WO2019017546A1 - 세라믹 코팅이 적용된 유도가열용 주방용기 및 이의 제작방법 - Google Patents

세라믹 코팅이 적용된 유도가열용 주방용기 및 이의 제작방법 Download PDF

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    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D

Definitions

  • the present invention relates to a kitchen container for induction heating to which a ceramic coating is applied and a manufacturing method thereof. More particularly, the present invention relates to a kitchen container used for induction heating, The present invention relates to a kitchen container using a multi-layer structure covered with an aluminum material and a manufacturing method thereof.
  • Metal materials used as kitchen containers are mostly aluminum with carbon steel, cast iron and stainless steel. Among them, aluminum material is 50% of metal material of kitchen container due to its light weight characteristics compared to iron material.
  • a magnetic material is required.
  • a magnetic force line generated in a coil passes through a kitchen container capable of induction heating, a swirling current is generated by a resistance component of a material constituting the kitchen container. Since the swirling current is converted into heat by the resistance component, Cooking can be performed.
  • Induction heating of a metal-containing kitchen container occurs at a particular frequency and induction heating does not occur in an aluminum kitchen container, which is normally non-magnetic. Therefore, application of induction heating to aluminum kitchen containers which are light in weight and used frequently requires technical solution.
  • the kitchen container is mainly made of metal material in the form of plate, and the final product is made by applying Teflon or ceramic coating to the surface.
  • ceramic coatings have the advantages of high hardness and environmental friendliness, there is a problem that the metal materials that can be applied due to the porous structure, which is a characteristic feature of the ceramic coating, are limited.
  • the oxide film is formed on the aluminum or titanium material, it is well applied without any problem of cracking or corrosion, but it is difficult to apply to the iron-based material which is sensitive to corrosion.
  • the porous structure of the ceramic coating layer provides a passage through which corrosive substances (oxygen ions, chlorine ions, etc.) can easily pass, when the ceramic coating is applied to the steel material, corrosion occurs, Resulting in problems such as deterioration and peeling of the coating layer.
  • the corrosive substance introduced through the pores reacts with the steel material to form iron oxide, which expands more than three times in volume, and generates tensile stress in the ceramic coating layer to crack or peel off the ceramic coating layer.
  • a magnetic material such as an iron-based material is required.
  • ceramic coating is applied, corrosion problems arise.
  • Patent Document 1 Korean Laid-Open Patent Application No. 10-2017-0017165
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a kitchen container for induction heating, which is developed to solve a difficult problem that a corrosion problem occurs when applied to an iron-based material due to the inherent porosity of the ceramic coating layer, And a manufacturing method thereof.
  • a magnetic material is required to manufacture a kitchen container for induction heating.
  • the ferromagnetic material of a magnetic material using a ceramic coating has a problem of corrosion and poor adhesion. Since an aluminum material applicable to a ceramic coating is a non-magnetic material, An iron-based material necessary for heating is necessary.
  • the present invention provides a kitchen container for induction heating to which a ceramic coating is applied and a manufacturing method thereof.
  • a kitchen container for induction heating there is provided a kitchen container for induction heating.
  • an aluminum plating layer positioned on the container body portion, an intermetallic compound layer formed between the container body portion and the aluminum plating layer, and a ceramic coating layer disposed on the aluminum plating layer, And the like.
  • the intermetallic compound layer may be a kitchen appliance for induction heating characterized by containing iron and aluminum.
  • the container body may have a thickness of 1 mm to 4 mm.
  • the thickness of the intermetallic compound layer may be 1 ⁇ to 5 ⁇ .
  • the thickness of the aluminum plating layer may be 10 ⁇ to 30 ⁇ .
  • the thickness of the ceramic coating layer may be 20 to 60 ⁇ ⁇ .
  • the ceramic coating layer is SiO 2, Al 2 O 3, CaO, BaO, ZnO, K 2 O, Na 2 O, F, NiO, CoO, CuO, TiO 2, MnO 2 or BeO And a cooking cavity for induction heating.
  • the container may further include an outer coating layer positioned below the container body.
  • the outer coating layer may be an induction heating cooker characterized by containing Teflon, titanium, fluorine resin, ceramic or enamel paint.
  • a method of manufacturing a ceramic body comprising the steps of: providing a container body portion made of a ferrous material; forming an aluminum plating layer on the container body portion and forming a ceramic coating layer on the aluminum plating layer; And an intermetallic compound layer is formed between the container body and the aluminum plating layer during the formation of the aluminum plating layer.
  • the present invention also provides a method of manufacturing a kitchen container for induction heating.
  • the step of forming the aluminum plating layer may be a manufacturing method of manufacturing a kitchen container for induction heating, which is formed by performing a molten aluminum plating method.
  • a kitchen container for induction heating which is manufactured by the above-described method for manufacturing a kitchen container for induction heating.
  • the present invention since it is a multi-layer structure in which a ferrous material as a magnetic material is used as a body portion and a thin aluminum layer is coated on a surface thereof, the present invention can be applied as an induction heating kitchen container.
  • Another effect of the present invention is to prevent the corrosive substance (oxygen ions, chlorine ions, etc.) introduced into the ceramic coating layer having porosity characteristics from corrosion of the iron-based material due to the existence of the aluminum plating layer.
  • an aluminum plating layer is applied between the iron-based material body portion and the ceramic coating layer to provide a better adhesive force effect than the adhesion between the iron-based material body portion and the ceramic coating layer.
  • the ceramic coating layer is coated on the surface of the kitchen container, so that the ceramic coating layer is prevented from sticking to the surface of the container when the food is cooked.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structural layer of a kitchen container for induction heating according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a manufacturing method for manufacturing an induction heating kitchen container according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a graph showing experimental results of corrosion rates in Comparative Examples and Production Examples according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a table showing results of salt water spray tests of Comparative Examples and Production Examples according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a structural layer of a kitchen container for induction heating according to an embodiment of the present invention.
  • a kitchen container for induction heating includes a container body 1 made of a ferrous material, an aluminum plated layer 3 positioned on the container body 1, An intermetallic compound layer 2 formed between the body portion 1 and the aluminum plating layer 3 and a ceramic coating layer 4 disposed on the aluminum plating layer 3.
  • the container body part 1 may be made of an iron-based material corresponding to a magnetic material capable of induction heating.
  • the iron-based material at this time may be a material containing iron as a main component and containing manganese, chromium, and the like.
  • the kitchen container according to the present invention can be induction-heated by constructing the container body part 1 with an iron-based material.
  • the thickness of the container body part 1 may be 1 mm to 4 mm.
  • the present invention is not limited to this, and the thickness of the container body part 1 can be determined in consideration of the form of the kitchen container and the induction heating efficiency.
  • the intermetallic compound layer (2) is located between the container body (1) and the aluminum plated layer (2).
  • the intermetallic compound layer 2 may be formed in the process of forming the aluminum plating layer 3 on the container body portion 1.
  • the intermetallic compound layer 2 at this time may include iron and aluminum.
  • the intermetallic compound layer 2 may include an Fe-Al-based intermetallic compound.
  • This intermetallic compound layer 2 enhances the adhesive strength between the iron body 1 and the aluminum plating layer 3 and can prevent cracking resistance and corrosion resistance of the iron body body 1 of the container body.
  • the thickness of the intermetallic compound layer 2 may be 1 ⁇ to 5 ⁇ . If the thickness of the intermetallic compound layer 2 is less than 1 ⁇ ⁇ , the adhesive strength between the container body portion 1 and the aluminum plating layer 3 may not be sufficient. If the thickness of the intermetallic compound layer 2 is more than 5 ⁇ ⁇ , brittleness may occur to a thick thickness and cracking may occur during plastic deformation through the pressing process. Also, if an excessively thick intermetallic compound layer is formed, the thickness of the aluminum plating layer may be lost.
  • the aluminum plated layer 3 may be placed on the container body part 1. [ At this time, when the aluminum plating layer 3 is formed on the container body 1, the intermetallic compound layer 2 may be formed between the container body 1 and the aluminum plating layer 3. Therefore, the aluminum plating layer 3 is placed on the intermetallic compound layer 2. [
  • the aluminum plating layer 3 serves to prevent corrosion of the container body 1 of the iron-based material due to penetration of the corrosive substance due to the porous property of the ceramic coating layer 4, and to improve adhesion to the ceramic coating layer.
  • the thickness of the aluminum plating layer 3 may be 10 [mu] m to 30 [mu] m.
  • the adhesion to the ceramic coating layer 4 is higher and the corrosion resistance and crack resistance of the iron-based material container body 1 can be further improved.
  • the ceramic coating layer 4 may be placed on the aluminum plated layer 3.
  • the ceramic coating layer 4 prevents the food from sticking to the surface of the container when the food is cooked.
  • the ceramic coating layer 4 may include SiO 2, Al 2 O 3, CaO, BaO, ZnO, K 2 O, Na 2 O, F, NiO, CoO, MnO 2 , or BeO.
  • the thickness of the ceramic coating layer 4 can be determined to be 20 ⁇ to 60 ⁇ by introducing the concept of critical thickness, which is the maximum thickness at which the ceramic coating layer can be raised without generating cracks.
  • critical thickness is the maximum thickness at which the ceramic coating layer can be raised without generating cracks.
  • the thickness of the ceramic coating layer is less than 20 ⁇ , the chemical properties such as durability and abrasion resistance of the coating layer and mechanical properties such as corrosion resistance may be deteriorated.
  • the thickness of the ceramic coating layer exceeds 60 ⁇ , the mechanical and chemical properties are improved The thermal conductivity may be lowered.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a kitchen container for induction heating according to an embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing a kitchen container for induction heating includes the steps of providing a container body portion made of an iron material (S100), forming an aluminum plating layer on the container body portion S200 (S300) of forming a ceramic coating layer on the aluminum plating layer, and forming an intermetallic compound layer between the container body and the aluminum plating layer during formation of the aluminum plating layer .
  • a container body made of a ferrous material is provided (S100).
  • the container body portion made of the ferrous material is made of a ferrous material corresponding to a magnetic material material in order to manufacture a kitchen container for induction heating.
  • the thickness of the iron material is 1 mm to 4 mm, As well as a process of molding into a desired shape.
  • the iron-based material may be characterized by containing iron as a main component and manganese, chromium, and the like.
  • the aluminum plating layer can form a roughness of a certain height on the surface of the metal material to secure the adhesion between the two materials.
  • a thin heterogeneous material aluminum
  • the aluminum plated layer when an aluminum plated layer having a thickness of 20 ⁇ ⁇ is formed on an iron-based material, the aluminum plated layer is continuously connected when forming the surface roughness for adhesion to the ceramic coating layer, so that the lower iron-based material is not exposed.
  • the surface roughness for securing the adhesive strength is maintained at a level of 2 ⁇ to 8 ⁇ on the basis of Ra.
  • the thickness of the aluminum plating layer of 20 ⁇ has a thickness of 12 ⁇ to 20 ⁇ after formation of the surface roughness.
  • the thickness of the aluminum plating layer is between 10 ⁇ m and 30 ⁇ m, it is possible to satisfy both the effect of improving the adhesion according to the formation of the roughness and the problem of corrosion due to the exposure of the lower iron- Proposing an upper thickness limit can have advantages in material cost and manufacturing aspects.
  • a molten aluminum plating method which is a better method than the conventional physical vapor deposition method, is used for forming the aluminum plating layer.
  • the molten aluminum suppresses the generation of crystals during solidification Therefore, the surface is beautiful, the surface is uniform due to the aluminum sacrifice effect, the excellent corrosion resistance and heat resistance are exhibited, and the excellent coating property can be obtained.
  • an intermetallic compound layer is formed between the iron-based body portion and the aluminum plating layer. Accordingly, such an intermetallic compound may include iron and aluminum.
  • the thickness of the metalized water layer can be controlled through the heat treatment temperature and time.
  • the thickness of the intermetallic compound layer is formed to be 1 ⁇ ⁇ to 5 ⁇ ⁇ in consideration of the adhesive strength and workability of the material. Within this range, the thickness of the final intermetallic compound layer can be determined taking into consideration the adhesion, crack resistance and corrosion resistance between the two metal materials.
  • the ceramic coating layer can form a ceramic coating layer on the aluminum plated layer through spraying.
  • a surface of the aluminum plating layer may be subjected to a sand blasting process to form a certain level of roughness before forming the ceramic coating layer, and then a ceramic coating layer may be formed on the aluminum plating layer having the roughness through spraying can do.
  • the thickness of the ceramic coating layer may be 20 ⁇ ⁇ to 60 ⁇ ⁇ .
  • Al 2 O 3 is added as a filler to the SiO 2 -based ceramic coating layer formed by a sol-gel method, and oxides such as CuO and TiO 2 are added as a coloring agent.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the method may further include sandblasting the surface of the aluminum plating layer between the step (S200) of forming the aluminum plating layer and the step (S300) of forming the ceramic coating layer, as the case may be.
  • a certain level of roughness can be formed by sandblasting for adhesion to the ceramic coating layer applied to the surface of the aluminum plating layer.
  • the thickness of the plating layer is partially lost when performing the sand blasting operation. It is preferable that the thickness of the plating layer is finally formed to a thickness of 10 ⁇ to 30 ⁇ in consideration of the loss and the formed roughness.
  • the method may further include forming an outer coating layer on the lower portion of the container body.
  • an outer coating layer may comprise Teflon, titanium, fluorocarbon resin, ceramic or enamel coatings. Therefore, by forming the outer coating layer in the lower portion of the container body, scratching due to external contact can be prevented.
  • the outer coating layer may be coated by various known deposition methods such as physical vapor deposition.
  • the present invention can be applied as an induction heating kitchen container because it is a multi-layer structure in which a ferrous material as a magnetic material is used as a body portion and a thin aluminum layer is coated on the surface.
  • an aluminum plating layer is applied between the iron-based material body portion and the ceramic coating layer to provide a better adhesive force effect than the adhesion between the iron-based material body portion and the ceramic coating layer.
  • the ceramic coating layer is coated on the surface of the kitchen container, so that the ceramic coating layer is prevented from sticking to the surface of the container when the food is cooked.
  • a vessel body portion composed of a 1-mm-thick iron-based material was prepared.
  • a molten aluminum plating layer was formed to a thickness of 20 ⁇ on the container body made of a ferrous material by a molten aluminum plating method.
  • an Fe-Al-based intermetallic compound layer having a thickness of 2 ⁇ was formed between the container body and the aluminum plating layer during formation of the aluminum plating layer.
  • a spray coating was performed on the aluminum plating layer to form a ceramic coating layer having a thickness of 40 ⁇ , thereby preparing a kitchen container for induction heating.
  • the ceramic coating layer was made of Al 2 O 3 as a filler on SiO 2 basis.
  • a container body portion composed of an iron-based material having a thickness of 1 mm was prepared.
  • Spraying was performed on a container body made of an iron-based material to form a ceramic coating layer having a thickness of 40 ⁇ to prepare a kitchen container for induction heating.
  • the ceramic coating layer was made of Al 2 O 3 as a filler on SiO 2 basis.
  • Table 1 below is a comparison of adhesive strength when the ceramic coating is applied to the preparation examples and the comparative examples.
  • 3 is a graph showing experimental results of corrosion rates in Comparative Examples and Production Examples according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a table showing results of salt water spray tests of Comparative Examples and Production Examples according to an embodiment of the present invention.
  • the salt water spray test is conducted using a 3.5 wt% aqueous NaCl solution at 37 ° C and 97% relative humidity.
  • container body part 2 intermetallic compound layer

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Abstract

본 발명은 세라믹 코팅이 적용된 유도가열용 주방용기 및 이의 제작방법으로서, 더욱 상세하게는 유도가열에 필요한 철계 소재를 사용하고, 세라믹 코팅을 철계 소재에 적용할 때 오는 부식 문제점을 방지하기 위하여 다층 구조를 적용하는 것이다. 본 발명의 구조층은 철계(Fe)소재의 몸체부 / 알루미늄 도금층과 철계몸체부 사이에 형성된 금속간 화합물층 / 알루미늄 도금층 / 세라믹 코팅층으로 이루어져 ?x계 소재의 부식 방지 효과를 가짐으로써 보다 향상된 유도가열용 주방용기 및 이의 제작방법을 제공한다.

Description

세라믹 코팅이 적용된 유도가열용 주방용기 및 이의 제작방법
본 발명은 세라믹 코팅이 적용된 유도가열용 주방용기 및 이의 제작방법으로서, 더 상세하게는 유도가열에 필요한 철계 소재를 사용함과 동시에 실제 세라믹 코팅에 적용되는 부분은 철계 소재 표면에 세라믹 코팅층이 잘 적용될 수 있는 알루미늄 소재로 덮은 다층 구조를 적용한 주방용기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
주방용기로 사용되는 금속소재는 주로 탄소강, 주철, 스테인리스강과 함께 알루미늄이 많이 사용되고 있으며 이 중 알루미늄 소재는 철계 소재 대비 무게가 가벼운 특성으로 인해 주방용기 금속소재 중 50% 정도의 사용량을 보이고 있다.
유도가열용 주방용기를 제작하기 위해서는 자성체 소재가 필요하다. 코일에서 발생한 자력선이 유도가열이 가능한 주방용기를 통과할 때 주방용기를 구성하는 물질의 저항성분에 의해서 와류전류가 생성되며, 이러한 와류전류는 상기 저항성분에 의해서 열로 변환되므로 주방용기 자체가 발열되어 조리가 수행될 수 있기 때문이다.
금속을 함유하여 이루어진 주방용기의 유도가열은 특정한 주파수에서 발생되며 통상적으로 비자성체인 알루미늄 주방용기는 유도가열이 일어나지 않는다. 따라서 무게가 가벼워 많이 사용되는 알루미늄 주방용기에 유도가열의 적용은 기술적 해결이 요구된다.
주방용기는 주로 판재 형태의 금속소재를 성형 후 표면에 테프론 혹은 세라믹 코팅을 적용하여 최종 제품으로 제작된다. 세라믹 코팅은 고경도 및 환경친화적인 장점을 가짐에도 불구하고, 세라믹 코팅의 고유 특징인 다공성 구조 때문에 적용될 수 있는 금속재료가 제한되는 문제점을 가지고 있다. 세라믹 코팅의 경우 알루미늄이나 티타늄 소재에는 산화막을 형성하기 때문에 균열이나 부식의 문제없이 잘 적용되고 있지만, 부식에 민감한 재료인 철계 소재에 적용시 문제가 발생하여 적용하는데 어려움이 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.
따라서, 유도가열용 주방용기를 제작하기 위해서는 철계 소재 같은 자성체 소재가 필요한데 세라믹 코팅 적용하면 부식의 문제점이 발생된다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허 KR 10-2017-0017165
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 세라믹 코팅층 고유의 다공성 특성 때문에 철계 소재에 적용시 부식 문제가 일어나고, 세라믹 코팅층이 철계 소재와 접착력이 떨어져 발생하는 어려운 문제점을 해결하기 위해 도출된 유도가열용 주방용기 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
보다 구체적으로는 유도가열용 주방용기를 제작하기 위해서는 자성체 소재가 필요한데 세라믹 코팅을 적용한 자성체 소재 철계소재는 부식의 문제점과 접착력이 떨어지는 문제점이 있고, 세라믹 코팅 적용이 가능한 알루미늄 소재는 비자성체이기 때문에 유도가열에 필요한 철계 소재가 필요하다.
이런 문제점을 해결하기 위해 세라믹코팅이 적용된 유도가열용 주방용기 및 제작방법을 제공함에 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 발명의 일실시예는 유도가열용 주방용기를 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 철계 물질로 구성된 용기 몸체부, 상기 용기 몸체부 상에 위치하는 알루미늄 도금층, 상기 용기 몸체부와 알루미늄 도금층 사이에 형성된 금속간 화합물층 및 상기 알루미늄 도금층 상에 위치한 세라믹 코팅층을 포함하는 유도가열용 주방용기일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속간 화합물층은 철 및 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 용기 몸체부의 두께는 1mm 내지 4mm 인 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속간 화합물층의 두께는 1㎛ 내지 5㎛ 인 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 알루미늄 도금층의 두께는 10㎛ 내지 30㎛ 인 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 세라믹 코팅층의 두께는 20㎛ 내지 60㎛ 인 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 세라믹 코팅층은 SiO2, Al2O3, CaO, BaO, ZnO, K2O, Na2O, F, NiO, CoO, CuO, TiO2, MnO2 또는 BeO를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 용기 몸체부 하부에 위치하는 외측 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기 일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 외측 코팅층은 테프론, 티타늄, 불소수지, 세라믹 또는 에나멜 도료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 철계 물질을 구성된 용기 몸체부를 제공하는 단계, 상기 용기 몸체부의 상에 알루미늄 도금층을 형성하는 단계 및 상기 알루미늄 도금층 상에 세라믹 코팅층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 알루미늄 도금층을 형성하는 도중에 상기 용기 몸체부와 상기 알루미늄 도금층 사이에 금속간 화합물층이 형성되는 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기를 제조하는 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 알루미늄 도금층을 형성하는 단계는, 용융 알루미늄 도금법을 수행하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기를 제조하는 제조방법일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 알루미늄 도금층을 형성하는 단계 및 상기 알루미늄 도금층 상에 세라믹 코팅층을 형성하는 단계 사이에,
상기 알루미늄 도금층 표면을 샌드 블라스팅 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기를 제조하는 제조방법일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 상술한 유도가열용 주방용기 제조방법으로 제조된 유도가열용 주방용기를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 자성체 소재인 철계 소재를 몸체부로 사용하고 표면에 얇은 알루미늄 도금층을 입힌 다층 구조이기 때문에 유도가열 주방용기로 적용이 가능하다.
본 발명의 일 효과로서, 금속간 화합물층이 존재하므로 내균열성 및 내부식성을 보안하는 효과가 있다.
본 발명의 다른 일 효과로서, 알루미늄 도금층이 존재하므로 다공성 특성을 가진 세라믹 코팅층에 유입된 부식성 물질 (산소이온, 염소이온 등)이 철계 소재를 부식하는 문제점을 방지하는 효과가 있다.
본 발명의 다른 일 효과로서, 철계 소재 몸체부와 세라믹 코팅층 사이에 알루미늄 도금층을 적용하여 철계 소재 몸체부와 세라믹 코팅층의 접착력보다 더 좋은 접착력 효과를 제공하다.
본 발명의 다른 일 효과로서, 세라믹 코팅층은 주방용기표면에 코팅되어 음식물이 조리되는 과정에서 용기의 표면에 가급적 달라붙지 않도록 하는 효과가 있다.
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 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도가열용 주방용기의 구조 층을 나타낸 일 단면도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도가열용 주방용기를 제조하는 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비교예와 제조예의 부식속도의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비교예와 제조예의 염수분무 실험 결과를 나타낸 표이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
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.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도가열용 주방용기의 구조층을 나타낸 일 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도가열용 주방용기는 철계 물질로 구성된 용기 몸체부(1), 상기 용기 몸체부(1) 상에 위치하는 알루미늄 도금층(3), 상기 용기 몸체부(1)와 알루미늄 도금층(3) 사이에 형성된 금속간 화합물층(2) 및 상기 알루미늄 도금층(3) 상에 위치한 세라믹 코팅층(4)을 포함할 수 있다.
용기 몸체부(1)는 유도가열이 가능한 자성체 소재에 해당되는 철계 소재 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 이때의 철계 소재 물질은 철을 주성분으로 하여 망간, 크롬 등을 포함하는 물질일 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 주방용기는 용기 몸체부(1)를 철계 소재 물질로 구성함으로써 유도가열이 가능할 수 있다.
예를 들어, 용기 몸체부(1)의 두께는1mm내지4mm일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 용기 몸체부(1)의 두께는 주방용기로서의 형태와 유도가열 효율을 고려하여 결정될 수 있다.
금속간 화합물층(2)은 용기 몸체부(1)와 알루미늄 도금층(2) 사이에 위치한다. 이러한 금속간 화합물층(2)은 용기 몸체부(1) 상에 알루미늄 도금층(3)을 형성하는 과정에서 형성될 수 있다.
예를 들어, 이때의 금속간 화합물층(2)은 철 및 알루미늄을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이때의 금속간 화합물층(2)은 Fe-Al계 금속간 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 용기 몸체부(1) 상에 용융 알루미늄 도금법을 수행하여 알루미늄 도금층(2)을 형성할 때 용기 몸체부(1)의 철과 알루미늄 도금층(3)의 알루미늄간의 화합물이 형성되어 Fe-Al계 금속간 화합물층이 형성된다.
이러한 금속간 화합물층(2)은 철계 소재의 용기 몸체부(1)와 알루미늄 도금층(3)의 접착력을 높여주고 철계 소재의 용기 몸체부(1)의 내균열성 및 내부식성을 방지할 수 있다.
이러한 금속간 화합물층(2)의 두께는 1 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다. 만일, 금속간 화합물층(2)의 두께가 1 ㎛ 미만인 경우, 용기 몸체부(1)와 알루미늄 도금층(3)의 접착력이 충분하지 않을 수 있다. 만일, 금속간 화합물층(2)의 두께가 5 ㎛을 초과하는 경우, 두꺼운 두께로 취성이 생겨 프레스 공정을 통한 소성 변형시 균열이 발생할 수 있다. 또한 너무 두꺼운 금속간 화합물층을 형성시키면 알루미늄 도금층 두께의 손실을 가져 올 수 있다.
알루미늄 도금층(3)은 용기 몸체부(1) 상에 위치할 수 있다. 이 때, 용기 몸체부(1) 상에 알루미늄 도금층(3)을 형성할 때, 용기몸체부(1)와 알루미늄 도금층(3) 사이에 금속간 화합물층(2)이 형성될 수 있다. 따라서, 알루미늄 도금층(3)은 금속간 화합물층(2) 상에 위치하게 된다.
알루미늄 도금층(3)은 세라믹 코팅층(4)의 다공성 특징으로 인하여 부식성 물질이 침투해 철계 소재의 용기 몸체부(1)가 부식되는 것을 방지하는 역할과 세라믹 코팅층과의 접착력을 높이는 역할을 한다.
이러한 알루미늄 도금층(3)의 두께는 10 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다. 알루미늄 도금층(3)의 두께가 10 ㎛ 내지 30 ㎛일 때 세라믹 코팅층(4)과의 접착력이 보다 높고, 철계 소재 용기 몸체부(1)의 내부식성과 내균열성이 보다 향상될 수 있다.
세라믹 코팅층(4)은 알루미늄 도금층(3) 상에 위치할 수 있다.
이러한 세라믹 코팅층(4)은 음식물이 조리되는 과정에서 음식물이 용기의 표면에 가급적 달라붙지 않도록 하는 역할을 한다.
예를 들어, 세라믹 코팅층(4)은 SiO2, Al2O3, CaO, BaO, ZnO, K2O, Na2O, F, NiO, CoO, MnO2 또는 BeO를 포함할 수 있다.
세라믹 코팅층(4)의 두께는 균열 발생 없이 세라믹 코팅층을 올릴 수 있는 최대 두께인 임계두께 개념을 도입하여 20㎛ 내지 60㎛로 결정될 수 있다. 세라믹 코팅층의 두께가 20㎛ 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 일 실시예에 따른 유도가열용 주방용기 제조방법을 설명한다.
도 2은 본 발명에 일 실시예에 따른 유도가열용 주방용기 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유도가열용 주방용기 제조방법은 철계 물질을 구성된 용기 몸체부를 제공하는 단계(S100), 상기 용기 몸체부의 상에 알루미늄 도금층을 형성하는 단계(S200) 및 상기 알루미늄 도금층 상에 세라믹 코팅층을 형성하는 단계(S300)를 포함할 수 있고, 상기 알루미늄 도금층을 형성하는 도중에 상기 용기 몸체부와 상기 알루미늄 도금층 사이에 금속간 화합물층이 형성되는 것을 포함할 수 있다.
먼저, 철계 물질로 구성된 용기 몸체부를 제공한다(S100).
상기 철계 물질로 구성된 용기 몸체부는 유도가열용 주방용기를 제작하기 위해서 자성체 소재가 필요하여 자성체 소재에 해당되는 철계 물질로 구성되었고, 철계 소재의 두께는1mm내지4mm로 유도가열 효율을 고려하고 주방용기로써의 형태와 원하는 모양으로 성형 하는 공정을 거쳐 제공한다.
예를 들어, 철계 소재는 철을 주성분으로 하여 망간, 크롬 등을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그 다음에, 상기 용기 몸체부 상에 알루미늄 도금층을 형성한다(S200).
상기 알루미늄 도금층은 세라믹 코팅층을 금속소재 표면에 적용하기 위해서는 금속소재 표면에 일정 높이의 조도(Roughness) 형성하여 두 재료간 접착력을 확보할 수 있다. 표면에 얇은 이종의 재료(알루미늄)가 코팅된 경우, 표면에 일정 높이의 조도를 형성시킬 때 조도 높이를 수용함과 동시에 하부금속 표면이 노출시키지 않는 표면 코팅 재료의 두께에 대한 고려가 필요하다.
예를 들어, 20 ㎛ 두께의 알루미늄 도금층이 철계 소재 위에 형성된 경우, 세라믹 코팅층과의 접착력을 위한 표면조도 형성시 알루미늄 도금층이 연속적으로 연결되어 하부의 철계소재가 노출되지 않는다. 접착력 확보를 위한 표면조도는 Ra 기준 2㎛ 내지 8 ㎛ 수준으로 유지되는데, 이 경우 20 ㎛ 두께의 알루미늄 도금층은 표면 조도 형성 후 두께가 12 ㎛ 내지 20 ㎛ 수준을 가지게 된다.
따라서, 알루미늄 도금층은 두께가 10 ㎛ 내지 30 ㎛ 사이를 형성시키면 조도 형성에 따른 접착력 향상 효과와 함께 문제점인 조도 형성시 하부 철계소재가 노출되어 부식이 발생하는 문제를 모두 만족시킬 수 있으며 또한 알루미늄 도금층 두께 상한을 제안함으로써 재료비와 제조 측면에서 이점을 가질 수 있다.
또한, 알루미늄 도금층 형성시 종래의 물리적 증기 증착법 보다 나은 방법인 용융 알루미늄 도금 방법을 사용하는데, 용융한 알루미늄에 피도금물을 침적하여 도금하는 방법으로 용융상태의 알루미늄은 응고되는 동안 결정발생을 억제하기 때문에 표면이 미려하고 알루미늄 희생 효과로 인해 표면이 균일하며 뛰어난 내식성과 내열성을 나타내고 도장성이 우수한 효과를 가질 수 있다.
철계소재 표면에 용융 알루미늄 도금을 적용할 때 철계 몸체부와 알루미늄 도금층 사이에 금속간 화합물층이 형성된다. 따라서, 이러한 금속간 화합물은 철 및 알루미늄을 포함할 수 있다.
이러한 금속간 화?d물층의 두께는 열처리 온도와 시간을 통하여 조절할 수 있다.
따라서, 금속간 화합물층의 두께는 접착력 및 소재 가공성 등을 고려하여 1 ㎛ 내지 5 ㎛로 형성되는 것이 바람직하다. 이 범위내에서 최종 금속간 화합물층의 두께는 두 금속소재간 접착력, 내균열성 및 내부식성을 고려해서 결정될 수 있다.
그 다음에, 상기 알루미늄 도금층 상에 세라믹 코팅층을 형성한다(S300).
예를 들어, 세라믹 코팅층은 분무법 (spray)을 통해 알루미늄 도금층 상에 세라믹 코팅층을 형성할 수 있다. 또 다른 예로, 세라믹 코팅층을 형성하기 전에 상기 알루미늄 도금층 표면을 샌드 블라스팅 (Sand blasting)공정을 통해 일정 수준의 조도를 형성한 후, 분무법 (spray)을 통해 조도가 형성된 알루미늄 도금층 상에 세라믹 코팅층을 형성할 수 있다.
또한, 이러한 세라믹 코팅층의 두께는 20㎛ 내지 60㎛로 형성할 수 있다.
또한, 세라믹 코팅층은 졸-겔(sol-gel)법으로 제작된SiO2기반에 충진제로 Al2O3를 첨가하고 착색제로 CuO, TiO2 등의 산화물이 첨가되어 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 경우에 따라, 알루미늄 도금층을 형성하는 단계(S200) 및 세라믹 코팅층을 형성하는 단계(S300) 사이에 상기 알루미늄 도금층 표면을 샌드 블라스팅 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
알루미늄 도금층 표면에 도포되는 세라믹 코팅층 과의 접착력을 위해 샌드 블라스팅 작업으로 일정 수준의 조도를 형성할 수 있다. 샌드 블라스팅 작업수행 시 도금층 두께를 일부 손실하게 되는데, 이 손실분과 형성된 조도를 고려하여 알루미늄 도금층의 두께를 10㎛ 내지 30㎛ 가 되도록 최종적으로 일정 수준 이상의 도금층 두께를 형성하는 것이 바람직 하다.
또한, 용기 몸체부 하부에 외측 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 외측 코팅층은 테프론, 티타늄, 불소수지, 세라믹 또는 에나멜 도료를 포함할 수 있다. 따라서, 용기 몸체부 하부에 외측 코팅층을 형성함으로써 외부 접촉에 의한 스크래치 현상을 방지할 수 있다.
또한, 이러한 외측 코팅층은 물리적 증기 증착법 등 공지된 다양한 증착법을 사용하여 코팅 처리할 수 있다.
본 발명은 자성체 소재인 철계 소재를 몸체부로 사용하고 표면에 얇은 알루미늄 도금층을 입힌 다층 구조이기 때문에 유도가열 주방용기로 적용이 가능하다.
본 발명의 일 효과로서, 금속간 화합물층이 존재하므로 내균열성 및 내부식성을 보안하는 효과가 있다.
본 발명의 다른 일 효과로서, 알루미늄 도금층이 존재하므로 다공성 특성을 가진 세라믹 코팅층에 유입된 부식성 물질(산소이온, 염소이온 등)들이 철계 소재를 부식하는 문제점을 방지하는 효과가 있다.
본 발명의 다른 일 효과로서, 철계 소재 몸체부와 세라믹 코팅층 사이에 알루미늄 도금층을 적용하여 철계 소재 몸체부와 세라믹 코팅층의 접착력보다 더 좋은 접착력 효과를 제공하다.
본 발명의 다른 일 효과로서, 세라믹 코팅층은 주방용기표면에 코팅되어 음식물이 조리되는 과정에서 용기의 표면에 가급적 달라붙지 않도록 하는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 제조예를 기재한다. 그러나, 이들 제조예는 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아님을 명시한다.
제조예
1 mm 두께의 철계 물질로 구성된 용기 몸체부를 준비하였다.
철계 물질로 구성된 용기 몸체부 상에 용융 알루미늄 도금법을 수행하여 20㎛ 두께로 용융 알루미늄 도금층을 형성했다.
이때, 알루미늄 도금층을 형성하는 도중에 상기 용기 몸체부와 상기 알루미늄 도금층 사이에 2 ㎛ 두께의 Fe-Al 계 금속간 화합물층이 형성되었다.
그 다음에, 알루미늄 도금층 상에 분무법(spray)을 수행하여 40 ㎛ 두께의 세라믹 코팅층을 형성하여 유도가열용 주방용기를 제조하였다.
이때의 세라믹 코팅층은 SiO2 기반에 충진제로 Al2O3가 첨가된 물질을 사용하였다.
비교예
1mm 두께의 철계 물질로 구성된 용기 몸체부를 준비하였다.
철계 물질로 구성된 용기 몸체부 상에 분무법(spray)을 수행하여 40㎛ 두께의 세라믹 코팅층을 형성하여 유도가열용 주방용기를 제조하였다.
이때의 세라믹 코팅층은 SiO2 기반에 충진제로 Al2O3가 첨가된 물질을 사용하였다.
하기 표 1은 제조예와 비교예가 세라믹 코팅이 적용될 때의 접착력 비교표이다.
Critical length (mm) Critical strength (N)
비교예 1.692 8.658
제조예 2.821 14.236
상기 표 1을 참조하면, 접착력 측면에서 제조예가 비교예 보다 더높은 실험값을 보임으로 더 나은 성능을 보인다는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비교예와 제조예의 부식속도의 실험결과를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 부식속도는 비교예보다 제조예가 부식속도가 느려지는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비교예와 제조예의 염수분무 실험 결과를 나타낸 표이다.
도 4의 실험조건은 아래와 같다.
염수분무실험은 3.5wt% NaCl 수용액을 사용, 실험온도는 37℃, 상대습도는 97%에서 진행한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 염수분무실험을 통해서 비교예는 3일째부터 부식이 발생되었으나 제조예는 21일이 지나더라도 부식이 발생되지 않은 것을 확인할 수 있다.
따라서, 용융 알루미늄 도금층을 형성함으로 부식속도를 늦춰 부식하는 문제점을 해결하는 효과를 알 수 있다.
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.
[부호의 설명]
1: 용기 몸체부 2: 금속간 화합물층
3: 알루미늄 도금층 4: 세라믹 코팅층

Claims (13)

  1. 철계 물질로 구성된 용기 몸체부;
    상기 용기 몸체부 상에 위치하는 알루미늄 도금층;
    상기 용기 몸체부와 알루미늄 도금층 사이에 형성된 금속간 화합물층; 및
    상기 알루미늄 도금층 상에 위치한 세라믹 코팅층;
    을 포함하는 유도가열용 주방용기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속간 화합물층은 철 및 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용기 몸체부의 두께는 1mm 내지 4mm 인 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속간 화합물층의 두께는 1㎛ 내지 5㎛ 인 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 도금층의 두께는 10㎛ 내지 30㎛ 인 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 코팅층의 두께는 20㎛ 내지 60㎛ 인 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 코팅층은 SiO2, Al2O3, CaO, BaO, ZnO, K2O, Na2O, F, NiO, CoO, CuO, TiO2, MnO2 또는 BeO을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 용기 몸체부 하부에 위치하는 외측 코팅층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 외측 코팅층은 테프론, 티타늄, 불소수지, 세라믹 또는 에나멜 도료를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기.
  10. 철계 물질로 구성된 용기 몸체부를 제공하는 단계;
    상기 용기 몸체부 상에 알루미늄 도금층을 형성하는 단계; 및
    상기 알루미늄 도금층 상에 세라믹 코팅층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 알루미늄 도금층을 형성하는 도중에 상기 용기 몸체부와 상기 알루미늄 도금층 사이에 금속간 화합물층이 형성되는 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기를 제조하는 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 알루미늄 도금층을 형성하는 단계는, 용융 알루미늄 도금법을 수행하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기를 제조하는 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 알루미늄 도금층을 형성하는 단계 및 상기 알루미늄 도금층 상에 세라믹 코팅층을 형성하는 단계 사이에,
    상기 알루미늄 도금층 표면을 샌드 블라스팅 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도가열용 주방용기를 제조하는 제조방법.
  13. 제10항의 제조방법으로 제조된 유도가열용 주방용기.
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