KR101337936B1

KR101337936B1 - 엔진용 밸브 및 그 표면 처리 방법

Info

Publication number: KR101337936B1
Application number: KR1020120014558A
Authority: KR
Inventors: 조병규; 차성철; 신창현; 이준석
Original assignee: 현대자동차주식회사; 동우에이치에스티 주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2013-12-09
Also published as: KR20130093188A

Abstract

본 발명은 자동차 엔진용 밸브 및 그 표면 처리 방법에 관한 것으로서, 모재 표면에 내열성 및 내마모성, 저마찰 특성을 갖는 개선된 코팅층을 형성하여 우수한 품질을 가짐과 더불어 마찰/마모 상대 부품인 밸브 가이드의 마모를 줄일 수 있는 밸브, 및 그 표면 처리 방법을 제공하는데 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 스템부의 모재 표면에 코팅층이 형성되고, 상기 코팅층은, 모재 표면에 최하층으로서 코팅되고 Ti 또는 Cr로 이루어진 버퍼층과; 상기 버퍼층 위에 코팅되고 CrN, TiN, 또는 TiCN으로 이루어진 중간층과; 상기 중간층 위에 코팅되는 TiAlN/CrN 나노다층과; 상기 TiAlN/CrN 나노다층 위에 코팅되는 TiAlCN 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진용 밸브, 및 상기한 코팅층을 형성할 수 있는 밸브의 표면 처리 방법이 개시된다.

Description

엔진용 밸브 및 그 표면 처리 방법{VALVE FOR ENGINE AND METHOD FOR SURFACE TREATMENT THEREOF}

본 발명은 자동차 엔진용 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모재 표면에 내열성 및 내마모성, 저마찰 특성을 갖는 개선된 코팅층을 형성하여 우수한 품질은 물론 밸브 가이드의 마모를 줄일 수 있는 밸브 및 그 표면 처리 방법에 관한 것이다.

오늘날 차세대 자동차 산업의 메가트렌드(megatrend)인 "친환경"이란 단어 아래, 자동차 업계는 2020년까지 이산화탄소 배출량을 현재 대비 30 ~ 50 % 수준인 50g/km로 저감하는 것을 목표로 다양한 친환경 차량을 개발하고 있다.

또한 2025년 미국의 기업평균연비 규제치(CAFE, Corporate Average Fuel Economy)인 54.5 mpg(23.2 km/l)를 충족하기 위하여 각 자동차 메이커들은 다운사이징(downsizing) 및 연비향상 기술의 개발에 매진하고 있다.

그러나, 다운사이징과 같은 기술은 엔진 부품에 가해지는 하중을 증가시켜 마찰, 마모로 인한 부품의 품질 저하를 야기하고, 또한 부품의 내구수명을 단축시킨다.

이러한 문제는 자동차 엔진에 적용되고 있는 밸브 시스템에서도 나타나고 있다.

주지된 바와 같이, 자동차 엔진용 밸브 시스템의 흡/배기밸브는 캠 샤프트의 회전운동에 따라 상하 왕복운동을 하여 엔진의 연소실을 개폐하는 부품이다.

흡기밸브는 연료와 공기의 혼합기가 적정 시점에 연소실에 공급되도록 엔진의 흡기포트를 개폐하는 밸브이고, 배기밸브는 연소실에서 연소가스가 적정 시점에서 배출될 수 있도록 배기포트를 개폐하는 밸브이다.

이러한 흡/배기밸브는 각 포트에 고정된 중공의 밸브 가이드 내측에 삽입되어 왕복운동을 하게 되며, 이때 밸브 가이드는 밸브의 스템부에 접촉된 상태로 밸브의 왕복운동을 가이드 하게 된다.

일반적으로 엔진의 밸브 중 배기밸브의 경우, 도 1에 나타낸 바와 같이, 그 표면 처리 방법으로, 밸브(10)의 상단부인 팁부(12)에 고주파 처리를 한 뒤, 밸브 가이드와 마찰 접촉을 하게 되는 스템부(11)에 크롬(Cr) 도금 처리를 한다.

이때, 고주파 처리를 한 팁부(12)를 포함하는 스템부(11) 전체 부분에 크롬 도금을 한다.

하지만, 크롬으로 도금된 밸브(10)의 스템부(11)가 밸브 가이드의 내주면과 마찰을 일으키면서 밸브 가이드의 내주면이 마모될 수 있는데, 특히 장시간의 엔진 구동으로 인해 밸브 가이드의 내주면이 일정 수준 이상 마모될 경우 상하 왕복운동시 밸브가 좌우로 흔들리는 현상이 발생하게 된다.

이때, 밸브의 개폐 동작에 문제가 발생하기 시작하는데, 마모가 계속해서 진전될 경우 밸브의 거동은 더욱 불안정해지게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 모재 표면에 내열성 및 내마모성, 저마찰 특성을 갖는 개선된 코팅층을 형성하여 우수한 품질은 물론 마찰/마모 상대 부품인 밸브 가이드의 마모를 줄일 수 있는 엔진용 밸브 및 그 표면 처리 방법을 제공하는데 목적이 있는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 스템부의 모재 표면에 코팅층이 형성되고, 상기 코팅층은, 모재 표면에 최하층으로서 코팅되고 Ti 또는 Cr로 이루어진 버퍼층과; 상기 버퍼층 위에 코팅되고 CrN, TiN, 또는 TiCN으로 이루어진 중간층과; 상기 중간층 위에 코팅되는 TiAlN/CrN 나노다층과; 상기 TiAlN/CrN 나노다층 위에 코팅되는 TiAlCN 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진용 밸브를 제공한다.

그리고, 본 발명은, 스템부의 모재 표면에 Ti 또는 Cr로 이루어진 버퍼층을 코팅하는 단계와; 상기 버퍼층 위에 CrN, TiN, 또는 TiCN으로 이루어진 중간층을 코팅하는 단계와; 상기 중간층 위에 TiAlN/CrN 나노다층을 코팅하는 단계와; 상기 TiAlN/CrN 나노다층 위에 TiAlCN 층을 코팅하는 단계를 포함하는 엔진용 밸브의 표면 처리 방법을 제공한다.

이에 따라, 본 발명의 엔진용 밸브 및 그 표면 처리 방법에서는 스템부의 모재 표면에 내열성과 내마모성, 그리고 인성이 우수한 TiAlN/CrN 나노다층(Nano ML(Multi-Layer))을 코팅하고, 이에 더하여 스템부의 최표면에는 저마찰 특성이 우수한 TiAlCN 층을 코팅함으로써, 밸브의 내열성 및 내마모성은 물론 저마찰 특성을 동시에 확보할 수 있게 된다.

이로써 마찰로 인한 밸브 및 밸브 가이드의 마모를 크게 줄일 수 있고, 또한 이들 부품의 수명을 늘릴 수 있으며, 밸브의 기밀성이 향상되는 이점이 있게 된다.

또한 본 발명에서는 종래 별도로 진행되던 팁부의 고주파 처리 공정과 스템부의 크롬 도금 공정을 모두 코팅 공정으로 대체하므로 전체 공정의 수를 줄일 수 있는 효과가 있다.

이러한 본 발명의 밸브 및 그 표면 처리 방법은 자동차 엔진의 배기밸브, 특히 디젤 엔진의 배기밸브로서, 그리고 그 배기밸브를 제조하기 위한 코팅 방법으로서 유용하게 적용될 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 밸브의 표면 처리 부위 및 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 밸브의 표면 처리 부위를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 밸브의 코팅층 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 표면 처리 공정을 위한 PVD 코팅 장비를 예시한 도면이다.
도 5는 실시예의 코팅층 조직을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 실시예의 코팅층에서 TiAlCN 최표면층을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 자동차 엔진용 밸브 및 그 표면 처리 방법에 관한 것으로, 내열성 및 내마모성과 더불어 마찰/마모 상대 부품인 밸브 가이드와의 저마찰 특성을 제공하는 밸브의 개선된 코팅층에 주된 특징이 있는 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 밸브의 표면 처리 부위를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 밸브의 코팅층 구성을 나타내는 단면도이다.

먼저, 밸브와의 마찰로 인한 밸브 가이드의 마모를 줄여 밸브의 기밀성이 저하되는 것을 효과적으로 방지하고자, 본 발명에서는 마찰 동안 밸브 가이드에 대한 밸브의 공격성을 줄일 수 있는 저마찰 특성이 부여된 코팅층을 밸브(12)의 스템부(11) 모재 표면에 형성한다(도 2의 단면도 참조).

엔진의 밸브(배기밸브 등)는 기본적으로 450 ℃ 이상의 고온에 대한 내열성을 요구하고, 또한 밸브 자체의 내마모성도 요구한다.

이를 위해, 본 발명에서는 밸브 자체의 내열성 및 내마모성, 그리고 마찰/마모 상대 부품인 밸브 가이드와의 저마찰 특성을 제공하는 TiAlCN 층을 포함하는 코팅층을 스템부(팁부를 포함하는 부분임)(11)의 모재 표면에 코팅한다.

코팅층의 구성에 대해 좀더 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 코팅층은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 스템부의 모재(13) 표면에 최하층으로 코팅 형성되고 Ti 또는 Cr로 이루어지는 Ti 또는 Cr 버퍼층(14)과, 상기 버퍼층(14) 위에 적층되도록 코팅 형성되고 CrN, TiN, 또는 TiCN으로 이루어지는 중간층(16)과, 상기 중간층(15) 위에 적층되도록 코팅 형성되는 TiAlN/CrN 나노다층(Nano ML(Multi-Layer))(16)과, 상기 TiAlN/CrN 나노다층(16) 위에 적층되도록 코팅되어 스템부의 최표면을 형성하는 TiAlCN 층(17)을 포함한다.

이러한 구성에서 코팅층의 전체 두께는 0.31 ~ 25.5 ㎛의 범위로 형성하는 것이 바람직하다.

스템부(11)의 모재(13) 표면에 최하층으로 형성되는 버퍼층(14)은 코팅의 잔류 응력을 저하 및 조정하는 역할을 하며, 모재(13)와의 접합층 역할을 하므로 모재와의 접합력이 우수한 Ti 또는 Cr을 사용하여 형성한다.

이때, 코팅의 잔류 응력 저하 및 우수한 접합력 제공을 위한 바람직한 버퍼층(14)의 두께는 0.01 ~ 0.5 ㎛가 될 수 있다.

상기 버퍼층(14)의 두께를 0.01 ㎛ 미만으로 형성하는 경우 코팅층의 접착력이 저하되는 문제가 있고, 0.5 ㎛ 두께를 초과하여 형성하는 경우 소프트한 버퍼층이 두꺼워져서 전체 코팅층의 내피로성, 내충격성이 저하되는 문제가 있어 바람직하지 않다.

버퍼층(14) 위에 코팅 형성되는 CrN, TiN, 또는 TiCN의 중간층(15)은 인성과 내피로성, 내충격성을 제공하기 위한 것으로, 중간층으로서의 이러한 특성들을 충족하기 위해 0.1 ~ 6 ㎛의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

이때, 중간층(15)의 두께를 0.1 ㎛ 미만으로 하는 경우 내피로성 및 내충격성이 충분하지 못한 문제가 있고, 또한 6 ㎛를 초과하는 경우에는 자체의 잔류 응력이 증가되어 중간층으로서의 내피로성, 내충격성이 오히려 저하되는 문제가 있어 바람직하지 않다.

또한 나노다층(16)은 TiAlN으로 이루어진 TiAlN 나노층(16a)과, CrN으로 이루어진 CrN 나노층(16b)이 교대로 반복 코팅 및 적층되어 구성되는 다층(Multi-Layer,ML) 구조의 층으로서, 내열 원소(TiAl)와 고경도 원소(Cr) 구성되며, 나노다층(16)의 전체 두께는 0.1 ~ 10 ㎛로 하는 것이 바람직하다.

또한 각 나노층(16a,16b)의 두께는 10 ~ 50 nm의 범위로 하는 것이 바람직하며, 본 발명에서 나노다층(16)을 구성하는 나노층(16a,16b)들의 적층 개수에 대해서는 특정하게 한정하지는 않는다.

나노다층(16)의 전체 두께를 0.1 ㎛ 미만으로 하는 경우 내열성, 내마모성이 충분하지 못하는 문제가 있고, 10 ㎛를 초과하는 경우에는 자체의 잔류 응력이 증가되어 피로 및 충격 등에 의해 박막이 파괴되는 문제가 있어 바람직하지 않다.

또한 내열성 및 고경도를 고려하여 각 나노층(16a,16b)의 두께를 10 ~ 50 nm의 범위로 형성함이 바람직하다.

나노층(16)의 두께를 10 nm 미만으로 하는 경우 불안정한 나노층이 형성되어 내열성 및 경도가 저하되는 문제가 있고, 50 nm를 초과하는 경우에는 TiAlN층과 CrN층이 서로 어우러지지 못하여 자체의 내열성 및 경도가 역시 저하되는 문제가 있어 바람직하지 않다.

아울러, 본 발명에 따른 코팅층에서 최표면층은 저마찰 특성이 우수한 탄소(C)를 첨가한 TiAlCN 층(17)으로서, 탄소가 5 ~ 30 at%로 첨가된 것이 사용될 수 있으며, TiAlCN 층(17)의 두께는 0.1 ~ 10 ㎛가 될 수 있다.

TiAlCN 층(17)의 두께가 0.1 ㎛ 미만인 경우 저마찰 특성이 충분하지 못하는 문제가 있고, 10 ㎛를 초과하는 경우 자체의 잔류 응력이 증가되어 피로 및 충격 등에 의해 박막이 파괴되는 문제가 있어 바람직하지 않다.

또한 TiAlCN 층(17)에 포함된 탄소의 함량이 5 at% 미만인 경우 TiAlCN 층이 결정질 혹은 다결정질 조직으로 변하게 되어 막의 경도가 저하되는 문제가 있고, 30 at%를 초과하는 경우 TiAlCN층이 비정질 조직으로 변하게 되면서 역시 막의 경도가 저하되는 문제가 있어 바람직하지 않다.

한편, 본 발명에서 코팅층을 구성하는 각 층의 형성을 위해 박막 형성 방법으로 널리 알려진 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, 이하 PVD라 칭함)이 이용될 수 있다.

이때, 이용 가능한 PVD 코팅 방법으로는, 코팅재 입자의 나노화 및 고속 코팅을 구현하기 위해 고밀도 플라즈마를 생성하는 아크 공법, 고전력 임펄스 마그네트론 스퍼터링(High Power Impulse Magnetron Sputtering, HIPIMS), 또는 유도 결합 플라즈마 마그네트론 스퍼터링(Inductively Coupled Plasma Magnetron Sputtering, ICP-Magnetron Sputtering) 방식을 들 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 표면 처리 공정을 위한 PVD 코팅 장비를 예시한 도면으로, 예시된 PVD 코팅 장비와 같이 Ti 또는 Cr 타겟과 TiAl 타겟, 그리고 Ar, N₂, 및 탄화수소계 공정가스(C_xH_y, 예를 들면, C₂H₂)를 사용하는 진공 코팅 장비에서 코팅이 이루어진다.

상기 PVD 코팅 장비를 이용하여 밸브 표면에 상기한 각 층을 단계적으로 코팅하는데, 먼저 코팅 전 진공상태에서 Ar 가스를 이용하여 플라즈마 상태를 만들고, 코팅 챔버를 80℃로 가열하여 밸브 스템부의 표면을 활성화시킨다.

또한 Ar 이온이 표면에 충돌되도록 하면서 바이어스(bias)를 가하여 밸브 표면을 세정한다(baking & cleaning).

그 후 모재와의 접합력 제공 및 코팅의 잔류 응력 저하를 위한 버퍼층(14)을 코팅하는데, Ti 또는 Cr 타겟만을 사용하여 밸브의 모재(13) 표면에 Ti 층 또는 Cr 층을 코팅한다.

그리고, 공정가스 N₂를 챔버 내에 투입하여 인성, 내피로성, 내충격성을 담당하는 중간층(15)을 코팅하는데, 이때 Cr 타겟에서 나온 Cr 이온과 반응시켜 CrN 층을 코팅하거나, C₂H₂와 N₂를 함께 투입하여 Ti 타겟에서 나온 Ti 이온과 반응시켜 TiN 층 또는 TiCN 층을 코팅한다.

이후 내열성, 내마모성이 우수한 내열 원소(TiAl, Cr)를 함유하는 인성이 우수한 TiAlN 층(16a)과 CrN 층(16b)을 소정의 나노 두께(10 ~ 50 nm)로 번갈아 반복 코팅하여, 원하는 전체 두께(0.1 ~ 10 ㎛)의 나노다층(16)을 형성한다.

이후 나노다층(16) 위에 저마찰 특성이 우수한 탄소를 첨가한 TiAlCN(C: 5 ~ 30 at%) 최표면층(17)을 코팅하는데, 이때 TiAl 타겟, 공정가스로 C₂H₂, N₂를 사용하여 형성한다.

이와 같이 본 발명에서는, 밸브의 코팅층으로서, 내열성 및 내마모성이 우수한 내열 원소(TiAl, Cr)를 함유하면서 인성이 우수한 TiAlN/CrN 나노다층을 코팅하고, 최표면에 저마찰특성이 우수한 탄소(C)를 첨가한 TiAlCN 층을 밸브의 스템부에 코팅해줌으로써, 500 ℃ 이상의 고온에 대한 밸브의 내열성, 그리고 높은 내마모성과 저마찰 특성을 동시에 확보할 수 있게 된다.

또한 밸브의 팁부를 먼저 고주파 처리한 뒤, 이 팁부를 포함하는 스템부 전체를 크롬 도금하는 종래의 공정 대신, PVD 코팅 장비에서 스템부의 표면에 상기한 코팅층을 단계적으로 형성하는 코팅 공정으로 밸브를 제조할 수 있는바, 전체 공정 수의 축소, 생산성 향상 등의 이점이 있게 된다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 하며, 하기의 실시예는 본 발명을 예증하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하는 것은 아님을 이해하여만 할 것이다.

실시예

디젤 엔진용 배기밸브를 제작한 뒤, 상술한 본 발명의 표면 처리 방법(코팅 방법)에 의거 스템부(11)의 모재(13) 표면에 코팅층을 형성하였으며, 모재 표면에 두께 0.3 ㎛의 Cr 버퍼층(14), 두께 6 ㎛의 CrN 중간층(15), 전체 두께 3 ㎛의 TiAlN/CrN 나노다층(16), 두께 1 ㎛의 TiAlCN 최표면층(17)을 순차적으로 코팅하였다.

도 5는 본 실시예의 코팅층 조직을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 실시예의 코팅층에서 TiAlCN 최표면층을 보여주는 도면이다.

이와 같은 실시예의 코팅 시편에 대해 접합력, 경도, 마찰계수, 내마모성을 측정하고, 크롬(Cr) 도금된 종래의 밸브 소재 시편을 비교예로 하여 동일 항목에 대해 성능을 비교하였는바, 그 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

마찰계수의 경우, 플레이트 온 디스크(Plate on Disc) 마찰마모 시험기를 통해 실시예 시편의 코팅된 면, 비교예 시편의 도금된 면을 밸브 가이드 소재 시편과 마찰시켜 마찰계수를 측정하였으며, 시험조건으로 하중 10 N, 거리 2000 m, 반경 6 mm, 선속도 100 mm/s, 드라이 조건에서 평가하였다.

또한 고온 내마모성의 경우, 왕복동 마찰마모 시험기로 마모량을 측정하였으며, 실시예 시편의 코팅된 면, 비교예 시편의 도금된 면을 밸브 가이드 소재 시편과 왕복동 슬라이딩 방식으로 마찰시키되, 시험조건으로 하중 150 N, 온도 450 ℃, 왕복주기 5 Hz, 오일 조건에서 1시간 동안 평가하였다.

표 1의 측정 결과를 살펴보면, 실시예 시편에서 TiAlCN의 마찰계수가 Cr 도금 대비 40% 정도 낮아 상대 부품인 밸브 가이드의 마모 저감이 가능함을 확인할 수 있었다.

또한 실시예 시편에서 TiAlCN의 내마모성이 Cr 도금 대비 2 ~ 4 배 이상 우수한 것으로 나타났으며(2 ㎛/h → 0.5 ㎛/h), 내열성이 우수한 원소를 코팅하므로 500 ℃ 이상의 내열성이 확보되어 종래의 Cr 도금에 비해 내열성, 저마찰성을 개선할 수 있다(마찰시 온도 상승으로 인한 저마찰성 저하을 방지할 수 있음).

또한 본 발명에 따르면 밸브의 동특성을 유지 및 확보할 수 있으면서, 팁부의 고주파 공정을 삭제하는 등의 추가적인 이점이 있게 된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 밸브
11 : 스템부
12 : 팁부
13 : 모재
14 : 버퍼층(Ti 층 또는 Cr 층)
15 : 중간층
16 : 나노다층
16a : 나노층(TiAlN 층)
16b : 나노층(CrN 층)
17 : 최표면층(TiAlCN 층)

Claims

스템부(11)의 모재(13) 표면에 코팅층이 형성되고,
상기 코팅층은,
모재(13) 표면에 최하층으로서 코팅되고 Ti 또는 Cr로 이루어진 버퍼층(14)과;
상기 버퍼층(14) 위에 코팅되고 CrN, TiN, 또는 TiCN으로 이루어진 중간층(15)과;
상기 중간층(15) 위에 코팅되는 TiAlN/CrN 나노다층(16)과;
상기 TiAlN/CrN 나노다층(16) 위에 코팅되는 TiAlCN 층(17);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진용 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 TiAlCN 층(17)의 두께는 0.1 ~ 10 ㎛인 것을 특징으로 하는 엔진용 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 코팅층의 전체 두께가 0.31 ~ 25.5 ㎛인 것을 특징으로 하는 엔진용 밸브.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
버퍼층(14)의 두께가 0.01 ~ 0.5 ㎛이고, 중간층(15)의 두께가 0.1 ~ 6 ㎛이며, TiAlN/CrN 나노다층(16)의 두께가 0.1 ~ 10 ㎛인 것을 특징으로 하는 엔진용 밸브.
청구항 4에 있어서,
상기 TiAlN/CrN 나노다층(16)은 TiAlN으로 이루어진 TiAlN 나노층(16a)과, CrN으로 이루어진 CrN 나노층(16b)이 교대로 반복 적층되어 구성되고, 상기 각 나노층(16a,16b)의 두께가 10 ~ 50 nm인 것을 특징으로 하는 엔진용 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 TiAlCN 층(17)은 탄소가 5 ~ 30 at%로 첨가된 것임을 특징으로 하는 엔진용 밸브.
스템부의 모재 표면에 Ti 또는 Cr로 이루어진 버퍼층을 코팅하는 단계와;
상기 버퍼층 위에 CrN, TiN, 또는 TiCN으로 이루어진 중간층을 코팅하는 단계와;
상기 중간층 위에 TiAlN/CrN 나노다층을 코팅하는 단계와;
상기 TiAlN/CrN 나노다층 위에 TiAlCN 층을 코팅하는 단계;
를 포함하는 엔진용 밸브의 표면 처리 방법.
청구항 7에 있어서,
PVD 코팅 장비에서 Ti 또는 Cr 타겟과 TiAl 타겟, 그리고 Ar, N₂, 탄화수소계 공정가스를 사용하는 PVD 공정에 의해 상기 버퍼층, 중간층, TiAlN/CrN 나노다층, 및 TiAlCN 층을 단계적으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 엔진용 밸브의 표면 처리 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 TiAlCN 층을 0.1 ~ 10 ㎛의 두께로 코팅하는 것을 특징으로 하는 엔진용 밸브의 표면 처리 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 버퍼층, 중간층, TiAlN/CrN 나노다층, 및 TiAlCN 층으로 이루어지는 코팅층의 전체 두께를 0.31 ~ 25.5 ㎛로 하는 것을 특징으로 하는 엔진용 밸브의 표면 처리 방법.
청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
버퍼층을 0.01 ~ 0.5 ㎛의 두께로 코팅하고, 중간층을 0.1 ~ 6 ㎛의 두께로 코팅하며, TiAlN/CrN 나노다층을 0.1 ~ 10 ㎛의 두께로 코팅하는 것을 특징으로 하는 엔진용 밸브의 표면 처리 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 TiAlN/CrN 나노다층은 TiAlN으로 이루어진 TiAlN 나노층과, CrN으로 이루어진 CrN 나노층을 교대로 반복 코팅하여 형성하고, 상기 각 나노층을 10 ~ 50 nm의 두께로 코팅하는 것을 특징으로 하는 엔진용 밸브의 표면 처리 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 TiAlCN 층은 탄소가 5 ~ 30 at%로 첨가된 것임을 특징으로 하는 엔진용 밸브의 표면 처리 방법.