KR102659749B1 - 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소강과, 상기 탄소강 일측 표면에 특정 두께의 아연 도금층이 형성되어 있고, 상기 도금층 상부에 알루미늄이 클래드 접합하여 적층된 알루미늄층이 형성된 아연도금강-알루미늄 클래드재에 관한 것이다.
Description
본 개시는 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소강과, 상기 탄소강 일측 표면에 특정 두께의 아연 도금층이 형성되어 있고, 상기 도금층 상부에 알루미늄이 클래드 접합하여 적층된 알루미늄층이 형성된 아연도금강-알루미늄 클래드재에 관한 것이다.
클래드재란 일반적으로 두 가지 이상의 금속재료의 표면을 접합하여 일체화시킨 적층형의 복합재료로서, 이와 같은 클래드재를 적절히 사용하는 경우 클래드재에 사용되는 금속재료 각각의 장점을 극대화하면서도 고가의 소재의 사용을 절약할 수 있어, 클래드재는 각종 응용 분야에 널리 사용되고 있다.
이와 같은 클래드재 중 스테인리스강 또는 탄소강의 일측 표면에 알루미늄을 접합시킨 알루미늄 클래드재의 경우 우수한 물성을 바탕으로 주방용품, 가전제품, 자동차 부품, 원자력 관련 제품, 석유화학제품을 위한 압력용기 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있으며, 그 중에서도 응용성이 크고 활발하게 적용되는 분야는 주방용품의 제조 분야이다.
클래드재 중 스테인리스강-알루미늄 클래드재는, 스테인리스강과 알루미늄 각각의 고유한 물성에서 비롯된 장점을 가짐으로서, 알루미늄의 낮은 비중과 높은 열전도도 및 스테인리스강의 우수한 내식성 및 가공성 등의 장점을 모두 갖는 것을 통해 일반 가정에서 사용되는 조리 용기, 핫 플레이트 및/또는 인덕션과 같은 전자적 가열 방식을 위한 조리 용기, 건자재, 플랜트에 사용되는 열 교환기용 재료, 자동차, 선박 등에 사용되는 각종 부품을 제작하기 위한 용도로 우수한 적용성을 가진다.
이와 같은 다양한 용도 및 응용가능성을 바탕으로, 스테인리스강-알루미늄 클래드재는 점차 다양한 분야에서 기존에 사용되던 소재를 대체하고 있다. 이처럼 현재 이와 같은 스테인리스강-알루미늄 클래드재의 용도가 구체적으로 확인되고 그 우수성이 입증됨에 따라, 특히 주방용품 분야에서는 스테인리스강의 우수한 내식성 및 가공성의 이점을 취하면서도, 우수한 열전도도를 갖는 알루미늄 소재를 사용하는 것을 통해 스테인리스강의 낮은 열전도도를 보완할 수 있는 소재로서 스테인리스강-알루미늄 클래드재가 널리 사용되고 있다.
최근 주방용품의 사용에서는 에너지원을 연소시켜 얻는 열을 사용하는 조리 방식 대신, 낮은 위험성을 가지면서도 보다 환경친화적인 유도가열장치의 이용이 점차 증가하고 있다. 이와 같은 유도가열장치를 사용하는 경우, 연소 방식과의 차이점에 특화된 소재의 선택이 주방용품의 성능에 큰 영향을 미치게 되어, 스테인리스강-알루미늄 클래드재 또는 스테인리스강-알루미늄-스테인리스강 클래드재가 널리 사용되고 있다.
이와 같은 소재는 유도가열장치를 사용하여 주방용기 내지는 주방용기에 내포된 식재료를 가열하기 위해서는 주방용기의 소재가 자성을 가져야 함에 따라 이중 클래드재의 경우 외부는 페라이트계 스테인리스강이 위치하고, 음식물과 접촉하는 내부는 알루미늄이 위치하되 음식물과 직접 접촉하는 알루미늄의 일 측면에는 수지 코팅을 하고 있다. 또한, 삼중 클래드재의 경우 외부는 페라이트계 스테인리스강이 위치하고, 가운데는 알루미늄이 위치하고, 음식물과 직접 접촉하는 층은 오스테나이트계 스테인리스강이 위치하도록 구성되는 것이 일반적이다.
그러나, 페라이트계 스테인리스강의 경우 성형 과정에서 고질적인 표면결함인 이랑(ridging, roping)이 발생하고, 이를 제거하기 위해서는 수십 ㎛의 두께를 연마 제거하여야 하는 등, 추가적인 공정이 요구됨에 따라 생산 비용이 증가하고, 30% 수준의 낮은 신율을 가짐에 따라 클래드 조건 내지는 성형 조건이 완벽하게 통제되지 않는 경우 성형 과정에서 잦은 파손이 발생하여 낮은 수율을 갖는다는 문제점이 존재한다.
또한, 환경에 대한 각종 우려 및 에너지 절약에 대한 지속적인 요구로 인해, 유도가열장치의 보급률이 점차 증가하는 것에 비하여, 스테인리스강의 높은 가격 및 스테인리스강의 사용에 따른 공정비용의 증가는 이를 사용한 주방용품의 보급에 부정적인 영향을 미침에 따라, 스테인리스강-알루미늄 클래드재를 대체하면서도 이에 준하거나 그 이상의 장점을 갖는 클래드재의 개발이 절실하게 요구되고 있는 실정이다.
본 개시는 전술한 바와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 알루미늄 도금 스테인리스강에 비해 상대적으로 저렴한 아연도금강을 사용한 아연도금강-알루미늄 클래드재를 제공하여, 경제적이면서도 우수한 생산성을 갖는 클래드재를 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 알루미늄 도금 스테인리스강을 사용한 스테인리스강-알루미늄 클래드재와 비교하였을 때 동등하거나 그 이상의 내식성 및 유도전류가열장치 적합성을 갖는 아연도금강-알루미늄 클래드재를 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 상대적으로 저온의 가열조건에서도 우수한 코팅성을 갖는 아연도금강-알루미늄 클래드재를 제공하여, 불소 수지 코팅 외에도 세라믹 코팅 및 PEEK 코팅을 형성하기에 적합한 아연도금강-알루미늄 클래드재를 제공하고자 한다.
본 개시가 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 않은 본 개시가 해결하고자 하는 과제들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 보통의 지식을 가진 자(이하 "통상의 기술자")에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위하여 제공되는 본 개시에 따른 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재는, 탄소강, 상기 탄소강의 일측 표면에 형성된 특정 두께의 아연 도금층, 및 상기 도금층 상부에 클래드 접합하여 적층된 알루미늄층을 갖는 것을 특징으로 하는, 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재일 수 있다.
일 예로, 아연도금강-알루미늄 클래드재는 아연도금강의 일측 표면에 알루미늄층을 적층한 다음 압연하여 형성되는 것일 수 있고, 상기 압연은 압연기 롤 온도 30 내지 300℃에서 수행되는 것일 수 있다.
일 예로, 아연도금강-알루미늄 클래드재는 추가의 열처리 소둔이 수행되는 것일 수 있고, 상기 열처리 소둔은 200 내지 250℃ 조건에서 30 내지 100분 동안 수행되는 것일 수 있으며, 상기 열처리 소둔된 아연도금강-알루미늄 클래드재의 접합 강도는 200N/10mm 내지 1500N/10mm일 수 있다.
일 예로, 상기 탄소강은 0.2 내지 1.2mm의 두께를 갖는 것일 수 있다.
일 예로, 상기 아연 도금층은 10 내지 80㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다.
일 예로, 상기 알루미늄층은 1.0 내지 5.0mm의 두께를 갖는 것일 수 있다.
일 예로, 상기 탄소강의 타측 표면은 단일종 금속, 금속 합금, 금속 산화물, 및 고경도 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 보호층으로 코팅된 것일 수 있다.
일 예로, 상기 보호층은 스테인리스강, 산화알루미늄(Al2O3), 또는 산화알루미늄-이산화티탄(Al2O3-TiO2)일 수 있다.
일 예로, 상기 고경도 수지는 폴리아릴레이트(Polyarylate)일 수 있다.
일 예로, 상기 알루미늄층의 표면은 비금속 코팅층으로 코팅된 것일 수 있다.
일 예로, 상기 비금속 코팅층은 불소 수지 코팅, 세라믹 코팅, 및 PEEK 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 비금속 코팅층일 수 있다.
본 개시에 의하면, 알루미늄 도금 스테인리스강에 비해 상대적으로 저렴한 아연도금강을 사용한 아연도금강-알루미늄 클래드재가 제공되어, 경제적이면서도 우수한 생산성을 갖는 클래드재가 제공될 수 있다.
또한, 본 개시에 의하면, 알루미늄 도금 스테인리스강을 사용한 스테인리스강-알루미늄 클래드재와 비교하였을 때 동등하거나 그 이상의 내식성 및 유도전류가열장치 적합성을 갖는 아연도금강-알루미늄 클래드재가 제공될 수 있다.
또한, 본 개시에 의하면, 상대적으로 저온의 가열조건에서도 우수한 코팅성을 갖는 아연도금강-알루미늄 클래드재가 제공되어, 불소 수지 코팅 외에도 세라믹 코팅 및 PEEK 코팅을 형성하기에 적합한 아연도금강-알루미늄 클래드재가 제공될 수 있다.
또한, 본 개시에 의하면, 아연도금층 및 알루미늄층의 우수한 접합성을 바탕으로 3중 이상의 구조를 갖는 고사양의 클래드재를 제공할 수 있다.
본 개시에 따른 우수한 및/또는 유용한 효과는 상기한 본 개시의 효과로 제한되는 것이 아니고, 통상의 기술자는 본 명세서의 개시를 바탕으로 본 명세서에 명시적으로 개시되지 않은 본 개시의 우수한 및/또는 유용한 효과를 또한 자명하게 인식할 수 있을 것이며, 이는 본 명세서가 의도적으로 개시하는 것으로서, 본 개시의 범위에 자명하게 포함됨이 이해되어야 한다.
도 1은 본 개시에 따른 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재의 단면을 도식화하여 나타낸 도이다.
도 2는 본 개시에 따른 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재의 알루미늄층 표면에 수지 코팅층이 형성된 단면을 도식화하여 나타낸 도이다.
도 3은 본 개시에 따른 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재의 접합평가 과정을 설명하기 위한 도이다.
도 4는 본 개시에 따른 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재를 성형프레스를 사용하여 성형한 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 본 개시에 따른 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재의 알루미늄 표면층에 세라믹 코팅층을 수행한 결과를 나타낸 도이다.
도 2는 본 개시에 따른 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재의 알루미늄층 표면에 수지 코팅층이 형성된 단면을 도식화하여 나타낸 도이다.
도 3은 본 개시에 따른 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재의 접합평가 과정을 설명하기 위한 도이다.
도 4는 본 개시에 따른 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재를 성형프레스를 사용하여 성형한 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 본 개시에 따른 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재의 알루미늄 표면층에 세라믹 코팅층을 수행한 결과를 나타낸 도이다.
이하, 본 개시에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통용되는 사전적 의미로 한정하여 해석되도록 의도된 것이 아니며, 본 개시가 속하는 기술분야에서 보통의 지식을 가진 자는 상기 용어 또는 단어를 본 명세서 및 특허청구범위가 자명하게 전달하고자 하는 관념을 표현하는 범위 내에서 본 개시가 의미하는 바를 전달하기 위한 범위의 의미로 사용된 것으로 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 명세서에 기재된 실시예 및 상기 실시예에 기재된 구성들은 통상의 기술자에게 본 개시가 이해되고 또 이를 재현할 수 있도록 하기 위해 단지 예시로 제시된 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 개시를 이에 한정시키고자 하는 의도가 아님을 통상의 기술자는 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 명세서에서 기술되는 각각의 구성에 관한 설명 및 구체적인 실시예는 각각의 다른 설명 및 실시예에도 자명하게 적용될 수 있다. 즉, 본 명세서에서 개시되는 다양한 구성과 구체적인 실시예의 모든 조합은 본 개시가 개시하는 범위에 속하는 것으로 통상의 기술자는 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 '및/또는'은, 언급된 항목들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함하는 용어이다. 또한, 단수형 용어는 별도로 언급되지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 명세서에서 사용하는 '포함한다(comprising)' 및/또는 '포함하는(comprising)'의 용어는 언급된 항목들 외의 다른 항목의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 용어이다.
본 명세서에서 용어 '내지'를 사용하여 나타낸 수치의 범위는, 상기 용어의 앞과 뒤에 기재된 값을 각각 하한 값과 상한 값으로써 포함하는 수치의 범위를 나타낸다. 임의의 수치 범위의 상한과 하한으로서의 수치 값이 각각 복수 개로 개시된 경우, 본 명세서에서 개시하는 수치의 범위는 복수의 하한 값 중 임의의 하나의 값 및 복수의 상한 값 중 임의의 하나의 값을 각각 하한 값 및 상한 값으로 하는 임의의 수치의 범위로 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 '약' 또는 '대략'은, 사용되는 경우, 상기 용어의 뒤에 기재된 값 또는 수치 범위의 10% 이내의 값 또는 수치 범위를 의미한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적인 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 개시의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 기재된 구성은 본 개시의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 개시의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
한편, 본 명세서에서 개시된 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시예에도 적용될 수 있다. 즉, 본 명세서에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 개시의 범주에 속하고, 일 구현예에서 생략된 기재는 다른 구현예에서 기재된 바와 같은 방식으로 해석될 수 있다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 개시의 범주가 제한된다고 볼 수 없다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재가 제공될 수 있다.
예를 들어, 상기 아연도금강-알루미늄 클래드재는, 탄소강, 상기 탄소강의 일측 표면에 형성된 특정 두께의 아연 도금층, 및 상기 도금층 상부에 클래드 접합하여 적층된 알루미늄층을 갖는 것을 특징으로 하는, 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재일 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재(10)의 단면을 도식화하여 나타낸 도이다. 도 1을 참조하면, 탄소강(101)의 일측 표면에 형성된 아연도금층(102)이 알루미늄층(103)과 접촉하여 형성된 클래드재(10)의 구성을 확인할 수 있다. 상기 탄소강(101)의 일측 표면은 아연도금층(102)과 예를 들어 전기적 도금 방식 또는 용융 도금 방식을 사용하여 적층되도록 구성될 수 있고, 상기 아연도금층(102)의 일측 표면은 알루미늄층(103)과 예를 들어 클래드 접합 방식을 사용하여 적층되도록 구성될 수 있다.
상기 아연도금강-알루미늄 클래드재는, 탄소강의 일측 표면에 형성된 특정 두께의 아연 도금층을 갖는 아연도금강을 클래드 방식으로 알루미늄과 클래드 접합하는 것을 통해, 우수한 열전도성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 아연도금강-알루미늄 클래드재가 유도전류가열방식으로 가열되는 경우, 자성을 갖는 탄소강에 의해 상기 클래드재에 열이 발생할 수 있고, 발생된 열은 우수한 열전도성을 갖는 알루미늄에 의해 외부로 전달될 수 있다.
상기 아연도금강-알루미늄 클래드재는, 탄소강의 일측 표면에 형성된 특정 두께의 아연 도금의 아연이 알루미늄과 클래드 접합하였을 때 알루미늄-아연 복합층을 형성하여 우수한 접합성을 가질 수 있고, 이는 전체 클래드재의 사용성 및 내구성을 극대화할 수 있고, 종래의 알루미늄 코팅된 탄소강이 알루미늄과 클래드 접합하여 형성된 클래드재와 비교하였을 때에도 동등하거나 더 나은 접합성 내지는 내구성을 가질 수 있다.
상기 아연도금강-알루미늄 클래드재는 아연도금강의 일측 표면에 알루미늄층을 적층한 다음 압연하여 형성되는 것일 수 있고, 상기 압연은 압연기 롤 온도 30 내지 300℃에서 수행되는 것일 수 있다.
상기 아연도금강-알루미늄 클래드재는 추가의 열처리 소둔이 수행되는 것일 수 있고, 상기 열처리 소둔은 200 내지 250℃ 조건에서 30 내지 100분 동안 수행되는 것일 수 있으며, 상기 열처리 소둔된 아연도금강-알루미늄 클래드재의 접합 강도는 200N/10mm 내지 1500N/10mm일 수 있다.
예를 들어, 상기 탄소강은 0.2 내지 1.2mm의 두께를 갖는 것일 수 있다. 상기 탄소강은 본 개시가 속하는 기술분야에서 일반적으로 사용되는 탄소강일 수 있고, 상기 탄소강의 두께는 상기 수치범위를 만족하는 경우 유도가열성(IH)의 향상 및 열전달 무게의 개선이 달성될 수 있고, 상기 탄소강의 두께가 0.2mm 미만인 경우 유도가열성이 불량하다는 문제점이 있고, 상기 탄소강의 두께가 1.2mm 초과인 경우 열전달 속도가 너무 늦고 클래드재의 무게가 필요 이상으로 증가한다는 문제점이 있으므로, 상기 탄소강의 두께는 상기 수치범위를 만족하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 아연 도금층은 10 내지 80㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다. 상기 아연 도금층은 본 개시가 속하는 기술분야에서 일반적으로 사용되는 방식을 통해 도금된 것일 수 있고, 예를 들면 전기적 방식의 도금 및 용융 도금 방식이 사용될 수 있다. 상기 아연 도금층은 탄소강의 일측 면에 얇게 도금되어 알루미늄과의 클래드 접합 과정에서 탄소강의 표면에 산화층이 형성되는 것을 방지하여 최종 수득되는 클래드재의 접합성 및 내구성을 개선할 수 있고, 상기 아연 도금층의 두께가 10㎛ 미만인 경우 균일하고 치밀한 도금층의 형성이 어렵다는 문제점이 있고, 상기 아연 도금층의 두께가 80㎛ 초과인 경우 아연 도금층이 쉽게 박리됨에 따라 최종 수득되는 클래드재의 접합성이 떨어진다는 문제점이 있으므로, 상기 아연 도금층의 두께는 상기 수치범위를 만족하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 알루미늄층은 1.0 내지 5.0mm의 두께를 갖는 것일 수 있다. 상기 알루미늄층은 단일 알루미늄 금속으로 이루어진 것일 수 있고 알루미늄 합금일 수 있다. 예를 들면 상기 알루미늄층은 AA1050(순수 Al), AA3003(0.8% Mn 함유된 Al-Mn합금) 등이 사용될 수 있다. 상기 알루미늄층의 두께는 적용분야 및 필요에 따라 정해질 수 있으며, 상기 알루미늄층의 두께가 1.0mm 미만인 경우 최종 수득되는 클래드재의 열전도율이 충분하지 않다는 문제점이 있고, 상기 알루미늄층의 두께가 5.0mm 초과인 경우 가열 및 냉각이 반복되는 경우 접합성이 떨어진다는 문제점이 있으므로, 상기 알루미늄층의 두께는 상기 수치범위를 만족하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 탄소강의 타측 표면은 단일종 금속, 금속 합금, 금속 산화물, 및 고경도 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 보호층으로 코팅된 것일 수 있다. 상기 탄소강의 타측 표면은 대기 중에 노출되어 산화될 수 있으므로 이를 방지하기 위한 보호층이 적용될 수 있다. 상기 보호층은 상기 탄소강의 부식을 방지하는 역할을 수행하면서, 탄소강의 내마모성 및 내부식성을 개선하고 외관을 개선하기 위한 목적으로 도입될 수 있다. 예를 들면, 상기 보호층은 스테인리스강, 산화알루미늄(Al2O3), 또는 산화알루미늄-이산화티탄(Al2O3-TiO2)일 수 있고, 다른 예를 들면, 상기 고경도 수지는 폴리아릴레이트(Polyarylate)일 수 있다. 상기 폴리아릴레이트는 매우 높은 경도를 갖는 것을 통해 본 개시에 따른 클래드재의 탄소강 표면을 외부 충격으로부터 보호할 수 있고, 우수한 외관 특성을 갖는 것을 통해 본 개시에 따른 클래드재가 주방용기에 사용되었을 때 다양한 추가 응용이 가능하도록 할 수 있다.
예를 들어, 상기 알루미늄층의 표면은 비금속 코팅층으로 코팅된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 비금속 코팅층은 불소 수지 코팅, 세라믹 코팅, 및 PEEK 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 비금속 코팅층일 수 있다. 본 개시에 따른 클래드재는 아연코팅층과 알루미늄층이 우수한 접합성을 나타내는 것을 통해, 상대적으로 저온의 가열조건에서도 알루미늄층의 표면에 다양한 코팅층을 형성할 수 있도록 하고, 특히 불소 수지 코팅 외에도 세라믹 코팅 및 PEEK 코팅을 형성하기에 적합할 수 있다. 예를 들면, 본 개시에 따른 클래드재는 400℃ 이상의 온도에서 불소 수지 코팅을 형성하였을 때 균질도가 우수한 치밀한 구조의 코팅층을 가질 수 있고, 250 내지 270℃의 온도에서 세라믹 코팅을 형성하였을 때에도 균질도가 우수한 치밀한 구조의 코팅층을 형성할 수 있어, 코팅층을 형성하였을 때에도 생산비용을 절감할 수 있다.
도 2는 본 개시에 따른 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재(20)의 알루미늄층 표면에 수지 코팅층이 형성된 단면을 도식화하여 나타낸 도이다. 도 2를 참조하면, 탄소강(201)의 일측 표면에 형성된 아연도금층(202)이 알루미늄층(203)과 접촉하여 형성되고, 상기 알루미늄층(203)의 표면에 위치한 비금속 코팅층(204)의 구성을 확인할 수 있다. 상기 비금속 코팅층은 예를 들어 딥코팅, 스프레이 코팅, 용사코팅 등의 여러 표면 코팅 수단을 사용하여 형성될 수 있다.
상기에서와 같이, 본 개시에 따른 아연도금강-알루미늄 클래드재는 종래의 스테인리스 강-알루미늄 클래드재의 스테인리스가 상변태를 하지 않아 발생되던 이랑(riding)이 발생되지 않아 우수한 성형성을 가지면서도, 탄소강의 아연도금층이 알루미늄과 우수한 접합 특성을 나타내는 것을 통해 각종 산업 분야에서의 응용이 가능하며, 특히 주방용 소재로 사용되기에 적합한 특성을 가질 수 있다.
이하 본 개시의 하나 이상의 예시를 실시예를 통해 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 예시를 설명하기 위한 것으로, 본 개시의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
두께 0.8mm의 아연도금 강판으로서 탄소강의 양측 표면에 90g/m2의 두께로 아연이 도금된 380 x 255 규격의 아연도금 강판 및 1.790mm의 순도 99% 이상의 380 x 235 규격 A1100 판재를 준비하였다. 상기 아연도금 강판으로는 일반 갈바륨, POSCO사의 PosMAC, POSCO C&C사의 MACOSTA, 아연이 포함된 특수강 등이 사용될 수 있고, 본 실시예에서는 POSCO사의 갈바륨 소재 강판을 사용하였다. 압연기를 가열로 세팅 온도 340℃, 가열로 출구측 소재온도 260℃, 압연기 롤온도 70℃로 준비하고, 상기 아연도금 강판의 표면에 A1100를 두 겹 적층한 다음 압연기 전단에 있는 가열로에 소재를 투입하여 클래드 압연을 위해 소재 표면를 증가시키고 압연하여 최종 두께 2.3mm의 아연도금층/탄소강/아연도금층/A1100층 클래드 판재를 제조하였고, 압연 통판성은 양호한 것으로 평가되었다. 소재 압연 압하율은 40 내지 60%로 측정되었다. 이를 실시예 1 클래드 판재로 준비하였다.
실시예 2
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 수득된 클래드 판재를 220℃에서 70분 동안 소둔하였다. 이를 실시예 2 클래드 판재로 준비하였다.
비교예 1
두께 0.5mm의 페라이트계 스테인리스 강인 sus430J1에, 두께 3.5mm의 알루미늄 합금인 AA1050(순수 Al)을 적층한 다음, 300℃에서 압연하여 최종두께 3.0mm의 클래드 판재를 제조하였다. 상기에서 제작된 클래드 판재를 320℃에서 15분 동안 소둔하였다. 이를 비교예 1 클래드 판재로 준비하였다.
실험예 1
상기 실시예 1 및 2 클래드 판재 및 비교예 1 클래드 판재의 접합강도를 T형 테스트로 인장하여 평가하였다. 도 3을 참조하면, 실시예 1 및 2 클래드 판재 및 비교예 1 클래드 판재의 접합 강도 평가 과정을 확인할 수 있다. 접합 강도를 평가한 결과, 미소둔 상태인 실시예 1 클래드 판재의 접합 강도는 200N/10mm로 평가되었고, 소둔 상태인 실시예 2 판재의 접합 강도는 500N/10mm로 평가되어, 일반적인 규격치수인 60N/5mm를 크게 상회하는 것으로 확인되었다. 한편, 비교예 1 클래드 판재의 접합 강도는 약 180N/10mm로 평가되어, 본 개시에 따른 클래드 판재와 비교하였을 때 부족한 접합강도를 가지는 것으로 확인되었다.
실험예 2
상기 실시예 1 및 2에서 제조된 클래드 판재의 성형성을 평가하였다. 도 4를 참조하면, 실시예 1 및 2 클래드 판재를 주방용기 성형프레스를 사용하여 테스트한 결과를 확인할 수 있다. 성형 후 육안으로 평가한 결과, 별도의 크랙이나 이랑이 발생하지 않은 것이 확인되었고, 연신상태 또한 양호한 것으로 확인되었으며, 본 개시에 따른 아연도금강판-알루미늄 클래드재의 성형성은 알루미늄도금강판-알루미늄 클래드재와 비교하였을 때에도 동등하거나 오히려 뛰어난 것으로 확인되었다.
실험예 3
상기 실시예 1 및 2에서 제조된 클래드 판재의 유도가열성을 각각의 클래드 판재를 밥솥 형태로 성형한 다음 17℃의 물 1500ml를 넣고 2kw의 유도가열 조리기를 사용하여 가열을 시작한 다음 상기 물이 100℃에 도달하기까지 소요된 시간을 측정하였다. 그 결과, 실시예 1 클래드 판재를 사용한 경우 360초, 실시예 2 클래드 판재를 사용한 경우 337초의 시간이 소요되었고, 비교예 1 클래드 판재를 사용한 결과 450초의 시간이 소요된 것으로 확인되어, 본 개시에 따른 클래드 판재의 유도전류가열장치 적합성이 특히 우수한 것으로 확인되었다.
실험예 4
상기 실시예 1 및 2에서 제조된 클래드 판재의 코팅성을 평가하였다. 도 5를 참조하면, 실시예 1 및 2 클래드 판재의 알루미늄 표면층에 세라믹 코팅층을 수행한 결과를 확인할 수 있다. 260℃에서 세라믹 코팅을 수행한 후 육안으로 평가한 결과, 균일한 코팅층이 형성되고 크랙이 발생하지 않은 것이 확인되었다.
전술한 바와 같은 실시예 및 실험예를 바탕으로, 본 개시에 따른 아연도금강-알루미늄 클래드재는 우수한 물성을 갖는 것에 더하여 경제적이면서도 우수한 생산성을 갖고, 알루미늄 도금 스테인리스강을 사용한 클래드재와 비교하였을 때에도 동등하거나 그 이상의 내식성 및 유도전류가열장치 적합성을 가지며, 상대적으로 저온의 가열조건에서도 우수한 코팅성을 갖는 것으로 확인되었고, 우수한 접합강도를 바탕으로 3중 이상의 구조를 갖는 고사양의 클래드재가 제공될 수 있음이 확인되었다.
이상으로, 본 개시의 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 통상의 기술자는 첨부된 청구항들 및 그에 동등한 것들에 의해 정의되는 바와 같은 본 실시예의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항들에 있어 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
10: 클래드재
101: 탄소강
102: 아연도금층
103: 알루미늄층
20: 클래드재
201: 탄소강
202: 아연도금층
203: 알루미늄층
204: 코팅층
101: 탄소강
102: 아연도금층
103: 알루미늄층
20: 클래드재
201: 탄소강
202: 아연도금층
203: 알루미늄층
204: 코팅층
Claims (11)
- 탄소강, 상기 탄소강의 일측 표면에 형성된 특정 두께의 아연 도금층, 및 상기 도금층 상부에 클래드 접합하여 적층된 알루미늄층을 갖고, 상기 알루미늄층의 표면은 세라믹 코팅 또는 PEEK인 비금속 코팅층으로 코팅되고, 상기 탄소강의 타측 표면은 스테인리스강, 산화알루미늄(Al2O3), 산화알루미늄-이산화티탄(Al2O3-TiO2), 또는 폴리아릴레이트(Polyarylate)인 보호층으로 코팅되는 것을 특징으로 하는, 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재.
- 제1항에 있어서, 상기 아연도금강-알루미늄 클래드재는 아연도금강의 일측 표면에 알루미늄층을 적층한 다음 압연하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재.
- 제2항에 있어서, 상기 압연은 압연기 롤 온도 30 내지 300℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재.
- 제3항에 있어서, 상기 아연도금강-알루미늄 클래드재는 추가의 열처리 소둔이 수행되는 것을 특징으로 하는, 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재.
- 제4항에 있어서, 상기 열처리 소둔은 200 내지 250℃ 조건에서 30 내지 100분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재.
- 제5항에 있어서, 상기 열처리 소둔된 아연도금강-알루미늄 클래드재의 접합 강도는 200N/10mm 내지 1500N/10mm인 것을 특징으로 하는, 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재.
- 제6항에 있어서, 상기 탄소강은 0.2 내지 1.2mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재.
- 제7항에 있어서, 상기 아연 도금층은 10 내지 80㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재.
- 제8항에 있어서, 상기 알루미늄층은 1.0 내지 5.0mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 주방용 아연도금강-알루미늄 클래드재.
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPH04319082A (ja) * | 1991-04-15 | 1992-11-10 | Nippon Steel Corp | 鋼／アルミニウムクラッド板材の製造方法 |
| KR101557713B1 (ko) * | 2015-03-05 | 2015-10-06 | 유한회사 한국 타코닉 | 비점착 특성이 개선된 조리기구 및 그의 제조방법 |
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2023
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Patent Citations (2)
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