KR100391307B1

KR100391307B1 - 고체 윤활 피막 형성방법

Info

Publication number: KR100391307B1
Application number: KR10-2001-0031121A
Authority: KR
Inventors: 지용준; 김기홍; 양경준
Original assignee: 한라공조주식회사; 양경준
Priority date: 2001-06-04
Filing date: 2001-06-04
Publication date: 2003-07-16
Also published as: JP2002372189A; US6815400B2; EP1273847A1; KR20020092484A; US20020183209A1

Abstract

본 발명은 일정형상을 지닌 부품의 표면에 고체 윤활 피막을 형성하는 방법에 있어서, 소정 크기 및 형상을 지닌 매질을 준비하는 단계; 상기 매질에 윤활제 분말을 피착시키는 단계; 상기 윤활제 분말이 피착된 매질과, 상기 부품을 물리적으로 접촉시켜 윤활제 분말을 부품의 표면에 도포하는 단계를 포함하는 고체 윤활 피막 형성 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 방법으로 형성되는 고체윤활 피막은 부품의 형상에 상관없이 균일하면서 밀착력이 우수하여 무급유 윤활 상태 또는 고하중하 또는 고속상태에서도 장시간 동안 우수한 윤활특성을 나타내기 때문에, 우주 항공 부품이나 방위 산업 부품 및 고정밀 부품에 우수하게 적용될 수 있다.

Description

고체 윤활 피막 형성 방법{Method for preparing a solid film lubricant}

본 발명은 가혹한 조건에서 작동하는 기계요소 부품의 윤활특성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 고체 윤활 피막(solid film lubricant) 형성 방법에 관한 것이다.

고체 윤활 피막은 기계 요소 부품의 반영구적인 윤활 수명을 요구하거나 유체 윤활에 의한 유막 유지가 어려운 조건, 또는 고온 고진공과 같은 특수조건에서의 건조 윤활이 요구되는 경우, 그리고 일반 유체 윤활 조건에서도 내마모성 및 마찰특성이 우수한 기능성 재료 표면이 요구되는 경우에 필수적이다. 최근, 고체 윤활피막 관련 기술은 기계, 전자 공업분야에서 중요한 분야로 관심이 증대되고 있으며, 사무자동화기기, 자동차, 진공기계, 식품기계, 정밀기기, 방직기, 인쇄기, 항공 우주 산업기기, 화학설비 등 광범위한 분야에서 사용되고 있다.

구체적으로 베어링을 예로 들면, 베어링 구조는 고하중, 고온이나 또는 진공 중에서의 작동시에 베어링 면에 윤활유막의 단절이 생기고 이에 따른 금속간의 직접 접촉으로 발열하면서 소착을 일으킨다. 특히 진공이나 극저온 또는 고온에서의 작동시에 일반적인 윤활유는 그 특성상 윤활 작용을 기대하기 어렵고 또 장시간 정지상태에 있다가 작동을 개시할 경우에는 액상의 윤활유는 낮은 곳으로 흘러내려 초기 작동시 많은 문제점을 일으킨다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 흑연이나 이황화몰리브덴(MoS₂), 이황화텅스텐(WS₂), 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 질화붕소(BN)등 그 자체가 좋은 윤활특성을 가지는 물질에, 결합제로서 유기 또는 무기 화합물을 사용하여 도료상으로 만들고 이 도료를 전처리된 부품상에 도포하여 윤활막을 형성시키거나 진공 챔버 속에서 스퍼터링 방식으로 이들 물질의 박막을 형성시켜 고체 윤활 피막으로 사용하고 있다. 구체적으로 예를 들면, 미합중국특허 제4,473,481호는 미끄럼 운동을 받는 금속 표면의 파손을 방지하는 고체 윤활제에 관한 것으로서, 이황화몰리브덴, 또는 이황화몰리브덴 및 흑연 60-80중량%와 열안정성 부여 및 산화방지용 첨가제로서 산화안티몬, 철, 아연 또는 금 입자들 중 어느 한 성분을 10 - 30중량%, 유기 결합제로서 에폭시-에스테르 수지, 아크릴수지 및 우레아 수지들 중 어느 한 물질을 함유하는 것을 특징으로 하는 윤활제 조성물이 기재되어 있다. 기타 이황화몰리브덴-수지계 윤활제로는 미합중국특허 제3,051,586호, 제4,303,537호 제3,146,142호, 제4,206,060호 등이 개시된 것들이 있다.

한편, 일본국 특허 공개 평 4-26777호에는 티타늄 또는 티타늄 합금에 내열마모성 및 내습동성이 우수한 피막을 형성하는 방법이 기재되어 있다. 상기 문헌에는 재료표면에 고체 윤활 피막을 도포하기 전에 그 전처리 과정으로서 재료 표면을 진공분위기에서 500℃로 가열하고 화학적으로 활성화 처리하여 재료 표면을 다공질로 만든 후에 니켈-인, 실리콘-카바이드 등의 복합재료를 전기 도금하여 내열, 내마모성을 향상시키는 것을 특징으로 하고 있다. 또한 일본국 특허공개 소61-4797호에는 동력을 전달하는 금속제의 치차의 표면을 탈지 처리한 후 이황화몰리브덴 입자를 에폭시 수지 및 용매에 분산시킨 용제를 얇게 도포함으로써 금속 표면에 몰리브덴을 함유한 에폭시 수지의 코팅을 형성하는 방법이 기재되어 있다.

그러나, 전술한 바와 같은 유기 또는 무기 결합제를 사용한 도료상의 고체 윤활피막은 도막 두께를 제어하기가 어렵고, 고체윤활제와 결합제의 비율 제어의 어려움 및 부품의 형상에 따른 부분적인 도막 두께 불균일 문제 등으로 인하여 정밀한 부품에의 적용은 상당히 많은 어려움을 야기한다. 심지어는 도막을 래핑(lapping) 등의 방법으로 가공하여야 하는 경우도 있으며 이 경우 가공의 어려움은 고려치 않는다 하더라도 남아 있는 고체 윤활 피막의 두께를 적합한 수준으로 유지하는데는 한계가 있다.

또한, 이러한 고체 윤활 피막의 윤활제로 사용되는 안료의 경우 일반적으로 비중이 높고 흡유성이 커서 도료로 제조하는 경우 매우 잘 가라앉기 때문에 안료인 윤활제와 결합제인 수지의 비율을 최적화하는 것도 매우 어렵다. 고체 윤활 피막중에 수지가 많을 경우 윤활특성이 나빠지고 윤활제인 안료가 많을 경우 윤활특성은 좋아지지만 쉽게 마멸되어 수명이 짧아진다. 이러한 도료형 고체 윤활 피막의 단점을 보완하기 위하여 최근에는 건식 코팅방법인 스퍼터링 방식으로 고체 윤활피막을 형성하는 방법이 제안되었으며, 우주 항공 부품이나 방위 산업 부품 및 고정밀 부품에 응용되고 있으나 장비가 고가이고 코팅 속도가 느려 매우 높은 처리비용을 필요로 하고 따라서 일반적인 부품에의 적용은 제한적이다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 수지와 같은 결합제를 사용하지 않으면서, 부품의 형상과 무관하게 균일한 피막 형성이 가능하며 수명특성이 우수한 고체 윤활 피막을 형성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 여러 가지 형상의 바렐을 개략적으로 도시한 것이다.

도 2는 진동바렐의 개략적인 구조를 도시한 것이다.

도 3은 자이로 피니싱 머쉰의 구조 및 동작을 개략적으로 도시하는 도면이다.

도 4는 여러 가지 형태의 매질을 소개하는 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예 1에 의하여 윤활제 입자가 부품에 피착되는 과정을 개략적으로 도시한 것이다.

도 6a-6c는 실시예 1의 사판에 대한 무급유 윤활시험, 고하중 윤활시험 및 고속 윤활시험 결과를 나타낸다.

도 7a 및 도 7b는 실시예 2의 사판에 대하여 무급유 윤활시험 및 고하중 윤활시험을 실시한 결과를 나타낸다.

도 8a 및 도 8b는 실시예 3의 사판에 대하여 무급유 윤활시험 및 고하중 윤활시험을 실시한 결과를 나타낸다.

도 9는 실시예 4의 사판에 대하여 무급유 윤활시험을 실시한 결과를 나타낸다.

도 10a-10c는 비교예의 사판에 대하여 무급유 윤활시, 고하중 윤활시험 및고속 윤활시험을 실시한 결과를 나타낸다.

본 발명은 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,

일정 형상을 지닌 부품의 표면에 고체 윤활 피막을 형성하는 방법에 있어서,

소정 크기 및 형상을 지닌 매질을 준비하는 단계;

상기 매질에 윤활제 분말을 피착시키는 단계;

상기 윤활제 분말이 피착된 매질과, 상기 부품을 물리적으로 접촉시켜 윤활제 분말을 부품의 표면에 도포하는 단계를 포함하는 고체 윤활 피막 형성 방법을 제공한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 윤활제 분말이 피착된 매질과 상기 부품의 물리적 접촉은 회전, 진동, 충격, 마찰 등의 기계적인 힘에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 윤활제는 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 흑연, 질화붕소 및 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 매질에 윤활제 분말을 피착시키는 단계에서, 윤활제 분말과 함께 유기 또는 무기 결합제를 함께 매질에 피착시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 부품을 상기 윤활제가 피착된 매질과 접촉시키기 전에, 윤활제와의 밀착력을 향상시키기 위하여 상기 부품의 표면에 1층 이상의 중간층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 중간층은 은, 동, 주석, 납, 금, 아연, 카드뮴 또는 이들의 합금, 및 고체 윤활제와 이들의 복합함금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 중간층은 전기도금, 화학도금, 진공도금, 용사 및 물리화학적 증착으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 방법으로 실시될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 중간층을 형성한 후에 150 내지 500℃로 열처리하여 중간층의 연성을 증대시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 종래 결합제를 사용하는 코팅 방법의 단점을 개선하기 위하여, 부품의 형상 및 재질에 따라 적합한 매질을 사용하고 윤활제의 분말을 일차적으로 매질의 표면에 균일하게 도포한 후 진동, 충격, 마찰 등의 기계적인 힘을 사용하여 물리적인 방식의 고체 윤활 피막 형성방법을 개발하게 되었다.

즉, 윤활제 분말을 일차적으로 매질의 표면에 균일하게 도포하고 도포된 매질과 부품표면을 기계적인 방식으로 진동, 충격, 마찰시킴에 따라 윤활제의 입자가 부품의 표면에 침투하여 균일하고 얇은 윤활제의 피막을 형성시킨다. 이때 형성된 고체 윤활 피막은 결합제 등의 불순 성분을 포함하지 않는 순수한 윤활피막인 관계로 그 윤활특성은 도료형에 비하여 매우 우수하며, 이론적으로 스퍼터링법에 의해형성된 윤활피막의 특성과 이론적으로 유사하다.

본 발명의 물리적 방식의 고체 윤활 피막의 형성은 대상 부품의 형상이나 크기에 따라 다양한 형태의 코팅장비나 매질에 의해 실시될 수 있다.

코팅장비의 구체적으로 예를 들면, 도 1의 (a) 내지 (i)에 도시된 바와 같은 여러 가지 형상의 회전 바렐이나, 도 2에 도시된 바와 같은 진동 바렐, 또는 도 3에 도시된 바와 같은 특수한 형태의 자이로 피니싱 머쉰(Gyro-finishing M/C)을 사용할 수 있다.

코팅 장비는 부품의 형상에 따라 대부분 결정되는데, 크기가 작고 형상이 단순하며 작업 중에 상호간의 충격에 의하여 손상될 우려가 없는 부품의 경우는 도 1의 (a) 내지 (g)와 같은 보통의 회전 바렐이나 도 2 (a) 및 (b)와 같은 진동 바렐이 사용되고, 부품의 크기가 크고 손상의 우려가 있을 경우는 도 1 (h) 및 (i)와 같은 지그를 사용하거나, 도 3에 도시된 것과 같은 자이로 피니싱 머쉰을 사용하는 것이 좋다. 일반적으로 보통의 회전 바렐에 비하여 진동 바렐이 부품과 매질 간의 마찰에너지가 크기 때문에 코팅시간이 단축되고 코팅층의 밀착력 등의 품질 면에서 유리하다.

매질은 도 4에 도시된 것과 같은 다양한 형상, 크기 및 재질의 것을 사용할 수 있다.

매질의 재질은 강도가 높고 표면이 매끄러운 알루미나 소결품이나 글래스 비드 또는 스텐레스 등의 금속재가 좋고, 매질의 크기나 형상은 코팅하고자 하는 부품의 표면 형상에 따라 결정된다. 도 4는 본 발명의 방법에 사용하기에 바람직한매질의 예를 나타낸다. 도 4 (a) 내지 (c)는 소결 알루미나로 만들어진 것으로서, 형상은 구형 및 비구형 등 다양할 수 있으며 크기는 1 내지 5 mm 정도로서 코팅하고자하는 제품의 형상 등에 따라 선택하여 사용할 수 있다. 도 4의 (d)는 입자의 크기가 비교적 큰 글래스 비드를 나타낸 것이다.

본 발명의 방법은 건식 또는 습식의 방식으로 실시될 수 있다. 도 5를 참조하여 먼저 건식의 경우를 설명하면 다음과 같다.

코팅하고자 하는 대상 부품의 크기 및 형상에 따라 적정한 코팅장비를 선정한 후, 역시 대상부품의 형상 및 크기에 따라 적절하게 선택된 매질을 상기 장비에 투입한다. 윤활피막을 형성시키고자 하는 윤활제 분말을 상기 매질이 충진된 장비내에 투입한다. 회전, 진동, 교반, 마찰 등에 의한 적당한 방법으로 상기 매질에 윤활제가 충분히 도포되도록 한다.

경우에 따라서는 통상의 유기 또는 무기 결합제를 보조제로서 첨가하여 고체 윤활제 분말과 함께 매질에 도포할 수 있다.

그 다음 피막을 형성시키고자 하는 부품을 상기 장비 내에 투입한 후 회전, 진동, 충격, 마찰 등의 기계적인 힘을 충분히 가하여 윤활제 분말이 부품의 표면에 충분히 침투되도록 한다.

경우에 따라서는 상기 윤활제분말이 도포된 부품을 유기 또는 무기화합물의 희석용액에 침적한 후 건조하는 단계를 추가하여 상기 고체윤활제 분말의 부착력을 향상시킬 수도 있다. 이때 사용되는 유기 또는 무기화합물의 희석농도는 0.1 내지 20 중량비로 사용하는 것이 좋다. 즉, 0.1 중량비보다 적은 양의 유기 또는 무기화합물을 함유할 경우는 고체윤활제분말의 접착력을 향상시킬 수 없으며, 20 중량비 보다 많은 양을 사용할 경우 고체윤활제의 윤활 특성이 급격히 감소하게 되며, 두께 또한 두꺼워 져서 정밀한 치수를 관리할 수 없게된다.

또한 상기의 유기 또는 무기화합물은 실리콘수지 또는 테프론수지 또는 폴리아미드아민수지 또는 에폭시수지 등의 내열성이 좋은 화합물을 사용하는 것이 좋다.

본 발명의 경우는 전술한 바와 같이 건식 공정으로 실시될 수 있지만, 습식공정으로도 실시될 수 있는데, 습식 공정의 경우를 설명하면 다음과 같다.

코팅하고자 하는 대상 부품의 크기 및 형상에 따라 적정한 코팅장비를 선정한 후, 역시 대상 부품의 형상 및 크기에 따라 적절하게 선택된 매질을 상기 장비에 투입한다. 윤활피막을 형성시키고자 하는 윤활제 분말을 상기 매질이 충진된 장비 내에 투입한다. 그리고 물 또는 유기용제를 소량 투입한다. 회전, 진동, 교반, 마찰 등에 의한 적당한 방법으로 상기 매질에 물 또는 유기용제에 적당히 젖은 고체윤활제가 충분히 도포되도록 한다

그 다음 피막을 형성시키고자 하는 부품을 상기 장비내에 투입한 후 회전, 진동, 충격, 마찰 등의 기계적인 힘을 충분히 가하여 물 또는 유기용제에 적당히 젖은 고체윤활제 분말이 부품의 표면에 충분히 침투되도록 한다.

그런 다음 건조로에 장입하여 물 또는 유기용제를 건조시켜 고체윤활제만 부품의 표면에 잔류하도록 한다.

경우에 따라서 상기의 물 또는 유기용제는 유기 또는 무기화합물을 희석시켜사용할 수도 있으며, 이 경우 건조 후 고체윤활제의 부착력을 향상시킬 수 있다.

이때 사용되는 유기 또는 무기화합물의 희석농도는 고체윤활제를 제외한 물 또는 유기용제에 대해 0.1 내지 20 중량비로 사용하는 것이 좋다. 즉, 0.1 중량비보다 적은 양의 유기 또는 무기화합물을 함유할 경우는 고체윤활제 분말의 접착력을 향상시킬 수 없으며, 20 중량비 보다 많은 양을 사용할 경우 고체윤활제의 윤활특성이 급격히 감소하게 되며, 두께 또한 두꺼워 져서 정밀한 치수를 관리할 수 없게된다. 또한 상기의 유기 또는 무기화합물은 실리콘수지 또는 테프론수지 또는 폴리아미드아민수지 또는 에폭시수지 등의 내열성이 좋은 화합물을 사용하는 것이 좋다.

또한, 본 발명의 다른 양상에 의하면, 부품의 표면에 금속 자체를 윤활제로 사용할 수 있는 연질 금속, 예를 들면, 은, 동, 주석, 납, 금, 아연, 카드뮴 또는 이들의 합금, 및 고체 윤활제와 이들의 복합합금 등으로 도금하여 중간층을 형성한 후, 본 발명의 기계적인 방식으로 이황화몰리브덴(MoS2), 이황화텅스텐(WS2), 흑연, PTFE 등의 단독, 또는 혼합분말을 사용하여 고체 윤활 피막을 형성시킬 경우 밀착력이 좋고 윤활 특성이 우수하며 균일하고 치수 안정성이 좋은 피막을 얻을 수 있다. 이와 같이 중간층을 형성하는 경우에는 중간층의 연성을 증가시키기 위하여 150 - 500℃로 열처리할 수 있다. 이 열처리 온도는 중간층으로 선정된 재질에 따라 적당한 열처리온도 구간에서 처리할수 있다. 즉, 예로서 주석도금을 중간층으로 선정하였을 경우는 150 - 180℃로 열처리하는 것이 좋으며, 반면에 은도금을 중간층으로 선정하였을 경우는 200 - 300℃로 열처리하는 것이 좋다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 들어 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과한 것으로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

<실시예 1>

자동차 에어컨용 콤프레서의 중요 구동 부품인 강제 사판(swash plate)에 본 발명에 의한 고체 윤활피막을 처리하였다.

콤프레서에 있어서 사판의 역할은 엔진으로부터 동력을 전달받아 콤프레서 피스톤을 왕복운동시켜 냉매를 압축하는 것이며, 고압으로 냉매를 압축함에 따라 사판의 표면에 고하중인 상태로 작동하게 된다. 뿐만 아니라 냉방장치를 가동하지 않을 때에는 사판 표면의 윤활유가 낮은 곳으로 흘러내렸다가 냉방장치를 가동할 경우 최초 30초 정도의 시간은 윤활유가 없거나 부족한 상태로 작동하게 되므로 이때 갑작스런 마찰계수의 상승에 따른 발열과 유막의 파괴에 따라 소착을 일으키기 쉽다.

본 실시예에서 사용한 사판은 강제(steel)로 제작된 직경 95mm, 두께 5mm의 원판상으로, 상기의 강제 사판에 동도금 및 은도금을 실시한 후 도 2 (b)의 진동 바렐에 그림 4 (a)의 구형의 소결 알루미나제 매질을 충진하고, 이황화몰리브덴 (MoS₂)을 매질에 코팅한 후 상기 사판을 투입하여 코팅하였다.

<실시예 2>

이황화몰리브덴(MoS₂)과 흑연이 혼합된 분말을 매질에 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

<실시예 3>

흑연을 매질에 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

<실시예 4>

본 실시예에서 사용된 사판은 강제(steel)로 제작된 직경 95mm의 원판상으로, 상기의 강제 사판에 동도금 및 은도금을 실시한 후 도 2 (b)의 진동바렐에 그림 4 (a) 의 구형 소결 알루미나제 매질을 충진하고, 이황화몰리브덴(MoS₂) 분말과 소량의 증류수를 투입하여 습식의 상태로 매질에 코팅한 후 상기 사판을 투입하여 습식의 상태로 코팅 후 건조하였다.

<실시예 5>

동도금 및 은도금을 실시한 후 도 2 (b)의 진동바렐장치를 이용하여 250℃에서 열처리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

<실시예 6>

실시예 1과 동일한 방법으로 코팅을 실시후 용매에 대해 1중량비로 희석된 실리콘수지 용액에 침적후 건조하여 실시하였다.

<실시예 7>

강제 사판에 동도금이나 은도금을 실시하지 않고, 본 발명에 의한 고체 윤활제 피막 형성 방법을 사판 표면에 직접 적용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.

실시예 1-7에서 코팅이 완료된 사판은 금속 광택을 띤 청흑색으로 변하였고,미려한 외관을 가진 균일하고 밀착력이 좋으며 매끄러운 표면을 가졌다.

<비교예>

기존 사양대로 피스톤을 작동시키기 위한 슈(shoe)의 접촉면에 동(Cu)계 베어링 합금을 용사한 후 가공한 사판을 준비하였다.

이상과 같이 고체 윤활 피막이 형성된 실시예 1-4 및 비교예의 사판에 대하여, 무급유 윤활시험, 고하중 윤활시험 및 고속 윤활시험을 실시하였다.

무급유 윤활시험은 기본적으로 윤활유 부족 상태, 다시 말하여 콤프레서가 정지 상태에 있다가 재가동할 경우의 상태를 시험하기 위한 것으로, 사판을 저속으로 회전시키면서 피스톤을 작동시키는 슈(shoe)에 일정한 하중으로 압력을 가하면서 일정시간의 길들이기 운전 후 윤활유를 중단시킨 상태에서 소착시 까지의 시간, 온도, 토크의 변화를 관찰하는 시험이다.

고하중 윤활시험은 사판을 저속으로 회전시키면서 슈에 가하는 압력을 점점 증가시키면서 소착시까지 하중, 온도 및 토크의 변화를 관찰하는 시험이다.

고속 윤활시험은 사판을 고속으로 회전시키면서 슈에 일정한 하중으로 압력을 가한 상태에서 소착시까지의 시간, 온도 및 토크의 변화를 관찰하는 시험이다.

도 10a - 10c는 비교예의 사판에 대하여 무급유 윤활시, 고하중 윤활시험 및 고속 윤활시험을 실시한 결과를 나타낸다.

무급유 윤활시험의 경우, 본 발명의 실시예인 도 6a, 7a, 8a, 9의 경우는 약 2000초가 경과할 때까지도 소착없이 온도나 토크가 일정하게 유지되나, 비교예인 도 10a의 경우는 약 500초 경과 시점부터 온도가 급격하게 상승하면서 소착이 일어나는 것을 알 수 있어, 본 발명에 의한 방법으로 고체 윤활피막 처리된 사판의 무급유 윤활 특성이 기존의 용사품(비교예)에 비하여 훨씬 우수하다는 것을 알 수 있다.

고하중 윤활특성에 대하여 살펴보면, 본 발명의 실시예인 도 6b, 7b, 8b의 경우는 적어도 1600 kgf까지, 특히 실시예 1의 경우는 1845kgf 까지 상승시킬 수 있었으나, 비교예(도 10b)의 경우에는 약 1200 kgf에서 소착이 일어났음을 알 수 있다. 이와 같은 결과로부터, 본 발명의 방법으로 처리된 사판이 기존의 용사 코팅된 사판에 비하여 우수하다는 것을 알 수 있다.

마지막으로 실시예 1 및 비교예의 사판에 대하여 고속윤활 특성을 살펴보면, 도 7c 및 도 10c로부터 실시예 1의 사판은 소착시까지 약 2000초가 걸렸으나, 비교예의 경우는 500초도 버티지 못하였음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법으로 처리된 사판은 고속 윤활특성도 기존의 용사코팅된 사판에 비하여 우수하다는 것을알 수 있다.

본 발명에 의한 방법으로 형성되는 고체윤활 피막은 부품의 형상에 상관없이 균일하면서 밀착력이 우수하여 무급유 윤활 상태 또는 고하중하 또는 고속상태에서도 장시간 동안 우수한 윤활특성을 나타내기 때문에, 우주 항공 부품이나 방위 산업 부품 및 고정밀 부품에 우수하게 적용될 수 있다.

Claims

일정형상을 지닌 부품의 표면에 고체 윤활 피막을 형성하는 방법에 있어서,

소정 크기 및 형상을 지닌 매질을 준비하는 단계;

상기 매질에 윤활제 분말을 피착시키는 단계;

상기 윤활제 분말이 피착된 매질과, 상기 부품을 물리적으로 접촉시켜 윤활제 분말을 부품의 표면에 도포하는 단계를 포함하는 고체 윤활 피막 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 윤활제 분말이 피착된 매질과 상기 부품의 물리적 접촉은 회전, 진동, 충격, 마찰 등의 기계적인 힘에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 윤활제는 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 흑연, 질화붕소 및 폴리테트라플루오로에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 매질에 윤활제 분말을 피착시키는 단계에서, 윤활제 분말과 함께 유기 또는 무기 결합제를 함께 매질에 피착시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 윤활제분말이 도포된 부품을 유기 또는 무기화합물의 희석용액에 침적 후 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서 상기 유기 또는 무기화합물의 희석용액은 용매 100 중량부 대비 0.1 내지 10 중량비로 유기 또는 무기화합물이 희석된 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 부품을 상기 윤활제가 피착된 매질과 접촉시키기 전에, 윤활제와의 밀착력을 향상시키기 위하여 상기 부품의 표면에 1층 이상의 중간층 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서, 상기 중간층은 은, 동, 주석, 납, 금, 아연, 카드뮴 또는 이들의 합금, 및 고체 윤활제와 이들의 복합함금으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서, 상기 중간층은 전기도금, 화학도금, 진공도금, 용사 및 물리화학적 증착으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 방법으로 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
제7항에 있어서, 상기 중간층을 형성한 후에 150 내지 500℃로 열처리하여 중간층의 연성을 증대시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
일정형상을 지닌 부품의 표면에 고체 윤활 피막을 형성하는 방법에 있어서,

소정 크기 및 형상을 지닌 매질을 준비하는 단계;

용매에 혼합된 고체윤활제를 준비하는 단계;

상기 매질에, 상기 용매에 혼합된 고체윤활제를 피착시키는 단계;

상기 용매에 혼합된 고체윤활제가 피착된 매질과, 상기 부품을 물리적으로 접촉시켜 부품의 표면에 도포하는 단계;

상기 용매에 혼합된 고체윤활제가 도포된 부품을 건조하는 단계를 포함하는 고체윤활피막 형성 방법
제11항에 있어서, 상기 용매는 물 또는 유기 또는 무기화합물의 희석용액인것을 특징으로 하는 방법
제11항에 있어서, 상기 유기 또는 무기화합물의 희석용액은 용매 대비 0.1 내지 10 중량비로 유기 또는 무기화합물이 희석된 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법에 의해 고체윤활피막이 형성된 것을 특징으로 하는 컴프레서용 사판.