專利名稱：涂有搪瓷層和含氟聚合物的金屬板及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明提供一種涂有含氟聚合物的金屬板和一種將搪瓷層和含氟聚合物涂覆到金屬板上的方法。更具體地說，本發(fā)明提供一種在金屬板上形成第一搪瓷層和第二搪瓷層的方法，其中第二搪瓷層含有規(guī)定量的結晶態(tài)氧化鋁(氧化鋁，Al2O3)。然后將含氟聚合物(例如聚四氟乙烯PTFE等)層涂覆到第二搪瓷層的表面上。本發(fā)明進一步提供由此制備的涂有搪瓷層和含氟聚合物的金屬板。
背景技術：
一般來說，酸或噴砂機通常用于在涂覆含氟聚合物(例如PTFE)之前處理金屬表面。如果使用酸，則用酸處理鋁(Al)金屬等，然后處理后的金屬表面用含氟聚合物涂覆。如果使用噴砂機，則鋼或鋁制金屬基材的涂覆表面用噴砂機進行砂磨處理，從而除去污漬或雜質并同時使表面積擴展，然后在其上涂覆含氟聚合物。
但是，通過使涂覆表面變粗糙來擴大與含氟聚合物(例如PTFE)的接觸面積的常規(guī)方法有一個缺點，即由于含氟聚合物與金屬基材的粘合性差而引起可能會發(fā)生含氟聚合物的脫落或磨損，導致金屬基材的耐腐蝕性差。
另一個缺點在于鋼或鋁制金屬基材的硬度低，從而含氟聚合物易于在機械強度和振動作用下剝落，金屬基材的表面甚至可能被刮出。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種通過在金屬基材和含氟聚合物層之間引入硬度比金屬基材高的搪瓷層和通過在搪瓷層上涂覆含氟聚合物來改進含氟聚合物的涂層硬度的方法。
本發(fā)明進一步提供一種在金屬板上形成耐磨性和粘合性得到提高的含氟聚合物層的方法，其中通過將具有更強多孔性和不平坦性的氧化鋁和/或二氧化硅置于第二搪瓷層表面上來改進搪瓷層和含氟聚合物層之間的結合力。
本發(fā)明進一步提供一種涂有含氟聚合物的金屬板，該板在金屬基材和含氟聚合物之間具有搪瓷層，從而改進金屬基材的耐腐蝕性以及在金屬板和含氟聚合物之間的粘合性和耐磨性。
在一個實施方案中，本發(fā)明提供了一種在金屬表面上涂覆搪瓷層和含氟聚合物層的方法，包括以下步驟在預先處理的金屬基材10上的兩面上都涂覆第一搪瓷釉料，其中第一搪瓷釉料包括含鈷(Co)和鎳(Ni)的釉料、粘土和含亞硝酸鈉的研磨添加劑；通過于90-110℃預先干燥涂有第一搪瓷釉料的金屬基材并然后于400-950℃烘烤，形成第一搪瓷層20；在上述形成的第一搪瓷層的一面上涂覆第二搪瓷釉料，其中第二搪瓷釉料是通過將釉料和研磨添加劑混合形成的，其中釉料包含40-60重量％的SiO2、14-20重量％的Al2O3、24-30重量％的B2O3、2-5重量％的CaO、15-25重量％的所有堿金屬氧化物和0.5-6重量％的F，其中研磨添加劑包含以100重量份釉料計的5-15重量份粘土、20-30重量份的Al2O3、0.1-1.0重量份的硼砂、0.1重量份或更少的NaNO2以及0.1重量份或更少的石英；通過于90-110℃預先干燥涂有第二搪瓷釉料的金屬基材并然后于400-950℃烘烤，形成第二搪瓷層30；和通過將含氟聚合物涂覆到第二搪瓷層上并于200-430℃烘烤，形成含氟聚合物層40。
本發(fā)明進一步提供一種將搪瓷層和含氟聚合物層涂覆到金屬表面上的方法，其中第一搪瓷層20的厚度是80-150微米，第二搪瓷層30的厚度是15-20微米。
本發(fā)明進一步提供一種將搪瓷層和含氟聚合物層涂覆到金屬表面上的方法，其中在第二搪瓷釉料中所含的氧化鋁(Al2O3)的粒度是0.1-55微米，優(yōu)選10-20微米。
本發(fā)明進一步提供一種將搪瓷層和含氟聚合物層涂覆到金屬表面上的方法，其中在第二搪瓷釉料中所含的研磨添加劑進一步包含20-30重量份的二氧化硅(SiO2)，以100重量份釉料計。
本發(fā)明進一步提供一種將搪瓷層和含氟聚合物層涂覆到金屬表面上的方法，其中在研磨添加劑中所含的二氧化硅的粒度是0.1-55微米，優(yōu)選10-20微米。
本發(fā)明進一步提供一種將搪瓷層和含氟聚合物層涂覆到金屬表面上的方法，其中含氟聚合物是PTFE。
本發(fā)明進一步提供一種通過上述方法制備的涂有搪瓷層和含氟聚合物層的金屬產品。
本發(fā)明進一步提供一種涂有搪瓷層和含氟聚合物層的金屬產品，其中含氟聚合物層是帶有白點的黑色。
本發(fā)明進一步提供一種涂有搪瓷層和含氟聚合物層的金屬產品，其中含氟聚合物層包含抗菌劑。
附圖簡述為了更好地理解本發(fā)明的實質和目的，參考以下附圖更詳細地描述，其中

圖1a顯示了金屬基材10，它將根據(jù)本發(fā)明的實施方案被搪瓷層和含氟聚合物層涂覆；圖1b顯示根據(jù)本發(fā)明的實施方案在金屬基材的兩面上形成的第一搪瓷層20；圖1c顯示了具有多孔不平坦處31的第二搪瓷層30，它是根據(jù)本發(fā)明的實施方案在第一搪瓷層20的一面上形成的；圖1d顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施方案涂覆在第二搪瓷層30上的含氟聚合物層40；圖2a是顯示用常規(guī)噴砂機砂磨處理的金屬基材表面的電子顯微鏡圖片；
圖2b是顯示根據(jù)本發(fā)明實施方案在第二搪瓷層30表面上形成的多孔不平坦處31的電子顯微鏡圖片；圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明實施方案制備的涂有搪瓷層和含氟聚合物層的金屬產品的橫截面的電子顯微鏡圖片(放大60倍)；和圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明實施方案制備的涂有搪瓷層和含氟聚合物層的金屬產品的橫截面的電子顯微鏡圖片(放大700倍)。
圖5顯示含氟聚合物層的涂層硬度和涂層表面光滑性隨著氧化鋁和二氧化硅的粒度而變化的情況。
優(yōu)選實施方案的詳細描述下面將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。
1、形成第一搪瓷層用于搪瓷等的金屬基材10(圖1a中的10)進行預處理，然后該金屬基材的兩面都涂覆第一釉料，形成第一搪瓷層。
金屬基材10不限于特定的金屬，但是鋁或鋼是優(yōu)選的。
第一搪瓷釉料包括含Co和Ni的釉料、粘土和含亞硝酸鈉的研磨添加劑。
將涂有第一搪瓷釉料的金屬基材于100℃預先干燥10分鐘，然后將其于適合的烘烤溫度烘烤，形成第一搪瓷層20(參見圖1b)。
烘烤溫度根據(jù)搪瓷的種類而不同，但是優(yōu)選為400-950℃。
按上述方法形成的第一搪瓷層20的厚度優(yōu)選是80-150微米。如果第一搪瓷層20的厚度小于80微米，則搪瓷層會由于太薄而在經(jīng)歷烘烤的過程中在爐內燃燒。另一方面，如果第一搪瓷層20的厚度大于150微米，則形成的搪瓷層易于發(fā)脆。
根據(jù)本發(fā)明的金屬基材可以通過在其上形成第一搪瓷層20而在耐腐蝕性方面得到改進，含氟聚合物的涂層硬度也可以通過搪瓷的高硬度特性而得到提高。
2、形成第二搪瓷層將第二搪瓷釉料涂覆在按照上述方法形成的第一搪瓷層上，形成第二搪瓷層。
第二搪瓷釉料是主要通過將釉料和研磨添加劑混合形成的，其中釉料包含40-60重量％的SiO2、14-20重量％的Al2O3、24-30重量％的B2O3、2-5重量％的CaO、15-25重量％的所有堿金屬氧化物和0.5-6重量％的F，其中研磨添加劑包含以100重量份釉料計的5-15重量份粘土、20-30重量份的Al2O3、0.1-1.0重量份的硼砂、0.1重量份或更少的NaNO2以及0.1重量份或更少的石英。
第二搪瓷釉料的研磨添加劑可以進一步包含20-30重量份的二氧化硅，以100重量份釉料計。
第二搪瓷釉料可以是粉末形式或泥釉形式。粉末形式的搪瓷釉料是通過靜電粉末涂覆方法涂覆的，而泥釉形式的搪瓷釉料是通過噴涂法涂覆的。
通過于100℃預先干燥涂有第二搪瓷釉料的金屬基材10分鐘，并然后于適合的溫度烘烤，形成第二搪瓷層30(參見圖1c)。
第二搪瓷層的烘烤溫度在比第一搪瓷層烘烤溫度低大約0-25℃，從而通過在從構成第一搪瓷層的搪瓷的臨界點至第二搪瓷層的熔點之間的范圍內烘烤來實現(xiàn)第一和第二搪瓷層之間的完全粘合。
第二搪瓷層的烘烤溫度也優(yōu)選為400-950℃，這與第一搪瓷層的烘烤溫度相似。
如果第二搪瓷層在上述特定溫度范圍內烘烤，則在第二搪瓷釉料的研磨添加劑中所含的氧化鋁(Al2O3)和/或二氧化硅(SiO2)不會熔融，而是保留下來，在第二搪瓷層30的表面上形成多孔不平坦處31(參見圖1c)。在第二搪瓷層上形成的多孔不平坦處31賦予了與含氟聚合物層40之間的優(yōu)異粘合性。
氧化鋁和二氧化硅的粒度在0.1-55微米范圍內，優(yōu)選10-20微米。
如果氧化鋁和二氧化硅的粒度小于0.1微米，則不能充分地形成多孔不平坦處，導致與含氟聚合物層之間的粘合性差。另一方面，如果該粒度超過55微米，則與含氟聚合物層之間的粘合性可以很好地保持，但是含氟聚合物層的涂層表面由于氧化鋁和二氧化硅的大粒子而變得不平坦和粗糙。
圖5顯示含氟聚合物層的涂層硬度和涂層表面光滑性隨著上述氧化鋁和二氧化硅的粒度而變化的情況。
參考圖5，隨著氧化鋁和/或二氧化硅的粒度增加，含氟聚合物層的涂層硬度增加，但是含氟聚合物層的涂層表面光滑性降低。
特別是，為了獲得與含氟聚合物層40之間的優(yōu)異粘合性，在第二搪瓷釉料的研磨添加劑中所含的氧化鋁(Al2O3)和/或二氧化硅(SiO2)的含量應該優(yōu)選是20-30重量份，以100重量份釉料計。如果該含量小于20重量份，則不能形成充足的多孔不平坦處，而如果該含量超過30重量份，則由于過多的多孔不平坦處而形成不平坦的涂層表面，生產成本也增加。
第二搪瓷層30的厚度優(yōu)選是15-20微米。如果第二搪瓷層的厚度小于或等于15微米，則與含氟聚合物層之間的粘合性不夠強，而如果該厚度是20微米或更高，則不能順利地形成含氟聚合物層。
3、形成含氟聚合物層通過噴涂將含氟聚合物涂覆到第二搪瓷層30上，然后進行熱處理，形成含氟聚合物層40(參見圖1d)。
含氟聚合物可以選自PTFE、聚一氯三氟乙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚氟乙烯(PVF)，但優(yōu)選PTFE。
含氟聚合物層的熱處理溫度和時間根據(jù)聚合物的類型而不同，但是通常在200-430℃范圍內進行5分鐘。
通過在第二搪瓷層30表面上形成的氧化鋁的多孔不平坦處31，含氟聚合物層40與第二搪瓷層牢固地粘合在一起。因此，含氟聚合物涂層的粘合性和耐磨性得到改進。
含氟聚合物層可以進一步包含抗菌劑，用于抗菌。
另外，可以通過加入油墨顏料等來調節(jié)含氟聚合物的顏色，從而能獲得帶有白點的黑色。含氟聚合物的這種顏色可以提供大理石外觀。
如在圖1d的橫截面視圖中所示，第一搪瓷層20和第二搪瓷層30是在鋼、鋁等的金屬基材10的表面上形成，第二搪瓷層30是在其中具有氧化鋁(Al2O3)的多孔不平坦處31的頂部上形成。PTFE(Teflon)的含氟聚合物層40是在第二搪瓷層30的表面上形成。
一個實施方案1、形成第一搪瓷層在金屬基材的鋼板進行預處理之后，將泥釉形式的含有含Co和Ni的釉料、粘土和含亞硝酸鈉的研磨添加劑的第一搪瓷釉料通過噴涂而涂覆在鋼板的兩面上。
將該金屬基材于100℃預先干燥10分鐘，然后將其于400-950℃烘烤，形成第一搪瓷層。形成的第一搪瓷層的厚度是120微米。
2、形成第二搪瓷層將由釉料和研磨添加劑形成的第二搪瓷釉料涂覆在第一搪瓷層上，其中釉料包含43重量％的SiO2、15.5重量％的Al2O3、24重量％的B2O3、2重量％的CaO、15重量％的所有堿金屬氧化物和0.5重量％的F，其中研磨添加劑包含以100重量份釉料計的13重量份的粘土、25重量份的Al2O3、20重量份的SiO2、0.5重量份的硼砂、0.05重量份的NaNO2以及0.05重量份的石英。
在上述研磨添加劑中所含的Al2O3和SiO2的粒度是0.1-55微米。第二搪瓷釉料以泥釉形式使用，并通過噴涂法涂覆。
涂有第二搪瓷釉料的金屬基材于100℃預先干燥10分鐘，然后于400-950℃烘烤。
形成的第二搪瓷層的厚度是17微米。
圖2a是顯示用常規(guī)噴砂機砂磨處理的金屬基材表面的電子顯微鏡圖片。圖2b是顯示根據(jù)本發(fā)明實施方案在第二搪瓷層30表面上形成的多孔不平坦處31的電子顯微鏡圖片。
3、形成含氟聚合物層通過噴涂將含氟聚合物PTFE涂覆到第二搪瓷層30的表面上，然后于200-430℃烘烤5分鐘，形成含氟聚合物層40。
含氟聚合物層中已經(jīng)加入抗菌劑，用于抗菌。
也可以通過加入油墨顏料等而以帶有白點的黑色形式獲得含氟聚合物，從而提供大理石外觀。
4、顯示根據(jù)本發(fā)明制備的涂有搪瓷層和含氟聚合物的金屬產品的橫截面的電子顯微鏡圖片圖3和4是顯示根據(jù)本發(fā)明制備的涂有搪瓷層和含氟聚合物層的金屬產品的橫截面的電子顯微鏡圖片。圖3是放大60倍，圖4是放大700倍。圖4顯示了在第二搪瓷層表面上形成的不平坦處。
5、檢測根據(jù)本發(fā)明的含氟聚合物層的物理性能以下對比實驗顯示在根據(jù)本發(fā)明涂有含氟聚合物層的金屬產品與通過常規(guī)噴砂機處理并涂有含氟聚合物的金屬產品(對比例1-5)之間的涂層物理性能。
(a)鉛筆硬度實驗按照常規(guī)鉛筆硬度進行實驗，并記錄結果。
(b)SBAR實驗將4.5kg的力垂直施加到透明膠帶(例如3M Scotch)的表面上，然后剝離膠帶。重復該步驟，并記錄循環(huán)次數(shù)。
(c)粘合性實驗在含氟聚合物涂層上進行X形切割，然后將金屬板在沸水中放置15分鐘。然后，將透明膠帶(例如3M Scotch)附著在金屬板表面上，然后剝離。
(d)耐腐蝕性實驗在含氟聚合物涂層上進行X形切割，然后將金屬板浸入5％鹽水中。在使金屬板處于72-73℃后，用透明膠帶(例如3M Scotch)在金屬板表面上進行剝離實驗。
(e)不粘性實驗將牛奶、醬油、糖+醬油+水(混合比為1∶1∶1)和醋10次滴在含氟聚合物層上，然后將金屬板在烘箱中于150℃和200℃放置1小時。在冷卻到室溫后，用帶有廚房洗滌劑的海綿擦拭含氟聚合物層。上述實驗的結果列在下表1中。
表1
*對比例的解釋*(a)對比例1經(jīng)過噴砂處理后，涂有C公司Teflon2涂料體系的金屬板。
(b)對比例2涂有DuPont公司PTFE 2涂料體系的電鍍鋼板(459-567/455-290)。
(c)對比例3涂有DuPont公司PTFE 2涂料體系的鋁化鋼板(459-104/455-283)。
(d)對比例4涂有Okisumo公司PTFE 2涂料體系的電鍍鋼板(在電鍍鋼板上的Okisumo 2涂層)。
(e)對比例5涂有硅的電鍍鋼板(在電鍍鋼板上的Nobel單涂層硅基涂料)。
從上表可見，與沒有搪瓷層的含氟聚合物涂層相比，根據(jù)本發(fā)明的涂有含氟聚合物的金屬板具有優(yōu)異的鉛筆硬度、SBAR、粘合性、耐腐蝕性和不粘性。
從以上描述可見，根據(jù)本發(fā)明具有第一和第二搪瓷層的金屬板的優(yōu)點在于通過使用高硬度的搪瓷，金屬板的耐腐蝕性得到改進，含氟聚合物的涂層硬度增加。
另一個優(yōu)點是在第二搪瓷層表面上的多孔不平坦結構使得能與含氟聚合物層牢固地結合，從而提供有利的粘合性和耐磨性。
因此，可以通過本發(fā)明的涂覆方法獲得粘合性、耐腐蝕性和耐磨性得到改進的含氟聚合物涂層。
權利要求
1.一種在金屬表面上涂覆搪瓷層和含氟聚合物層的方法，包括以下步驟在預先處理的金屬基材上的兩面上都涂覆第一搪瓷釉料，其中所述第一搪瓷釉料包括含鈷(Co)和鎳(Ni)的釉料、粘土和含亞硝酸鈉的研磨添加劑；通過于90-110℃預先干燥涂有所述第一搪瓷釉料的所述金屬基材，然后將所述金屬基材于400-950℃烘烤，形成第一搪瓷層；在所述第一搪瓷層的一面上涂覆第二搪瓷釉料，其中所述第二搪瓷釉料是通過將釉料和研磨添加劑混合形成的，其中釉料包含40-60重量％的SiO2、14-20重量％的Al2O3、24-30重量％的B2O3、2-5重量％的CaO、15-25重量％的所有堿金屬氧化物和0.5-6重量％的F，其中研磨添加劑包含以100重量份釉料計的5-15重量份粘土、20-30重量份的Al2O3、0.1-1.0重量份的硼砂、0.1重量份或更少的NaNO2以及0.1重量份或更少的石英；通過于90-110℃預先干燥涂有所述第二搪瓷釉料的所述金屬基材，然后將所述金屬基材于400-950℃烘烤，形成第二搪瓷層；和通過將含氟聚合物涂覆到所述第二搪瓷層上，并將所述金屬基材于200-430℃烘烤，形成含氟聚合物層。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述第一搪瓷層的厚度是80-150微米，所述第二搪瓷層的厚度是15-20微米。
3.根據(jù)權利要求1的方法，其中在所述第二搪瓷釉料的所述研磨添加劑中所含的Al2O3的粒度是0.1-55微米。
4.根據(jù)權利要求3的方法，其中Al2O3的粒度是10-20微米。
5.根據(jù)權利要求1的方法，其中將20-30重量份的粒度為0.1-55微米的二氧化硅(SiO2)進一步加入在所述第二搪瓷釉料中所含的所述研磨添加劑中，以100重量份釉料計。
6.根據(jù)權利要求5的方法，其中二氧化硅的粒度是10-20微米。
7.根據(jù)權利要求1的方法，其中所述含氟聚合物層包含用于抗菌的抗菌劑。
8.根據(jù)權利要求1的方法，其中含氟聚合物是聚四氟乙烯。
9.一種涂有搪瓷層和含氟聚合物層的金屬產品，其中所述金屬產品是通過權利要求1-8中任一項的方法制備的。
10.根據(jù)權利要求9的金屬產品，其中所述含氟聚合物層是帶有白色的黑色。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種涂有第一搪瓷層和第二搪瓷層和在第二搪瓷層上的含氟聚合物層的金屬基材，其中通過使用高硬度的搪瓷而提供了金屬基材的改進的耐腐蝕性和含氟聚合層的高涂層硬度。本發(fā)明進一步提供通過在第二搪瓷層表面上形成的多孔不平坦處而在與金屬基材的粘合性和耐磨性方面得到改進的含氟聚合物層。
文檔編號C23D5/00GK1629356SQ200410006910
公開日2005年6月22日 申請日期2004年2月26日 優(yōu)先權日2003年12月15日
發(fā)明者許相熙 申請人:許相熙