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KR102245974B1 - 내부식성이 우수한 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기 및 이의 제조방법 - Google Patents

내부식성이 우수한 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR102245974B1
KR102245974B1 KR1020190146690A KR20190146690A KR102245974B1 KR 102245974 B1 KR102245974 B1 KR 102245974B1 KR 1020190146690 A KR1020190146690 A KR 1020190146690A KR 20190146690 A KR20190146690 A KR 20190146690A KR 102245974 B1 KR102245974 B1 KR 102245974B1
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KR
South Korea
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plate
carbon steel
inner pot
pot container
stainless steel
Prior art date
Application number
KR1020190146690A
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English (en)
Inventor
주영곤
홍정민
Original Assignee
제니스 주식회사
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.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기의 제조 방법에 있어서, 알루미늄 합금 및 스텐레스강 중 하나 이상으로 이루어진 판재, 탄소강 또는 탄소강 합금 판재, 스텐레스강 판재가 순차적으로 적층된 클래드 판재, 또는 알루미늄 합금 및 스텐레스강 중 하나 이상으로 이루어진 판재 위에 알루미늄, 니켈 또는 아연으로 도금처리한 탄소강 또는 탄소강 합금 판재가 적층된 클래드 판재를 제조하는 단계; 상기 클래드 판재를 성형가공하여 전기밥솥용 내솥 용기를 형성하는 단계; 및 상기 내솥 용기의 상단 테두리부의 단부에 내부식성 금속 또는 세라믹 재료를 용사(溶射) 코팅하는 단계;를 포함하는 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기는 유도가열 효율이 증가하고 내부식성이 뛰어나다.

Description

내부식성이 우수한 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기 및 이의 제조방법{Inner pot container for electric induction heating-type electric rice cooker having excellent corrosion resistance and manufacturing method thereof}
본 발명은 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄, 스텐레스강, 탄소강 등으로 구성된 내솥 용기의 테두리부에 내부식성이 우수한 금속 또는 세라믹 재료로 용사(溶射) 코팅한 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 전기밥솥은 전기를 이용하여 열원을 얻고 이 열원을 이용하여 밥솥 내부를 고온 및 고압 상태로 유지시키면서 취사를 행하는 기기이다. 전기밥솥은 열을 발생하는 방식에 따라 전열선가열방식과 전자유도가열방식(Induction Heating) 전기밥솥으로 구분될 수 있다. 근래에 전자유도 가열 원리를 응용한 조리용 인덕션 레이지의 보급이 증가되어 전자유도가열방식 전기밥솥의 수요가 증가하고 있다.
전자유도가열방식은 전자기유도 작용을 이용하는 것으로 교류(고주파) 전류가 흐르는 코일 속에 위치하는 금속 등 도전체의 자속 변화에 의한 와전류 손실, 특히 자성체의 자속 변화에 의한 히스테리시스(Hysteresis) 손실로 발생한 열에너지를 이용하여 금속 또는 도전체 등의 피가열 물질을 가열하는 방식이다.
일반적으로 전기밥솥용 내솥 용기는 비철금속으로 제조되나, 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기는 자기에너지와 반응할 수 있는 자성금속으로 제조된다. 자성금속으로는 탄소강이 가장 좋으나 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기를 탄소강 만으로 제작할 경우 중량이 무거워져서 예컨대 가정에서 취급하는 데 있어서 상당한 불편이 초래되며 탄소강이 외부환경에 노출되는 경우에는 공기 또는 수분 접촉 등으로 산화가 일어나 녹이 쉽게 발생하는 단점이 있다.
따라서 종래의 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기는 비철금속의 일종이면서 비교적 경량인 알루미늄에 자성을 지닌 페라이트계 스텐레스강(예를 들어 SUS430)을 접합한 클래드 판재를 성형 가공하여 제작하였다. 그러나, 상기의 클래드 판재는 탄소강에 비해 유도가열 효율이 떨어져서 음식물 조리 시간을 길게 하고, 페라이트계 스텐레스강이 성형 가공 중 이랑무늬라고 하는 이른바 릿징(ridging) 현상을 일으킴으로써 외관결함이 발생하는 단점이 있었다. 따라서 최근까지 이를 해결하기 위한 시도가 있어 왔다.
예를 들어 대한민국 공개특허 제2004-0063552호는 알루미늄합금 판재와 오스테나이트계 스텐레스강 판재 사이에 자성을 가진 철 또는 철합금 판재를 삽입 및 접합한 알루미늄/스텐레스 클래드 판재 및 그 제조방법을 기술하고 있다. 그러나 상기 선행기술은 내솥 용기 형상으로 성형가공했을 때 결정적으로 내솥 용기의 테두리부의 전반에 걸쳐 자성을 가진 철 또는 철합금 판재가 공기 중에 노출되게 되어 부식현상이 나타날 가능성이 매우 높은 단점이 있다.
또한, 대한민국 실용신안등록 제20-0429933호는 스텐레스 강판, 탄소강판 및 알루미늄판 등이 순차적으로 적층 접합된 클래드판을 드로잉 가공 등에 의해 용기로 성형시 테두리면의 경우 별도의 가공을 통하여 탄소강판의 테두리면이 완전히 감싸지도록 스텐레스 강판과 알루미늄판을 밀착 접합시키거나, 테프론 등과 합성수지 코팅층을 피복해야 한다고 기술하고 있다. 그러나, 상기 기술은 구체적인 가공 방법에 대해 기술하고 있지 않다.
또한, 용기 형상으로 성형한 내솥 용기의 내면에 음식물이 달라 붙지 않도록 탄화불소계를 코팅시 테두리부도 같이 코팅하는 방법도 있으나, 탄화불소계 코팅층의 내구성은 금속 또는 세라믹에 비해 높지 않아 실사용 도중 적은 충격이나 마찰에 의해 테두리부의 코팅층이 벗겨짐으로써 탄소강이 노출되어 부식현상이 유발될 우려가 크다.
KR 2004-0063552 A KR 20-0429933 B
본 발명은 유도가열 효율을 증가시키기 위해 탄소강판을 알루미늄 합금판과 스텐레스강 판 사이에 삽입시킨 클래드 판재, 또는 알루미늄 합금 및 스텐레스강 중 하나 이상으로 이루어진 판재 위에 알루미늄, 니켈 또는 아연으로 도금처리한 탄소강 또는 탄소강 합금 판재를 적층시킨 클래드 판재를 성형 가공하여 제조한 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기의 테두리부에 내부식성이 우수한 금속 또는 세라믹 재료를 용사방법으로 코팅처리 함으로써 유도가열 효과가 뛰어나고 내부식성이 우수한 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기의 제조 방법에 있어서, 알루미늄 합금 및 스텐레스강 중 하나 이상으로 이루어진 판재, 탄소강 또는 탄소강 합금 판재, 스텐레스강 판재가 순차적으로 적층된 클래드 판재, 또는 알루미늄 합금 및 스텐레스강 중 하나 이상으로 이루어진 판재 위에 알루미늄, 니켈 또는 아연으로 도금처리한 탄소강 또는 탄소강 합금 판재가 적층된 클래드 판재를 제조하는 단계; 상기 클래드 판재를 성형가공하여 전기밥솥용 내솥 용기를 형성하는 단계; 및 상기 내솥 용기의 상단 테두리부의 단부에 내부식성 금속 또는 세라믹 재료를 용사(溶射) 코팅하는 단계;를 포함하는 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 알루미늄 합금 및 스텐레스강 중 하나 이상으로 이루어진 판재, 탄소강 또는 탄소강 합금 판재, 스텐레스강 판재가 순차적으로 적층된 클래드 판재; 또는 알루미늄 합금 및 스텐레스강 중 하나 이상으로 이루어진 판재 위에 알루미늄, 니켈 또는 아연으로 도금처리한 탄소강 또는 탄소강 합금 판재가 적층된 클래드 판재를 포함하는 전기밥솥용 내솥 용기이되, 상기 내솥 용기의 상단 테두리부의 단부에 내부식성 금속 또는 세라믹 재료의 용사 코팅층이 형성되는 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기를 제공한다.
본 발명에 따르면 탄소강이 포함된 클래드 판재를 성형하여 만든 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기의 테두리부에 내부식성이 우수한 금속 또는 세라믹 재료를 용사 코팅함으로써 유도가열 효율이 증가하고 내부식성이 뛰어난 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기를 제조하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내솥 용기의 단면구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내솥 용기의 외관 및 테두리부의 단면구조를 촬영한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 세라믹 분말로 용사코팅을 실시한 내솥 용기(a), 및 세라믹 분말 용사코팅을 실시하지 않은 내솥 용기(b)에 각각 염수분무 시험을 실시하여 내솥 용기의 부식 정도를 비교한 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 세라믹 분말로 용사코팅을 실시한 내솥 용기(a), 및 내부와 테두리부에 탄화불소계 수지를 코팅하고 외부에 실리콘계 내열도료를 코팅한 내솥 용기(b)에 각각 염수분무 시험을 실시하여 내솥 용기의 부식 정도를 비교한 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 용사 공정 단계를 모식적으로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명의 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기의 제조 방법은, 알루미늄 합금 및 스텐레스강 중 하나 이상으로 이루어진 판재, 탄소강 또는 탄소강 합금 판재, 스텐레스강 판재가 순차적으로 적층된 클래드 판재, 또는 알루미늄 합금 및 스텐레스강 중 하나 이상으로 이루어진 판재 위에 알루미늄, 니켈 또는 아연으로 도금처리한 탄소강 또는 탄소강 합금 판재가 적층된 클래드 판재를 제조하는 단계; 상기 클래드 판재를 성형가공하여 전기밥솥용 내솥 용기를 형성하는 단계; 및 상기 내솥 용기의 상단 테두리부의 단부에 내부식성 금속 또는 세라믹 재료를 용사(溶射) 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명자들은 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기의 제조에 탄소강을 알루미늄 합금과 스텐레스강 사이에 삽입한 클래드 판재를 사용함으로써 전자유도가열 효율이 증가되었고, 내솥 용기의 상단 테두리부의 단부에 내부식성 금속 또는 세라믹 재료를 용사 코팅함으로써 트리밍 등의 후속 공정 시 탄소강이 외부로 노출되어 부식되는 현상을 방지할 수 있음을 알았다. 본 발명은 이에 기초한 것이다.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명은 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기의 제조에 알루미늄 합금 및 스텐레스강 중 하나 이상으로 이루어진 판재와, 탄소강 또는 탄소강 합금 판재, 스텐레스강 판재가 순차적으로 적층된 클래드 판재, 또는 알루미늄 합금 및 스텐레스강 중 하나 이상으로 이루어진 판재 위에 알루미늄, 니켈 또는 아연으로 도금처리한 탄소강 또는 탄소강 합금 판재가 적층된 클래드판재를 사용한다.
상기 스텐레스강은 Cr, Ni 및 Fe로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 성분을 포함하는 것이다. 바람직하게는 내식성과 가공성이 우수한 비자성체인 오스테나이트계 스텐레스강 (18Cr-8Ni-Fe) 합금일 수 있다.
상기 알루미늄 합금은 알루미늄과 Si, Mg, Zn, Mn, Cr, Fe, Ti 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속의 합금일 수 있다.
본 발명은 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기의 유도가열 효율을 증가시키기 위해 탄소강 또는 탄소강 합금 판재를 클래드 판재에 삽입한다.
상기 탄소강 합금의 탄소 함량은 0.02 내지 2 %인 것이 바람직하다.
상기 탄소강 합금은 알루미늄, 아연, 니켈 등이 표면에 용융 또는 전기 도금된 것이 바람직하다.
상기 탄소강 또는 탄소강 합금 판재의 두께는 0.15 ~ 1.5mm의 범위 내인 것이 바람직하다. 0.15 mmm 미만이면 유도가열의 효과가 높지 않을 수 있으며, 1.5 mm 초과이면 열전도가 느려질 수 있을 뿐 아니라 무게가 무거워져 사용에 불편을 초래할 수 있다.
일례로, 상기 클래드 판재는 알루미늄 합금 판재/탄소강 또는 탄소강 합금 판재/스텐레스강 판재의 3층 구조인 것이다.
또는, 상기 클래드 판재는 알루미늄 합금 판재/스텐레스강 판재/탄소강 또는 탄소강 합금 판재/스텐레스강 판재의 4층 구조인 것이다(도 1 및 2 참조).
또는, 상기 클래드 판재는 알루미늄 합금 및 스텐레스강 중 하나 이상으로 이루어진 판재 위에 알루미늄, 니켈 또는 아연으로 도금처리한 탄소강 또는 탄소강 합금 판재가 적층된 클래드 판재일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 탄소강 합금 판재의 일면에 비자성 특성을 가진 오스테나이트계 스텐레스강판을 접합하고 탄소강 합금 판재의 다른 면에 알루미늄 합금 및 스텐레스강판을 접합한 클래드 판재를 사용하였다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 클래드 판재는 알루미늄 합금 및 스텐레스강 중 하나 이상으로 이루어진 판재, 탄소강 또는 탄소강 합금 판재 및 스텐레스강 판재를 준비하고, 알루미늄 합금 및 스텐레스강 중 하나 이상으로 이루어진 판재와 스텐레스강 판재 사이에 탄소강 또는 탄소강 합금 판재를 삽입하여 적층시키고, 적층된 판재들을 압연하고, 압연한 판재를 확산처리하여 제조할 수 있다.
상기 성형가공은 상기 클래드 판재를 통해 내솥 형상으로 성형하는 프레스 성형 단계일 수 있다.
상기 프레스 성형 단계는 상기 클래드 판재를 프레스가압에 의해 내솥 형상을 만드는 단계일 수 있다.
상기 프레스 성형 단계는 딥드로잉(deep drawing) 단계, 포밍(forming) 단계 및 트리밍(trimming) 단계로 이루어질 수 있다.
상기 딥드로잉은, 상기 클래드 판재를 여러 단계의 프레스로 드로잉하여 다이 표면상의 소재판을 원주방향으로 압축하면서 재료를 펀치와 다이 사이에 이동시켜 컵 형상의 측벽을 만드는 것으로 평판에서 이음부 없이 중공의 바닥이 있는 용기를 성형하는 단계일 수 있다. 이러한 딥드로잉 가공은 기계적 특성이 우수하고 생산성이 높고 제조원가가 낮은 장점이 있다.
상기 포밍 단계는 상기 단계에서 늘림된 클래드 판재를 틀에 안착시켜 내솥형태로 가압시키는 단계일 수 있으며, 상기 트리밍 단계는 포밍 단계 후 내솥형상을 이루는 가압된 클래드 판재에서 내솥 형상에 벗어나는 불필요한 부위를 절삭기를 통해 잘라내는 단계일 수 있다.
본 발명의 제조방법은, 내솥 용기의 상단 테두리부의 단부에 내부식성 금속 또는 세라믹 재료를 용사 코팅하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 내부식성 금속은 용사 방법에 따라 분말 또는 와이어(wire) 형태로 가공 가능한 내부식성을 갖는 금속일 수 있으며, 그 예로 알루미늄, 아연, 탄소강, 스텐레스강, 몰리브덴 등일 수 있다.
본 발명에서 세라믹 재료는 산화 알루미늄, 이산화 티타늄, 산화 지르코늄, 산화 나트륨, 이산화 규소, 산화 철 등의 금속산화물을 단독 또는 일정비율로 배합한 것일 수 있다.
상기 세라믹 재료는 산화알루미늄, 산화지르코늄 또는 산화철과, 이산화티타늄, 이산화규소 또는 산화나트륨을 중량비 97~3:3~97, 바람직하게는 40~60:60~40로 혼합한 것일 수 있으며 단독 적용도 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 플라즈마 용사에 산화알루미늄과 이산화티타늄을 중량비 40~60:60~40으로 혼합한 분말을 사용하였다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 내부식성 금속 또는 세라믹 재료는 분말 또는 와이어 형태일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 분말은 평균 직경(D50)이 5 내지 50㎛, 바람직하게는 10 내지 30 ㎛인 구형이며, 와이어는 폭이 0.8 내지 5mm, 바람직하게는 1 내지 3 mm일 수 있다.
본 발명에서는 내솥 용기의 상단 테두리부의 단부에 내부식성 금속 또는 세라믹 재료를 용사코팅하여 내부식성 금속 또는 세라믹 재료의 코팅층을 형성한다.
용사(溶射, Thermal spray) 코팅은 금속, 세라믹 분말 또는 이들의 선형재료를 고온의 열원에 의해 용융된 액상으로 변화시킨 후 압축 에어 또는 가스로 가속하여 고속으로 기재에 충돌시키고 급냉 및 응고시켜 적층한 피막을 형성하는 표면 개질 또는 표면 처리 공정이다. 본 발명에 적용할 수 있는 용사코팅의 방법으로는 아크(Arc Spray) 용사, 플레임(Flame Spray) 용사, 플라즈마(Plasma Spray) 용사 등이 있다.
아크 용사는 대표적인 전기식 용사의 일종으로, 2개의 금속 선형재료에 전기를 흘려 Arc 방전을 발생시켜 금속선형재료를 용융속도에 맞추어 송급하면서 용융된 재료를 압축된 공기로 미립화시켜 모재에 연속적으로 피막을 형성하는 용사법이다.
플레임 용사는 산소-아세틸렌 또는 산소-프로판 등의 가스 연소 불꽃(Flame) 속에 선형재료 상태의 용사 재료를 연속적으로 송급하여 용융시켜 압축공기로 용융된 재료를 분사하여 피막을 형성하는 용사법이다. 플레임 용사 방법은 용사 코팅 막의 두께범위가 100um~10mm까지 다양하게 선택할 수 있는 특징이 있다. 플레임 용사에서 상기의 연소 가스와 산소 또는 공기를 혼합한 가스를 이용하여 용사 재료의 분사속도를 높여 강한 분사충격을 이용하여 피막을 형성하는 고속 플레임 용사방법도 있다.
플라즈마 용사는 DC+와 DC-로 충전된 케이블을 통해 저전압, 고전류의 전기 에너지가 토치의 노즐과 전극봉의 챔버 내에서 비활성 가스인 아르곤, 수소, 질소 또는 헬륨 등의 혼합된 불활성 가스를 이온화시켜 전자, 중성자, 양성자로 이온화시켜서 플라즈마를 형성한 후 이온화된 플라즈마가 재결합하면서 발생하는 약 16,500℃의 초고온의 열로 고융점 금속 및 세라믹 분말을 용융시켜 약 650m/sec의 비산 속도로 모재에 코팅하는 용사방법이다.
모재와의 접착력을 위해서나, 내솥 용기의 내 외부에 각각 탄화불소계 코팅 및 내열도료 코팅 등의 후가공을 할 경우 코팅 후의 외관이 상기의 용기의 단부를 포함한 용사코팅부를 경계로 하여 용사코팅이 되지 않는 일반면과 이질감이 나타나지 않도록 하기 위하여 용사 코팅에 미분의 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 미분의 분말을 사용하기 위해서는 플라즈마 용사를 적용하는 것이 가장 바람직하다.
플라즈마 용사를 적용할 경우, 상기 제조방법은 (i) 반응 챔버 내에 내솥 용기를 장입하고, 분말 피더(feeder)에 용사 재료를 투입한 후, 분위기 가스를 공급하여 준비하는 단계; 및 (ii) 상기 반응 챔버에 플라즈마를 생성하여 내솥 용기의 표면에 용사 코팅층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 용사 재료는, 내부식성 금속 또는 세라믹 재료를 기계적으로 분쇄하는 단계; 및 산화알루미늄, 산화지르코늄 또는 산화철과, 이산화티타늄, 이산화규소 또는 산화나트륨을 중량비 97~3:3~97으로 혼합하는 단계를 포함하여 준비할 수 있다.
플라즈마 용사 효율 등을 고려할 때, 용사 재료는 평균 직경은 약 5 내지 100 ㎛인 것이 바람직하고, 약 15 내지 45 ㎛인 것이 더욱 바람직하다. 평균 직경이 5㎛ 미만이면 일정두께를 형성하는데 상대적으로 많은 시간이 걸리고, 100 ㎛ 을 초과하면 플라즈마 화염에 용융되는 떨어져 용사 효율이 감소하며 균일한 두께를 형성하기 어려울 수 있다.
플라즈마 용사에서, 분위기 가스는 50~150SCFH의 불활성 가스; 및 20~60 SCFH의 수소 가스가 혼합된 가스이며; 플라즈마 발생 전류는 300 ~ 850A이며, 인가 전압은 50~150V인 것이 바람직하다.
플라즈마 용사의 온도는 10,000 내지 19,000 ℃인 것이 바람직하다. 10,000℃ 미만인 경우 세라믹 분말이 용융되는 비율이 떨어져 용사 효율의 감소를 가져올 수 있으며, 19,000 ℃ 초과인 경우 모재의 급랭시 용사 코팅면에 큰 공극이 발생하여 후 공정에서 문제가 발생할 수 있으며 플라즈마 건의 수명이 짧아질 수 있다.
플라즈마 용사의 비산속도는 250 내지 950 m/sec 인 것이 바람직하다. 250 m/sec 미만인 경우 세라믹 분말의 모재와의 접착이 약화될 수 있으며, 950 m/sec 초과인 경우 모재에 손상이 발생하여 후 가공에서 문제가 될 수 있다.
플라즈마 용사로 내솥 용기의 상단 테두리부의 단부에 최대효율로 균일하고 안정된 두께의 코팅층을 형성함에 있어서, 플라즈마 건과 모재(내솥용기의 단부) 사이의 거리, 플라즈마 건과 모재가 이루는 각도, 모재의 회전속도 등은 중요한 제어 요소가 된다.
본 발명의 실험예에서, 동일 조건의 가스비율, 가압 및 전류, 비산속도 조건(비활성가스 Ar유량 : 90SCFH, H₂유량 : 20SCFH, 전압 : 100V, 전류 :520A, 플라즈마 온도: 15,200℃, 비산속도: 600m/sec) 하에서 플라즈마 건과 모재 사이의 거리, 플라즈마 건과 모재가 이루는 각도 및 모재의 회전속도를 달리하여 플라즈마 용사를 수행한 후 도착효율, 단부 두께 및 단부 코팅상태를 분석한 결과, 플라즈마 건과 모재(내솥용기의 단부) 사이의 거리, 플라즈마 건과 모재가 이루는 각도, 모재의 회전속도에 따라 도착효율, 단부 두께, 및 단부 코팅상태가 달라질 수 있음을 확인하였다(표 1 참조).
본 발명에 따라 내부식성 금속 또는 세라믹 재료로 용사 코팅된 내솥 용기는 용사코팅 표면에 미세한 요철이 형성되어 도료를 그 위에 피복할 경우 접착력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 세라믹 재료의 분말과 상단 테두리부의 접착력을 더욱더 높이기 위해 용사 코팅 전 상단 테두리부 단부 표면에 미세 요철부가 존재하도록 샌드 블래스트와 같은 표면처리를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 내솥 용기의 내부는 음식물이 달라붙지 않도록 탄화 불소계 수지로 코팅할 수 있다. 상기 탄화불소계 수지는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐에테르공중합체(PFA)및테트라플루오로에틸렌헥사플루오로프로필렌공중합체(FEP)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 내솥용기의 외부는 주로 실리콘계열의 내열도료 코팅을 실시하여 외면을 보호하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 내솥 용기의 외부는 외관의 미려함을 유지하기 위해 용사 코팅 후 경면 연마 처리될 수 있다.
또한, 본 발명의 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기는, 알루미늄 합금 및 스텐레스강 중 하나 이상으로 이루어진 판재, 탄소강 또는 탄소강 합금 판재, 스텐레스강 판재가 순차적으로 적층된 클래드 판재; 또는 알루미늄 합금 및 스텐레스강 중 하나 이상으로 이루어진 판재 위에 알루미늄, 니켈 또는 아연으로 도금처리한 탄소강 또는 탄소강 합금 판재가 적층된 클래드 판재를 포함하는 전기밥솥용 내솥 용기이되, 상기 내솥 용기의 상단 테두리부의 단부에 내부식성 금속 또는 세라믹 재료의 용사 코팅층이 형성된다.
본 발명의 내솥 용기는 용기의 상단 테두리부의 단부에 내부식성 금속 또는 세라믹 재료를 용사 코팅하여 탄소강 또는 탄소강 합금 판재가 외부로 노출되지 않도록 마감 처리한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 내솥 용기의 상단 테두리부에 알루미늄 합금 판재의 단부, 스텐레스강 판재의 단부, 탄소강 판재의 단부를 함께 감싸도록 내부식성 금속 또는 세라믹 재료의 용사 코팅층이 형성된다(도 1 참조).
상기 용사 코팅층의 두께는 20㎛ 이상일 수 있으며, 바람직하게는 20㎛ 내지 200㎛일 수 있다. 전술한 두께 범위는 클래드 판재와의 계면 접합이 용이하게 하고, 변형을 방지하게 하고, 부식을 방지하기 위한 두께이다. 상기 용사 코팅층의 두께가 20㎛ 보다 얇을 경우 내구성 및 내식성이 불량하고, 열 변형과 희석 문제가 발생될 수 있으며, 이후 부분적으로 없어지거나 박리되어 클래드 판재와의 접합이 불량해져 부식이 일어날 수 있다. 또한 상기 두께가 200 ㎛ 보다 두꺼울 경우 제조 비용 및 시간이 증가하여 제조원가가 상승하며 실리콘 코팅 등의 후 공정에서 외관의 이질감 및 치수 변형 등이 나타날 수 있다.
상기와 같이 용사법을 적용하여 상기 용기의 상단 테두리부 상에 용사 코팅층을 형성하는 과정은, 1회 또는 다수회로 이루어질 수 있으며, 횟수를 조절하여 용사 코팅층의 두께를 제어할 수 있다.
본 발명에서는, 필요에 따라 열처리하는 단계를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 이러한 열처리 온도는 특별히 제한되지 않으며, 당 분야에 공지된 온도 범위 내에서 적절히 조절할 수 있다.
이하, 실시예 및 시험예를 개시하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
알루미늄 합금 A3003 1.43mm, STS304가 0.3mm, 탄소강 SPCC가 0.3mm, STS304가 0.17mm로 차례로 적층된 전체 두께 2.2mm의 4층 구조 클래드 판재를 딥드로잉 한 후 테두리부를 트리밍 처리하여 내솥 용기 형상으로 만든 후 상기의 내솥 용기의 테두리부에 산화알루미늄과 이산화티타늄을 중량비 60:40으로 혼합한 분말을 플라즈마 용사(비활성가스 Ar 유량: 90SCFH, H₂유량: 20SCFH, 전압: 105V, 전류: 530A, 플라즈마 온도: 15,800℃, 비산속도: 660m/sec, 모재와의 거리: 100mm)하여 내솥 용기의 테두리부에 100㎛ 이하의 금속산화물 코팅층이 형성된 내솥 용기를 제조하였다. 도 2는 제조한 내솥 용기 및 테두리부의 단면구조를 나타낸 것이다.
[ 시험예 1] - 부식 시험
상기 실시예 1에서 제조한 세라믹 분말 용사코팅을 실시한 내솥 용기와 용사코팅을 실시하지 않은 내솥 용기를 준비한 후 염수분무 시험을 실시하여 테두리부의 부식 정도를 비교하였다.
구체적으로, 염수분무시험기에 상기의 시료들을 투입하고 35℃의 환경에서 5%의 염수를 8시간 동안 분무하고, 16시간 동안 휴지하는 것을 1주기로 하여 총 2주기까지 염수분무 시험을 실시하였다. 도 3은 그 결과를 나타낸 것으로 세라믹 분말 용사코팅을 실시한 내솥 용기의 내부식성이 크게 향상되었음을 알 수 있다.
그리고 상기 실시예 1로 제작한 세라믹 분말 용사코팅을 실시한 내솥 용기와 용사코팅을 실시하지 않은 내솥 용기 각각의 내부와 테두리부를 탄화불소계 수지로 코팅하고 외부는 실리콘계 내열도료로 코팅한 후 5% 염수에 200시간 동안 침지시킨 후 부식정도를 비교하여, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 세라믹 분말 용사코팅을 실시한 내솥 용기의 내부식성이 매우 양호함을 알 수 있다.
[ 시험예 2] - 플라즈마 용사 시험
플라즈마 용사 조건(비활성가스 Ar유량 : 90SCFH, H₂유량 : 20SCFH, 전압 : 100V, 전류 :520A, 플라즈마 온도: 15,200℃, 비산속도: 600m/sec)과, 하기 표 1의 플라즈마 건과 모재(내솥 용기의 단부) 사이의 거리, 플라즈마 건과 모재(내솥 용기의 단부)가 이루는 각도, 모재의 회전속도를 제외하고는 실시예 1과 동일하게 내솥 용기의 단부에 플라즈마 용사 코팅층이 형성된 내솥 용기를 제조하였다(실시예 2 내지 18).
실시예 2 내지 18에서 제조한 내솥 용기에 대하여, 도착 효율, 단부 두께 및 단부의 코팅상태를 분석하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다. 단부두께의 편차를 확인하기 위해 단부의 세 지점(A, B, C)을 측정하였다.
구분 거리
(D, mm)
각도
(θ, °)
모재회전속도
(ω, rpm)
도착효율(%) 단부두께(um)
(A / B / C)
단부상태
실시예2 30 0 100 36% 33/35/38 모재일부 손상
실시예3 50 0 100 35% 38/48/44 미코팅부 없음
실시예4 75 0 100 40% 44/43/46 미코팅부 없음
실시예5 100 0 100 37% 40/44/42 미코팅부 없음
실시예6 200 0 100 33% 39/39/36 미코팅부 없음
실시예7 250 0 100 32% 35/33/30 미코팅부 없음
실시예8 300 0 100 24% 27/18/22 미코팅부 다수
실시예9 100 30 100 41% 33/37/35 부분적 미코팅
실시예10 100 20 100 41% 43/39/39 미코팅부 없음
실시예11 100 10 100 38% 49/52/51 미코팅부 없음
실시예12 100 -10 100 28% 25/35/31 미코팅부 없음
실시예13 100 -20 100 25% 23/25/25 부분적 미코팅
실시예14 100 0 30 37% 25/75/46 모재부분손상
실시예15 100 0 50 38% 32/38/45 미코팅부 없음
실시예16 100 0 120 36% 45/45/44 미코팅부 없음
실시예17 100 0 150 33% 38/49/47 미코팅부 없음
실시예18 100 0 200 26% 35/21/30 부분적 미코팅
실시예 2 내지 8의 결과를 비교했을 때 플라즈마 건과 모재 사이의 거리가 50mm 미만인 경우(실시예 2) 모재의 일부가 손상되었으며, 플라즈마 건과 모재 사이의 거리가 250mm을 초과하는 경우(실시예 8) 도착효율이 크게 감소하고 두께편차가 심하였고 미코팅부가 다수 확인됨을 알 수 있다. 이로부터 모재와의 거리는 50mm 초과 250mm 이하로 조절하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
실시예 9 내지 13의 결과를 비교했을 때 플라즈마 건과 모재의 각도가 30˚ 이상인 경우(실시예 9) 도착효율은 높으나 부분적으로 미코팅부가 확인되었으며, 각도가 -10˚ 미만인 경우(실시예 13) 도착효율이 낮고 부분적으로 미코팅부가 확인되었다. 이로부터 플라즈마 건과 모재의 각도(θ) 는 -10˚≤θ<30˚도 범위로 조절하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
실시예 14 내지 18을 비교했을 때 모재의 회전 속도가 50 rpm 미만인 경우(실시예 14) 내솥용기의 단부 위치별로 두께편차가 매우 심하고 모재가 부분적으로 손상되었으며, 회전속도가 200 rpm 이상인 경우(실시예 18) 모재가 고정되지 않고 편심이 발생하여 두께 편차가 심하고 부분적으로 미코팅부가 확인되었다. 이로부터 모재의 회전속도(ω)는 50 rpm<ω<200 rpm 범위로 조절하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

Claims (17)

  1. 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기의 제조 방법에 있어서,
    알루미늄 합금 판재, 탄소강 또는 탄소강 합금 판재 및 스텐레스강 판재가 순차적으로 적층되거나, 알루미늄 합금 판재, 스텐레스강 판재, 탄소강 또는 탄소강 합금 판재 및 스텐레스강 판재가 순차적으로 적층된 클래드 판재; 또는 알루미늄 합금 판재, 또는 알루미늄 합금 및 스텐레스강으로 이루어진 판재 위에 알루미늄, 니켈 또는 아연으로 도금처리한 탄소강 또는 탄소강 합금 판재가 적층된 클래드 판재를 제조하는 단계;
    상기 클래드 판재를 성형가공하여 전기밥솥용 내솥 용기를 형성하는 단계; 및
    상기 내솥 용기의 상단 테두리부의 단부에 내부식성 금속 또는 세라믹 재료를 용사(溶射) 코팅하는 단계;를 포함하는 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스텐레스강은 오스테나이트계 스텐레스강인 것인 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금은 알루미늄과 Si, Mg, Zn, Mn, Cr, Fe, Ti 및 Ni로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속의 합금인 것인 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄소강 또는 탄소강 합금 판재의 두께는 0.15 ~ 1.5mm의 범위에 있는 것인 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄소강 또는 탄소강 합금 판재는 알루미늄, 니켈 또는 아연으로 도금 처리한 것인 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 내부식성 금속은 알루미늄, 아연, 탄소강, 스텐레스강 또는 몰리브덴인 것인 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 재료는 산화 알루미늄, 이산화 티타늄, 산화 지르코늄, 산화 나트륨, 이산화 규소 및 산화 철로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 재료는 산화알루미늄, 산화지르코늄 또는 산화철과, 이산화티타늄, 이산화규소 또는 산화나트륨을 중량비 97~3:3~97으로 혼합한 것인 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 재료는 산화알루미늄과 이산화티타늄을 중량비 40~60:60~40으로 혼합한 것인 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 내부식성 금속 또는 세라믹 재료는 분말 또는 와이어 형태인 것인 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 용사 코팅은 플라즈마(Plasma Spray) 용사인 것인 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 내부식성 금속 또는 세라믹 재료는 플라즈마 용사 시 분말의 경우 평균 직경(D50)이 5 내지 50㎛인 구형이며, 와이어의 경우 폭이 0.8 내지 5mm인 것인 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 내솥 용기의 테두리부 단부는 용사코팅 전 샌드 블래스트 표면처리되는 것인 제조 방법.
  15. 알루미늄 합금 판재, 탄소강 또는 탄소강 합금 판재 및 스텐레스강 판재가 순차적으로 적층되거나, 알루미늄 합금 판재, 스텐레스강 판재, 탄소강 또는 탄소강 합금 판재 및 스텐레스강 판재가 순차적으로 적층된 클래드 판재; 또는 알루미늄 합금 판재, 또는 알루미늄 합금 및 스텐레스강으로 이루어진 판재 위에 알루미늄, 니켈 또는 아연으로 도금처리한 탄소강 또는 탄소강 합금 판재가 적층된 클래드 판재를 포함하는 전기밥솥용 내솥 용기이되,
    상기 내솥 용기의 상단 테두리부의 단부에 내부식성 금속 또는 세라믹 재료의 용사 코팅층이 형성되는, 제1항에 따라 제조된 전자유도가열방식 전기밥솥용 내솥 용기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 내솥 용기의 상단 테두리부에는, 내부식성 금속 또는 세라믹 재료의 용사 코팅층이 알루미늄 합금 판재, 스텐레스강 판재, 탄소강 또는 탄소강 합금 판재의 각각의 단부를 함께 감싸도록 형성되는 것인 내솥 용기.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 용사 코팅층의 두께는 20㎛ 내지 200㎛인 것인 내솥 용기.
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