为高温失效，锅具就会产生大量油污粘附，不易清洁。另外，该类产品内表面经过抛光，会一定程度损坏涂层面漆，导致不粘性能不及预期；蜂窝网状结构硬度低，性能不稳定，涂层脱落的投诉占比大；锅内测有蚀刻纹理，不平整，导致炒菜时下铲不顺畅，噪音非常大，且清洗麻烦，容易藏污纳垢。
技术实现要素：3.本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、耐高温、易清洁、不变色、无有机化学涂层、持久不粘的金属厨具及其制备工艺。
4.本发明的一种光刻耐高温不粘金属厨具，在金属厨具基体上先物理气相沉积有非晶复合材料薄膜，所述非晶复合材料薄膜包括在金属厨具基体上从内至外依次设置的ti或zr金属层、tialcrzrcn层和sitialcrzrcn层。然后在金属厨具基体具有非晶复合材料薄膜的表面光刻荷叶微纳米表面不粘形貌。
5.进一步的，所述非晶复合材料薄膜的厚度不小于3um。
6.进一步的，仿生微纳米表面结构为仿生荷叶，光刻仿生荷叶微米结构形貌直径1-50um，深度1-100um，间距1-100um；在仿生荷叶微米结构形貌的每个突起微米结构上再光刻若干直径1-999nm，深度1-999nm，间距1-999nm的纳米级结构形貌。
7.进一步的，所述金属厨具基体为不锈钢基体、镁合金基体、钛基体、铁基体、铝基体、金属复合材料基体中的一种。
8.进一步的，所述不锈钢基体为304/316l奥氏体不锈钢或430铁素体不锈钢。
9.一种光刻耐高温不粘金属厨具的制备工艺，包括如下步骤：
10.s1.对金属厨具基体进行机械抛光；
11.s2.对抛光后的金属厨具基体进行喷砂处理；
12.s3.金属厨具基体放入真空镀膜设备中，然后在氩气环境下，电弧靶放电产生离子
和电子，利用辅助阳极将分离出的电子加速，形成高能电子束，轰击电离工作气体ar，氩离子对金属厨具基体表面进行等离子蚀刻清理；
13.s4.等离子蚀刻完成后，采用真空电弧蒸发在金属厨具基体表面先沉积一层ti或zr金属层，再沉积tialcrzrcn层，再在tialcrzrcn层表面上采用中频磁控溅射法形成掺杂si的sitialcrzrcn薄膜；
14.s5.复合材料薄膜沉积厚度达到3um后，取出金属厨具基体，非晶复合材料薄膜沉积完成；
15.s6：采用超级计算机建立仿生荷叶模型，然后在金属厨具基体具有非晶复合材料薄膜的一侧光刻荷叶一样的微纳米结构。
16.进一步的，所述金属厨具为锅。
17.进一步的，所述锅为复底锅或复合钢锅。
18.本发明的光刻耐高温不粘金属厨具，具有以下优势：
19.1、微观仿生荷叶微纳米不粘形貌采用的是光刻技术，非晶复合材料薄膜的制备采用物理气相沉积方式，生产过程环保安全，相比喷涂氟碳漆等表面处理方式，对环境不产生污染，有利于工业生产。
20.2、非晶复合材料薄膜不含化学涂层，具有抗氧化、耐腐蚀的性能，抗氧化温度≥900℃，因此可以解决金属厨具在烹饪过程中的变色问题，化学涂层脱落问题以及食材接触面的卫生安全问题。
21.3、非晶复合材料薄膜能最大程度的降低金属基材表面的表面能，可显著增加厨具表面抗食材/油渍/调味品粘附、水渍易清洁等性能。经过光刻荷叶微纳米不粘形貌后，不粘性能进一步得到大幅度提升。
22.4、非晶复合材料薄膜可将金属基材本身的硬度提升10-15倍，复合材料薄膜硬度≥3000hv，能够有效防止光刻荷叶微纳米不粘形貌被铁铲钢丝球破坏，不粘持久性完胜ptfe涂层不粘锅。
具体实施方式
23.以下是本发明的具体实施例并结合技术参数，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
24.本发明公开了一种光刻耐高温不粘金属厨具及其制备工艺，包括：金属厨具基体，金属厨具基体上覆盖非晶复合材料薄膜，采用超级计算机建立仿荷叶模型，然后利用光能在金属厨具基体具有非晶复合材料薄膜的一侧蚀刻出荷叶一样的表面结构。
25.本发明公开了一种光刻耐高温不粘金属厨具及其制备工艺包括：金属厨具基体，金属基材先沉积一层ti或zr金属层，再沉积tialcrzrcn层，再在tialcrzrcn层表面上采用中频磁控溅射法形成掺杂si的sitialcrzrcn薄膜。然后在金属厨具表面光刻荷叶微纳米表面不粘形貌，本发明的制备工艺是采用物理气相沉积得非晶复合材料薄膜，然后在金属厨具基体具有非晶复合材料薄膜的一侧光刻荷叶微纳米不粘形貌。
26.以下实施例用于说明一种耐高温不粘金属厨具及其制备工艺
27.实施例1：
28.首先对不锈钢锅具进行机械抛光，优选的，本实施例中不锈钢基体采用304不锈
钢；然后对抛光后的不锈钢锅具进行喷砂处理，并用压缩空气吹去表面浮灰，放入真空镀膜机中。然后在氩气环境下，电弧靶放电产生离子和电子，利用辅助阳极将分离出的电子加速，形成高能电子束，轰击电离工作气体(ar)，氩离子对金属厨具基体表面进行等离子蚀刻清理，清理完成后使用真空镀膜机上的电弧靶和磁控溅射靶进行复合材料薄膜沉积，复合材料薄膜沉积厚度达到3um后，取出金属厨具基体，复合材料薄膜沉积完成。具体数据表格如下：
[0029][0030]
然后采用超级计算机建立仿荷叶模型，然后利用光能在金属厨具基体具有非晶复合材料薄膜的一侧蚀刻出荷叶一样的表面结构。光刻仿生荷叶微米结构形貌直径7um，深度12um，间距20um；在每个微米结构形貌上再光刻若干直径200nm，深度14nm，间距28nm的纳米级结构形貌。
[0031]
实施例2：
[0032]
首先对镁合金锅具进行机械抛光，然后对抛光后的镁合金锅具进行喷砂处理，并用压缩空气吹去表面浮灰，放入真空镀膜机中。然后在氩气环境下，电弧靶放电产生离子和电子，利用辅助阳极将分离出的电子加速，形成高能电子束，轰击电离工作气体(ar)，氩离子对金属厨具基体表面进行等离子蚀刻清理，清理完成后使用真空镀膜机上的电弧靶和磁控溅射靶进行复合材料薄膜沉积，复合材料薄膜沉积厚度达到3um后，取出金属厨具基体，复合材料薄膜沉积完成。具体数据表格如下：
[0033][0034]
然后采用超级计算机建立仿荷叶模型，然后利用光能在金属厨具基体具有非晶复合材料薄膜的一侧蚀刻出荷叶一样的表面结构。光刻仿生荷叶微米结构形貌直径9um，深度15um，间距10um；在每个微米结构形貌上再光刻若干直径28nm，深度50nm，间距200nm的纳米级结构形貌。
[0035]
实施例3：
[0036]
首先对钛锅具进行机械抛光，然后对抛光后的钛锅进行喷砂处理，并用压缩空气吹去表面浮灰，放入真空镀膜机中。然后在氩气环境下，电弧靶放电产生离子和电子，利用辅助阳极将分离出的电子加速，形成高能电子束，轰击电离工作气体(ar)，氩离子对金属厨具基体表面进行等离子蚀刻清理，清理完成后使用真空镀膜机上的电弧靶和磁控溅射靶进行复合材料薄膜沉积，复合材料薄膜沉积厚度达到3um后，取出金属厨具基体，复合材料薄膜沉积完成。具体数据表格如下：
[0037][0038]
然后采用超级计算机建立仿荷叶模型，然后利用光能在金属厨具基体具有非晶复合材料薄膜的一侧蚀刻出荷叶一样的表面结构。光刻仿生荷叶微米结构形貌直径5um，深度10um，间距18um；在每个微米结构形貌上再光刻若干直径28nm，深度14nm，间距500nm的纳米级结构形貌。
[0039]
实施例4：
[0040]
首先对复合钢锅具进行机械抛光，优选的，本实施例中复合钢基体与食材接触的内表面采用304奥氏体型不锈钢，中间过渡层采用1100导热纯铝，外表面采用ih导磁性能比较好的430铁素体型不锈钢。然后对抛光后的复合钢锅具进行喷砂处理，并用压缩空气吹去表面浮灰，放入真空镀膜机中。然后在氩气环境下，电弧靶放电产生离子和电子，利用辅助阳极将分离出的电子加速，形成高能电子束，轰击电离工作气体(ar)，氩离子对金属厨具基体表面进行等离子蚀刻清理，清理完成后使用真空镀膜机上的电弧靶和磁控溅射靶进行复合材料薄膜沉积，复合材料薄膜沉积厚度达到3um后，取出金属厨具基体，复合材料薄膜沉积完成。具体数据表格如下：
[0041][0042]
然后采用超级计算机建立仿荷叶模型，然后利用光能在金属厨具基体具有非晶复合材料薄膜的一侧蚀刻出荷叶一样的表面结构。光刻仿生荷叶微米结构形貌直径20um，深度40um，间距15um；在每个微米结构形貌上再光刻若干直径150nm，深度14nm，间距28nm的纳米级结构形貌。
[0043]
实施例5：
[0044]
首先对不锈钢勺、不锈钢铲进行机械抛光，优选的，本实施例中不锈钢基体采用304不锈钢；然后对抛光后的不锈钢勺、不锈钢铲进行喷砂处理，并用压缩空气吹去表面浮灰，放入真空镀膜机中。然后在氩气环境下，电弧靶放电产生离子和电子，利用辅助阳极将分离出的电子加速，形成高能电子束，轰击电离工作气体(ar)，氩离子对金属厨具基体表面进行等离子蚀刻清理，清理完成后使用真空镀膜机上的电弧靶和磁控溅射靶进行复合材料薄膜沉积，复合材料薄膜沉积厚度达到3um后，取出金属厨具基体，复合材料薄膜沉积完成。具体数据表格如下：
[0045][0046]
然后采用超级计算机建立仿荷叶模型，然后利用光能在金属厨具基体具有非晶复合材料薄膜的一侧蚀刻出荷叶一样的表面结构。光刻仿生荷叶微米结构形貌直径20um，深度40um，间距90um；在每个微米结构形貌上再光刻若干直径80nm，深度14nm，间距100nm的纳米级结构形貌。
[0047]
根据实验可得，光刻耐高温不粘金属厨具具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、耐高温、易清洁、不变色、无有机化学涂层、持久不粘等性能。例如，使用维氏硬度测试仪测试以上实例1-5的显微硬度hv分别为3100、3150、3030、3050、3060，对比未处理的不锈钢200hv，复合钢150hv，其硬度有10-15倍的提升；抗氧化温度达到900℃，ptfe的使用温度只有250℃，耐高温性提高了3倍以上；不粘性能提高了3倍以上。
[0048]
以上未涉及之处，适用于现有技术。
[0049]
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
技术特征：1.一种光刻耐高温不粘金属厨具，其特征在于：在金属厨具基体上先物理气相沉积有非晶复合材料薄膜，所述非晶复合材料薄膜包括在金属厨具基体上从内至外依次设置的ti或zr金属层、tialcrzrcn层和sitialcrzrcn层；然后在金属厨具基体具有非晶复合材料薄膜的表面光刻荷叶微纳米表面不粘形貌。2.如权利要求1所述的一种光刻耐高温不粘金属厨具，其特征在于：所述非晶复合材料薄膜的厚度不小于3um。3.如权利要求1所述的一种光刻耐高温不粘金属厨具，其特征在于：光刻仿生荷叶微米结构形貌直径1-50um，深度1-100um，间距1-100um；在仿生荷叶微米结构形貌的每个突起微米结构上再光刻若干直径1-999nm，深度1-999nm，间距1-999nm的纳米级结构形貌。4.如权利要求1所述的一种光刻耐高温不粘金属厨具，其特征在于：所述金属基体为镁合金基体、不锈钢基体、钛基体、铁基体、铝基体、金属复合材料基体中的一种。5.如权利要求4所述的一种光刻耐高温不粘金属厨具，其特征在于：所述不锈钢基体为304/316l奥氏体不锈钢或430铁素体不锈钢。6.一种如权利要求1-5任一项所述的光刻耐高温不粘金属厨具的制备工艺，其特征在于：包括如下步骤：s1.对金属厨具基体进行机械抛光；s2.对抛光后的金属厨具基体进行喷砂处理；s3.金属厨具基体放入真空镀膜设备中，在氩气环境下，电弧靶放电产生离子和电子，利用辅助阳极将分离出的电子加速，形成高能电子束，轰击电离工作气体ar，氩离子对金属厨具基体表面进行等离子蚀刻清理；s4.等离子蚀刻清理完成后，采用真空电弧蒸发在金属厨具基体表面先沉积一层ti或zr金属层，再沉积tialcrzrcn层，再在tialcrzrcn层表面上采用中频磁控溅射法形成掺杂si的sitialcrzrcn薄膜；s5.复合材料薄膜沉积厚度达到3um后，取出金属厨具基体，非晶复合材料薄膜沉积完成；s6：采用超级计算机建立仿荷叶模型，然后利用光能在金属厨具基体具有非晶复合材料薄膜的一侧蚀刻出仿生荷叶微纳米表面结构。7.一种具有如权利要求6所述的光刻耐高温不粘金属厨具的制备工艺，其特征在于：所述金属厨具为锅。8.一种具有如权利要求7所述的光刻耐高温不粘金属厨具的制备工艺，其特征在于：所述锅为复底锅或复合钢锅。
技术总结本发明公开了一种光刻耐高温不粘金属厨具及其制备工艺。本发明的一种光刻耐高温不粘金属厨具，在金属厨具基体上先物理气相沉积有非晶复合材料薄膜，所述非晶复合材料薄膜包括在金属厨具基体上从内至外依次设置的Ti或Zr金属层、TiAlCrZrCN层和SiTiAlCrZrCN层。然后在金属厨具基体具有非晶复合材料薄膜的表面光刻荷叶微纳米表面不粘形貌。本发明的制备工艺是采用物理气相沉积得非晶复合材料薄膜，然后在金属厨具基体具有非晶复合材料薄膜的一侧光刻荷叶微纳米不粘形貌。本发明的厨具具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、耐高温、易清洁、不变色、无有机化学涂层、持久不粘。持久不粘。
技术研发人员：王佳华
受保护的技术使用者：武汉汇九厨具科技有限公司
技术研发日：2022.07.11
技术公布日：2022/11/1
