KR101680867B1 - 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법 - Google Patents

세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101680867B1
KR101680867B1 KR1020160057621A KR20160057621A KR101680867B1 KR 101680867 B1 KR101680867 B1 KR 101680867B1 KR 1020160057621 A KR1020160057621 A KR 1020160057621A KR 20160057621 A KR20160057621 A KR 20160057621A KR 101680867 B1 KR101680867 B1 KR 101680867B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coating layer
ceramic coating
metal material
present
substrate
Prior art date
Application number
KR1020160057621A
Other languages
English (en)
Inventor
박광석
송국현
강장원
서보성
이창우
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020160057621A priority Critical patent/KR101680867B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101680867B1 publication Critical patent/KR101680867B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
    • C23C24/103Coating with metallic material, i.e. metals or metal alloys, optionally comprising hard particles, e.g. oxides, carbides or nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

본 발명은 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법에 관한 기술로서, 더욱 상세하게는 금속소재의 기재 표면에 소정의 높이의 조도(roughness, Ra)를 형성하여 물리적 접촉면적을 증가시킴으로써, 금속소재의 기재와 세라믹 코팅층의 접착력을 증가시키고, 균열, 부식 및 박리를 방지하고 내열성, 내마모성, 내식성, 내변색성 및 비점착성 등의 효과를 가지는 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법에 관한 것이다.

Description

세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법 {Manufacturing methods of metallic materials having a surface structure for crack prevention of ceramic coating layer}
본 발명은 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법에 관한 기술로서, 더욱 상세하게는 금속소재의 기재 표면에 소정의 높이의 조도(roughness, Ra)를 형성하여 물리적 접촉면적을 증가시킴으로써, 금속소재의 기재와 세라믹 코팅층의 접착력을 증가시키고, 균열, 부식 및 박리를 방지하고 내열성, 내마모성, 내식성, 내변색성 및 비점착성 등의 효과를 가지는 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법에 관한 것이다.
세라믹 코팅은 고경도 및 환경친화적인 장점을 가짐에도 불구하고, 세라믹 코팅의 고유 특징인 다공성 구조 때문에 적용될 수 있는 금속재료가 제한되는 문제점을 가지고 있다. 알루미늄이나 티타늄과 같은 금속의 경우, 표면에 치밀한 산화막을 형성하기 때문에 균열이나 부식의 발생 없이 세라믹 코팅을 적용할 수 있으나, 철 소재같이 부식에 민감한 재료에 세라믹 코팅을 적용하는 것은 문제가 되고 있다. 즉, 세라믹 코팅층의 다공성 구조는 부식성 물질 (산소이온, 염소이온 등)들이 쉽게 통과할 수 있는 통로를 제공하기 때문에, 세라믹 코팅을 철강 소재에 적용할 경우, 부식이 발생하여 외관 불량은 물론 코팅층 기능 저하와 코팅층 박리 등의 문제점을 발생시킨다. 기공을 통해 들어온 부식성 물질이 철강 소재와 반응하여 철 산화물을 생성하는데, 이 철 산화물은 부피가 3배 이상 팽창하여 세라믹 코팅층에 인장 응력을 발생시켜 세라믹 코팅층을 균열, 혹은 박리시킨다.
현재 널리 사용되는 세라믹 코팅 기술은 박막 코팅을 위한 것으로서, 주방기구, 반도체, 디스플레이 분야 등에 널리 사용되며, CVD(chemical vapor deposition)나 PVD(physical vapor deposition) 등 내마모, 내부식성을 위한 공정들이 있다. 그러나, CVD와 PVD 등의 박막 코팅 공정에 의한 코팅층은 두께가 수 마이크로미터 이상이면 균열이나 박리현상이 발생하기 때문에, 부식 저항성을 위해 일정 두께 이상을 요구하는 공정에는 적합하지 않다. 한편, 내부식성 코팅을 위해 많이 사용되는 용사공정은 고속으로 수백 마이크로미터 이상의 두께를 코팅할 수 있으나, 코팅층의 기공, 균열 등의 결함이 있으며 두께 제어가 어렵고 표면이 매우 거칠다는 문제점이 있다.
세라믹 코팅을 적용하는 분야 중 가열조리기기는 가격이 싼 소재인 철강재 대신 가격이 비싼 소재인 알루미늄이나 스테인리스 소재를 사용하고 있다. 통상적으로 철강재 소재는 강도, 작업성, 저렴한 가격 및 재사용이 가능하다는 특성 때문에 현대 산업에서 주원료로 사용되고 있지만 철강재 소재를 이용하여 가열조리기기를 제작하지 못하는 가장 큰 이유는 철강재 소재를 공기 중에 방치할 경우 산화되며, 공기 중에 방치할 경우 산화되며, 특히 가열조리기구와 같이 열을 가할 경우에는 더욱 심하게 산화되어 녹이 심하게 발생하는 부식성 때문이다.
따라서 철강재 소재의 이러한 결점을 보완하기 위해 표면처리가 도입되었으며, 철강재 소재의 표면 처리방법 중 가장 널리 사용되는 것 중의 하나로 PVD 공정을 이용하여 철강재 표면을 물리적으로 처리하여 고착성과 안정성이 높은 산화피막을 형성시켜 방청성, 내식성, 내고온 산화성 등의 화학적 성질을 향상시키고, 동시에 내마모성을 증가시키는 공정이 수행되고 있다.
이와 관련하여 대한민국 공개특허 제 10-0869711 호(발명의 명칭: 주방용 조리기구의 표면개질을 위한 표면처리방법, 이하 종래기술 1이라고 한다.)는 알루미늄 재질의 주방용 조리기구의 표면처리방법으로 경질공정, 실링공정, 샌드블라스트공정, 코팅공정 및 건조공정을 개시한 바 있다.
상기 종래기술 1은 알루미늄 재질의 주방용 조리기구의 표면처리방법으로 경질공정, 실링공정, 샌드블라스트공정, 코팅공정 및 건조공정을 개시하고 있으나, 공정 단계가 복잡하고 가격이 비싼 알루미늄 소재를 사용하고 있어 제조 비용을 상승시키는 문제점이 있으며, 상기 종래기술에서 개시한 방법은 코팅층의 균열과 부식을 방지하고 코팅의 효율을 증대시키기에는 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 금속소재의 기재 표면에 소정의 높이의 조도(roughness, Ra)를 형성하여 물리적 접촉면적을 증가시킴으로써, 금속소재의 기재와 세라믹 코팅층의 접착력을 증가시키고, 균열, 부식 및 박리를 방지하고 내열성, 내마모성, 내식성, 내변색성 및 비점착성 등의 효과를 가지는 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법에 관한 기술을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법은 (i) 금속소재의 기재를 전처리하여 준비하는 단계, (ii) 전처리된 금속소재의 기재 표면을 연마하여 요철을 형성하는 단계, (iii) 요철이 형성된 금속소재의 기재를 예열하는 단계, (iv) 예열된 금속소재의 기재 표면 상에 세라믹 코팅층을 형성하는 단계 및 (v) 세라믹 코팅층을 형성한 금속소재의 기재를 건조 및 소성시키는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (ii) 단계에서의 금속소재 기재의 표면조도는 2 내지 5μm일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (ii) 단계에서의 요철은 샌드블라스트 공정을 이용하여 수행되는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 샌드블라스트 공정의 압력은 3 내지 7.5bar일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 샌드블라스트 공정의 샌드입자의 크기는 0.3 내지 0.6㎛일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 샌드블라스트 공정의 샌드입자는 서스볼(sus ball)일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (iv) 단계에서의 세라믹 코팅층의 두께는 30 내지 60㎛일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (iv) 단계에서의 세라믹 코팅층의 임계 하중(critical load)은 9N 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (iv) 단계에서의 세라믹 코팅층은 습식 분무코팅으로 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 일실시예는 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법을 이용하여 제조되는 가열조리기기용 복합 소재를 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 일실시예는 가열조리기기용 복합 소재를 이용하여 제조되는 가열조리기기를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 금속소재의 기재 표면에 소정의 높이의 조도를 형성하여 세라믹 코팅층과의 접착력을 증가시킨다는 제 1효과, 내열성, 내마모성, 내식성, 내변색성, 비점착성 등의 효과가 우수한 세라믹 코팅층을 형성할 수 있다는 제 2효과, 알루미늄, 스테인리스 소재에 비해 상대적으로 가격이 저렴한 철강 소재에도 적용이 가능하여 제조 원가 절감에 기여할 수 있다는 제3효과, 표면강도가 우수하여 마모 및 긁힘 현상이 발생되지 않아 제품의 수명을 연장할 수 있다는 제 4효과를 갖는다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 세라믹 코팅층에 발생된 균열로 인해 시간에 따라 금속소재가 부식되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 2는 조도 변화에 따른 세라믹 코팅층의 접착력을 나타내는 도면이다.
도 3은 조도 변화에 따른 세라믹 코팅층의 균열 발생 여부를 나타내는 도면이다.
도 4는 조도 변화에 따른 세라믹 코팅층의 임계 하중을 나타내는 도면이다.
이하에서는 화학식, 반응식, 구체적인 실시예 및 실험예를 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결 (접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 실시예에서 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법은 (i) 금속소재의 기재를 전처리하여 준비하는 단계, (ii) 상기 전처리된 금속소재의 기재 표면을 연마하여 요철을 형성하는 단계, (iii) 상기 요철이 형성된 금속소재의 기재를 예열하는 단계, (iv) 상기 예열된 금속소재의 기재 표면 상에 세라믹 코팅층을 형성하는 단계 및 (v) 상기 세라믹 코팅층을 형성한 금속소재의 기재를 건조 및 소성시키는 단계일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (i) 단계에서의 전처리는 금속소재 기재 표면의 불순물을 제거하는 세척 및 건조 단계일 수 있다. 금속소재 기재 표면상에 요철을 형성하기 전, 불순물의 제거는 금속소재 기재 표면상에 요철이 균일하게 형성될 수 있도록 도와주며, 또한 요철 상에 세라믹 코팅층이 견고하게 형성됨으로써 세라믹 코팅의 수율을 증가시킬 수 있다. 또한 세라믹 코팅층을 좀 더 안정적으로 도포하기 위하여, 금속소재 기재를 40 내지 60℃로 예열하는 단계를 거치는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (ii) 단계에서의 금속소재 기재의 표면조도는 2 내지 5㎛일 수 있다. 금속소재 표면에 다른 물질을 코팅할 때, 일정 높이의 조도를 가지는 요철을 형성하여 물리적 접촉면적을 증가시킴으로써 접착력을 향상시킬 수 있다. 샌드블라스트 공정을 통해 표면조도는 2 내지 5㎛를 가지는 균일한 거칠기를 형성할 수 있으며, 표면조도의 범위는 접착력 확보와 균열방지도 함께 고려되어야 한다. 표면조도가 상기 범위를 벗어나는 경우, 같은 재료와 공정을 적용했음에도 불구하고 세라믹 코팅층에 균열이 발생하는 것을 실험예를 통하여 확인하였으며, 따라서 세라믹 코팅층의 내부식성을 향상시키는 방안으로 균열방지와 함께 접착력을 향상시키는 표면조도는 2 내지 5㎛가 바람직할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (ii) 단계에서의 요철은 샌드블라스트 공정을 이용하여 수행되는 것일 수 있다. 세라믹 코팅층을 견고하게 형성하기 위해서는 일정한 범위의 표면조도를 가지는 균일한 거칠기를 형성하는 것이 중요한 핵심요소이다. 화학적 방법으로는 질산, 염산, 황산 등의 화학약품을 이용한 에칭 방법이 있고, 물리적 방법으로는 모래 입자를 압축공기로 뿜어내는 샌드블라스트 공정이 있다. 샌드블라스트 공정은 인체에 해로운 약품을 사용하지 않고, 미세한 요철을 형성시킬 수 있다는 이점이 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 샌드블라스트 공정의 분사 압력은 3 내지 7.5bar일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 샌드블라스트 공정의 샌드입자의 크기는 0.3 내지 0.6㎛일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 샌드블라스트 공정의 샌드입자는 서스볼(sus ball)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 금속소재의 기재를 샌드블라스트 장비에 로딩한 후, 분사부에서 일정 압력으로 샌드입자를 분사한다. 이때 샌드입자의 종류, 샌드입자의 크기, 샌드입자의 분사 압력, 분사부에서 나오는 샌드입자의 분사범위 등에 의해 기재 표면의 거칠기를 조절하여 표면조도를 형성할 수 있다. 샌드블라스트 공정에서 분사 압력, 샌드입자의 크기, 샌드입자의 종류가 상기 범위를 벗어나는 경우, 금속소재의 기재 표면상에 목적하고자 하는 2 내지 5㎛의 표면조도를 균일하게 형성하는데 바람직하지 않을 수 있으며 균일하지 않은 표면조도는 세라믹 코팅층과의 접착력을 저하시켜 박리 및 균열을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (iv) 단계에서의 세라믹 코팅층의 두께는 30 내지 60㎛일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (iv) 단계에서의 세라믹 코팅층의 임계 하중(critical load)은 9N 이상일 수 있다.
세라믹 코팅층을 형성할 때에는 임계 두께(critical thickness)라는 개념을 도입한다. 임계 두께란 균열발생 없이 세라믹 코팅층을 올릴 수 있는 최대 두께를 말한다. 임계 두께에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 세라믹 코팅층의 강도와 금속 산화물층과 세라믹 코팅층 간 탄성계수(young's modulus) 차이가 있다. 도 1을 참고하여 보면, 일반적으로 금속 재료와 세라믹 재료 간 탄성계수의 차이가 크기 때문에, 탄성계수의 차이로 인해 금속소재의 기재 위에 세라믹 코팅층을 형성할 때 균열이 발생하게 된다. 따라서 금속소재의 기재와 세라믹 코팅층 간 탄성계수를 줄이는 방법으로 두 층 사이에 세라믹 코팅층과 유사한 탄성계수를 가지는 금속 산화물층을 도입하는 방법이 있으며, 도입된 금속 산화물층이 세라믹 코팅층과 유사한 탄성계수를 가질 경우, 균열 발생을 억제할 수 있다. 따라서 금속 산화물층과 세라믹 코팅층의 탄성계수가 유사하며, 세라믹 코팅층의 세라믹 코팅층의 임계 하중이 9N 이상일 경우 세라믹 코팅층의 강도와 응력이 증가하여, 세라믹 코팅층을 균열발생 없이 올릴 수 있는 두께는 30 내지 60㎛가 될 수 있다. 세라믹 코팅층의 두께가 30㎛ 미만인 경우에는 코팅층의 내구성, 내마모성과 같은 기계적 물성과 내식성과 같은 화학적 물성이 저하될 우려가 있고, 세라믹 코팅층의 두께가 60㎛를 초과하는 경우에는 기계적 화학적 물성이 향상되나 열전도율이 저하될 우려가 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (iv) 단계에서의 세라믹 코팅층은 습식 분무코팅으로 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다. 습식코팅은 코팅물질이 용제에 혼합되어 일정한 점도를 갖는 상태에서 소재 표면에 전사된 후 용제 휘발 및 경화 공정을 거쳐 완성되는 방식으로 별도의 용제를 사용하지 않는 건식코팅과 차이점을 가진다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 일실시예는 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법을 이용하여 제조되는 가열조리기기용 복합 소재를 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 일실시예는 가열조리기기용 복합 소재를 이용하여 제조되는 가열조리기기를 제공한다.
이하, 본 발명의 실시예 및 실험예를 기재한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아님을 명시한다.
[실시예 1]
금속소재 기재의 표면을 통상적인 방법을 이용하여 전처리 공정을 거친 다음, 샌드블라스트 공정을 이용하여 금속소재 기재 표면에 균일한 높이의 조도를 가지는 요철을 형성하였다. 요철이 형성된 금속소재 기재를 예열한 다음, 금속소재 기재 표면상에 세라믹층을 형성하고 건조 및 소성 단계를 거쳐 세라믹 코팅을 형성하였다.
[실험예 1]
금속소재 기재 표면에 다른 물질로 코팅할 때, 일정 높이의 조도를 형성하여 물리적 접촉면적을 증가시킴으로써 접착력을 향상시킬 수 있다. 또한 코팅시 접착력 확보와 함께 균열방지도 고려되어야 한다. 표면조도에 따른 접착력 및 균열방지 효과를 분석하기 위해, 표면조도를 2.22㎛, 3.62㎛, 5㎛로 달리하되, 상기 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 금속소재 기재에 세라믹 코팅층을 형성하였다. 도 2와 도 3을 참조하여 보면, 접착력 테스트 결과 세라믹 코팅층은 금속소재 기재 표면에 우수한 접착력을 보였고 박리 및 균열이 발생하지 않는 것을 확인하였다.
[비교예 1]
표면조도에 따른 접착력 및 균열방지 효과를 분석하기 위해, 표면조도를 1㎛, 1.56㎛, 1.86㎛로 달리하되, 상기 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 금속소재 기재에 세라믹 코팅층을 형성하였다. 도 2와 도 3을 참조하여 보면, 접착력 테스트 결과 재료와 같은 공정을 적용했음에도 불구하고 표면조도가 낮아 접촉면적이 감소하여 접착력이 저하되었고 세라믹 코팅층의 균열이 발생하는 것을 확인하였다.
[비교예 2]
표면조도에 따른 접착력 및 균열방지 효과를 분석하기 위해, 표면조도를 5.2㎛, 7.5㎛, 10㎛로 달리하되, 상기 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 금속소재 기재에 세라믹 코팅층을 형성하였다. 도 2와 도 3을 참조하여 보면, 접착력 테스트 결과 표면조도가 증가하면 접착력이 증가하는 것을 확인하였다. 하지만 상기 범위와 같이 너무 높은 표면조도는 세라믹 코팅층에 균열을 발생시키는 것을 확인하였다.
따라서 세라믹 코팅층의 내부식성을 향상시키는 방안으로 균열방지와 함께 접착력을 향상시키는 표면조도는 2 내지 5㎛인 것을 확인하였다.
[실험예 2]
표면조도에 따른 임계 하중을 분석하기 위해, 실시예 1과 동일한 조건 및 방법으로 금속소재 기재에 세라믹 코팅층을 형성한 후, 다이아몬드 바늘을 이용하여 스크래치 실험을 진행하였다. 세라믹 코팅된 금속소재 기재에 다이아몬드 바늘을 놓고 하중을 점진적으로 증가시킨다. 일정 하중에 도달하였을 때 스크래치 영역 주위의 코팅층에서 손상이 발생하고, 이 때 하중값을 접착력 값으로 사용한다. 도 4를 참조하여 보면, 세라믹 코팅층의 표면조도가 증가할수록 임계 하중이 증가하였고, 임계 하중이 9N 이상일 때 세라믹 코팅층의 강도와 응력이 우수한 것을 확인하였다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. (i) 금속소재의 기재를 전처리하여 준비하는 단계;
    (ii) 상기 전처리된 금속소재의 기재 표면을 연마하여 요철을 형성하는 단계;
    (iii) 상기 요철이 형성된 금속소재의 기재를 예열하는 단계;
    (iv) 상기 예열된 금속소재의 기재 표면상에 세라믹 코팅층을 형성하는 단계; 및
    (v) 상기 세라믹 코팅층을 형성한 금속소재의 기재를 건조 및 소성시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 (ii) 단계에서의 요철은 샌드블라스트 공정을 이용하여 수행되고, 상기 샌드블라스트 공정의 압력은 3 내지 7.5 bar의 조건에서 수행되고, 상기 샌드블라스트 공정의 샌드입자의 크기는 0.3 내지 0.6 ㎛이고, 상기 샌드블라스트 공정의 샌드입자는 서스볼(sus ball)인 것을 특징으로 하고,
    상기 (ii) 단계에서의 금속소재 기재의 표면조도는 2 내지 5 ㎛인 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 (iv) 단계에서의 세라믹 코팅층의 두께는 30 내지 60μm인 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 (iv) 단계에서의 세라믹 코팅층의 임계 하중(critical load)은 9N 이상인 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 (iv) 단계에서의 세라믹 코팅층은 습식 분무코팅으로 수행되는 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법.
  10. 청구항 1의 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법을 이용하여 제조되는 가열조리기기용 복합 소재.
  11. 청구항 10의 가열조리기기용 복합 소재를 이용하여 제조되는 가열조리기기.
KR1020160057621A 2016-05-11 2016-05-11 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법 KR101680867B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160057621A KR101680867B1 (ko) 2016-05-11 2016-05-11 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160057621A KR101680867B1 (ko) 2016-05-11 2016-05-11 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101680867B1 true KR101680867B1 (ko) 2016-11-29

Family

ID=57706560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160057621A KR101680867B1 (ko) 2016-05-11 2016-05-11 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101680867B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111432511A (zh) * 2019-01-09 2020-07-17 浙江绍兴苏泊尔生活电器有限公司 发热盘加热层的处理方法及烹饪容器的发热盘
KR20220087059A (ko) * 2020-12-17 2022-06-24 이만홍 디스플레이 패널용 반송 플레이트 제조 방법 및 이에 의해 제조된 디스플레이 패널용 반송 플레이트
CN114798394A (zh) * 2022-06-27 2022-07-29 吉林大学 一种基于纳秒激光加工提高聚己内酯涂层结合力的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100871877B1 (ko) * 2008-07-04 2008-12-03 (주) 더몰론코리아 세라믹 코팅 철강재 가열조리기구 및 그 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100871877B1 (ko) * 2008-07-04 2008-12-03 (주) 더몰론코리아 세라믹 코팅 철강재 가열조리기구 및 그 제조방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111432511A (zh) * 2019-01-09 2020-07-17 浙江绍兴苏泊尔生活电器有限公司 发热盘加热层的处理方法及烹饪容器的发热盘
KR20220087059A (ko) * 2020-12-17 2022-06-24 이만홍 디스플레이 패널용 반송 플레이트 제조 방법 및 이에 의해 제조된 디스플레이 패널용 반송 플레이트
KR102477004B1 (ko) * 2020-12-17 2022-12-12 이만홍 디스플레이 패널용 반송 플레이트 제조 방법 및 이에 의해 제조된 디스플레이 패널용 반송 플레이트
CN114798394A (zh) * 2022-06-27 2022-07-29 吉林大学 一种基于纳秒激光加工提高聚己内酯涂层结合力的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101680867B1 (ko) 세라믹 코팅층의 균열방지를 위한 표면구조를 갖는 금속소재의 제조방법
US11779989B2 (en) Coated metal mold and method for manufacturing same
TW201413801A (zh) 在先進元件的晶圓上粒子性能上所用的創新頂部塗佈方法
KR20140019947A (ko) 알루미늄 다이캐스팅 금형용 코팅재 및 이의 제조방법
JP6084996B2 (ja) 低温セラミックスコーティングの密着力強化方法
KR101680864B1 (ko) 내식성 금속 산화물층이 도입된 철계 기재의 세라믹 코팅방법
KR20060039922A (ko) 코팅
TWI711720B (zh) 金屬模具成型面之表面材料及金屬模具成型面之表面處理方法
KR20190108693A (ko) 용사 표면의 코팅 방법
CN113755780A (zh) 一种钛合金垫圈用复合涂层及其制备方法
US20100239429A1 (en) Wear protection coating
KR101186526B1 (ko) 배관 부식방지용 세라믹 코팅방법
TW201908130A (zh) 殼體及所述殼體的製作方法
CN1443893A (zh) 具有硬保护层表面的熨斗底板
KR102059628B1 (ko) 철판의 알루미늄 용사 방법 및 이를 이용한 철판 조리용기
TWI699441B (zh) 大氣常壓低溫電漿鍍製抗刮疏水層的方法
KR101683077B1 (ko) 내식성 Si 산화물층이 도입된 철계 기재의 세라믹 코팅방법
RU2677906C1 (ru) Способ комбинированного упрочнения поверхностей деталей
TWI716170B (zh) 無酸磷化金屬板材的處理方法
JP3095668B2 (ja) 防食構造及びその製造方法
CN112553559A (zh) 一种基材等离子喷涂工艺
JP3637720B2 (ja) 表面皮膜密着性にすぐれたステンレス鋼板とその製造方法
CN109371388A (zh) 一种具有保护层的五金件的处理工艺
CN111172527B (zh) 一种利用氧化铬析出偏聚性和攀附性将微米级材料涂覆氧化铬涂层的方法及加速方法
JP7162153B1 (ja) 溶射皮膜の密着性を高めた石英ガラス基材と、その製造方法、および溶射皮膜を有する石英ガラス部品の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190925

Year of fee payment: 4