KR102197090B1 - 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 저널베어링 - Google Patents

원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 저널베어링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합발전 스팀터빈에 적용되는 저널베어링의 베이스 메탈을 크롬동으로 적용하면서 원심주조법에 의한 배빗 메탈 간에 본딩성능이 고강도로 강화되는 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 저널베어링을 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 탈지단계(S1), 마스킹단계(S2), 탈청단계(S3), 플럭싱단계(S3), 플럭싱단계(S4), 제 1티닝단계(S5), 수냉단계(S6), 제 2티닝단계(S7), 원심주조단계(S8)를 포함하여 주요구성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법을 이용하면, 베이스 메탈 주조면이 탈지단계, 탈청단계 및 플럭싱단계를 연속으로 거친 후, 제 1, 2티닝단계를 단계적으로 수행하여 주석도금 품질이 향상되어 원심주조에 따른 주조성이 향상되며, 특히 원심주조단계에서 원심주조 조건을 기준으로 냉각조건이 설정됨에 따라 베이스 메탈과 배빗 메탈 간에 본딩성능이 70 N/mm2이상 고강도로 강화되므로 저널베어링의 성능 향상과 더불어 고속, 고하중 조건에서 수명이 장구히 연장되는 장점이 있다.

Description

원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 저널베어링 {Copper-Chromium Journal Bearing Manufacturing Method Using Centrifugal Casting and Journal Bearing Manufactured Using It}
본 발명은 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 저널베어링에 관한 것으로서, 이를 보다 상세히 설명하면 복합발전 스팀터빈에 적용되는 저널베어링의 베이스 메탈을 크롬동으로 적용하면서 원심주조법에 의한 배빗 메탈 간에 본딩이 70 N/mm2 이상의 접합강도로 강화할 수 있는 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 저널베어링에 관한 것이다.
일반적으로 압축기, 발전기와 같은 산업용 회전 기계들은 효율향상에 대한 요구와 함께 고속화, 대형화되고 있으며, 이에 따라 하중 지지능력과 고속 안정성이 우수한 틸팅패드 저널 베어링의 적용이 증가하고 있다. 틸팅패드의 저널 베어링은 원주 방향으로 위치한 여러 패드가 피봇을 중심으로 회전할 수 있는 베어링이다.
근자에는 산업 현장에서 틸팅패드 저널 베어링의 적용이 증가함에 따라 틸팅패드 저널 베어링과 관련된 여러 형태의 고장 발생 또한 보고가 되고 있다. 틸팅패드 저널 베어링의 고장과 관련하여 가장 많이 보고되는 현상 중 한 가지는 베이스 메탈과 바빗(Babbit)메탈과의 결합을 의미하는 본딩(Bonding)이 취약한 디본딩(Debonding) 현상이다. 디본딩 현상이 발생하면 발전설비 전체에 치명적인 피해를 초래하므로, 저널 베어링의 성능 향상을 위해서는 원심주조기술과 베이스 메탈과의 본딩 향상은 필연적 요소이다.
이에 종래에 개시된 등록번호 10-0839183호에서, 스러스트 베어링의 소재를 선택하는 제1단계와, 상기 제1단계 이후 탈, 부착할 수 있는 피봇을 구비하여 상기 소재를 1차 황삭 가공하여 스러스트 베어링 본체와 피봇을 최초 제작하는 제2단계와, 상기 2단계의 1차 황삭 가공에 의해 최초 제조된 스러스트 베어링 본체와 피봇을 열처리하여 탈수소화하는 제3단계와, 상기 제3단계를 통해 탈수소화된 스러스트 베어링 본체와 피봇을 2차 황삭가공하는 제4단계와, 2차 황삭 가공된 스러스트 베어링 본체와 피봇을 세척하기 위해 솔벤트 클리닝(solvent cleaning)과, 알카린(alkaline) 클리닝과, 피클링(pickling) 공정과, 플럭싱(fluxing) 공정을 포함하는 전 처리 공정을 실시하는 제5단계와, 상기 제5단계의 전 처리 공정을 실시한 스러스트 베어링 본체와 피봇을 배빗팅 면에 주석을 입히는 티닝 공정을 실시하는 제6단계와, 상기 제6단계의 티닝 공정이 완료된 스러스트베어링 본체의 배빗팅 면에 배빗 메탈을 입히는 배빗팅 공정을 실시하는 제7단계와, 상기 제7단계의 배빗팅 공정이 완료된 스러스트 베어링 본체와 피봇을 중삭 가공한 후, UT검사를 실시하는 제8단계와, 제8단계가 완료된 스러스트 베어링 본체에 베어링 심을 개재시킨 상태에서 피봇 조립용 볼트를 통해 피봇을 조립하여 상기 피봇이 조립된 스러스트 베어링을 제작한 후, 정삭 가공하고 PT검사를 실시하는 제9단계와, 제9단계가 완료된 스러스트 베어링에 대해 치수 검사를 실시한 후, TECTYL506재로 방청을 실시하는 제10단계를 포함하는 기술이 선 등록된바 있다.
다른 종래 기술인 등록번호 10-0839182호에서, SS400재질로 이루어지고, 일측면에 배빗 메탈이 형성된 스러스트 베어링본체와, 상기 스러스트 베어링 본체의 타측면에 베어링 심을 개재시킨 상태에서 피봇 조립용 볼트를 통해 조립되는 피봇을 포함하고, 상기 스러스트 베어링 본체에 조립된 피봇이 마모되었을 경우, 상기 피봇의 하단면에 배치된 베어링 심의 두께를 조정함으로써 보정할 수 있고, 마모가 심한 경우에는 상기 피봇만 분해하여 교체할 수 있는 기술이 선 등록된바 있다.
그러나, 상기 종래기술은 베이링본체 즉, 베이스 메탈이 일반구조용압연강재(SS400)로 형성됨에 따라 고속, 고하중 조건에서 내구성이 확보되지 못하여 발전설비 전체에 치명적인 피해를 초래하였고, 또 배빗 메탈과의 본딩이 45 N/mm2 이하로 낮아, 특히 원심주조법에 따른 본딩이 저하되는 폐단이 따랐다.
KR 10-0839183 B1 (2008.06.11.) KR 10-0839182 B1 (2008.06.11.)
이에 따라 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 착안 된 것으로서, 베이스 메탈을 크롬동(Copper-Chromium)으로 형성하여 기계적 강도 향상을 도모하면서, 베이스 메탈 주조면이 탈지단계, 탈청단계 및 플럭싱단계를 연속으로 거친 후, 제 1, 2티닝단계를 단계적으로 수행하여 주석도금 품질이 향상되어 원심주조에 따른 본딩 및 주조성이 향상되도록 한 저널베어링 제조 방법을 제공함을 본 발명의 해결과제로 한다.
또한, 베이스 메탈과 배빗 메탈 간에 본딩이 70 N/mm2 이상의 접합강도로 강화되므로 저널베어링의 성능 향상과 더불어 고속, 고하중 조건에서 수명이 장구히 연장되는 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 저널베어링을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 특징은, 내부에 원형 주조면(12)이 가공된 베이스 메탈소재(10)를 알카리성 세척조에 침지하는 탈지단계(S1); 상기 탈지단계(S1) 이후, 베이스 메탈소재(10)의 비 주조면에 이형제(14)를 도포하는 마스킹단계(S2); 상기 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 산성 세척액 또는 염화 수용액을 브러싱하는 주조면 전처리단계; 이후, 베이스 메탈소재(10)를 액체 상태의 주석이 담긴 틴베스(tin bath)안에 침지하여 1차 주석도금층(20)을 형성하는 제 1티닝단계(S5); 상기 제 1티닝단계(S5)를 거친 베이스 메탈소재(10)를 냉각조로 투입하여 냉각하는 수냉단계(S6); 상기 수냉단계(S6) 이후, 베이스 메탈소재(10)를 액체 상태의 주석이 담긴 틴베스(tin bath)안에 침지하여 2차 주석도금층(20')을 형성하는 제 2티닝단계(S7); 및 상기 제 2티닝단계(S7)를 거친 베이스 메탈소재(10)를 원심주조기에 투입하고, 원심주조법으로 베이스 메탈소재(10) 주조면(12)에 배빗 메탈층(30)을 형성하는 원심주조단계(S8);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 주조면 전처리단계는, 상기 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 산성 세척액을 브러싱하는 탈청단계(S3)와, 상기 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 염화 수용액을 브러싱하는 플럭싱단계(S4)로 구성됨을 특징으로 한다.
이때, 상기 베이스 메탈소재(10)는 구리(Cu) 100중량부 기준 크롬(Cr) 0.5~1중량부 함유된 크롬동으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 탈청단계(S3)는, 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 25~35℃로 예열된 산성 세척액을 3~5분동안 브러싱하고, 3~5분 후 수세처리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 플럭싱단계(S4)는, 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 ZnCl 20~30중량% 함유된 염화 수용액을 40~50℃로 예열한 상태로 3~5분동안 브러싱하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1티닝단계(S5)는 310~320℃ 온도 조건의 틴베스(tin bath)에서 90~100분 동안 수행되고, 이후 제 2티닝단계(S7)는 310~315℃ 온도조건의 틴베스(tin bath)안에서 130~150분 동안 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 원심주조단계(S8)에서, 배빗 메탈 소재 주입온도 280~290℃, 원심주조기 회전수 285~295 rpm 조건에서, 25~30℃의 냉각수로 냉각시간 15~20분으로 설정되고, 주탕온도는 410~420℃로 설정되는 것을 특징으로 한다.
상술한 과제 해결을 위한 구체적인 수단에 의하면, 본 발명은 베이스 메탈이 크롬동으로 형성되어 전기전도율이 우수하면서 베어링의 기계적 강도를 향상시킬 수 있고,
베이스 메탈 주조면이 탈지단계, 탈청단계 및 플럭싱단계를 연속으로 거친 후, 제 1, 2티닝단계를 단계적으로 수행하여 주석도금 품질이 향상되어 원심주조에 따른 주조성이 향상되며,
특히 원심주조단계에서 원심주조 조건을 기준으로 냉각조건이 설정됨에 따라 베이스 메탈과 배빗 메탈 간에 본딩이 70 N/mm2 이상의 접합강도로 강화되므로 저널베어링의 성능 향상과 더불어 고속, 고하중 조건에서 수명이 장구히 연장되는 등 그 기대되는 효과가 다대한 발명이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법의 탈지단계를 나타내는 사진.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법의 마스킹단계를 나타내는 사진.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법의 탈청단계를 나타내는 사진.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법의 플럭싱단계를 나타내는 사진.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법의 제 1티닝단계를 나타내는 사진.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법의 수냉단계를 나타내는 사진.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법의 제 2티닝단계를 나타내는 사진.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법의 원심주조단계를 나타내는 사진.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법을 이용하여 제조된 저널베어링 단면구조를 나타내는 구성도.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법을 이용하여 제조된 저널베어링의 본딩을 나타내는 시험성적서.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 약, 실질적으로 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
본 발명은 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법에 관련되며, 이는 베이스 메탈이 크롬동으로 형성되어 전기전도율이 우수하면서 기계적 강도 향상을 도모하면서, 베이스 메탈 주조면이 탈지단계, 탈청단계 및 플럭싱단계를 연속으로 거친 후, 제 1, 2티닝단계를 단계적으로 수행하여 주석도금 품질이 향상되어 원심주조에 따른 본딩이 향상되며, 특히 원심주조단계에서 원심주조 조건을 기준으로 냉각조건이 설정됨에 따라 베이스 메탈과 배빗 메탈 간에 본딩이 70 N/mm2 이상의 접합강도로 강화되므로 저널베어링의 성능 향상과 더불어 고속, 고하중 조건에서 수명이 장구히 연장되도록 하기 위해 탈지단계(S1), 마스킹단계(S2), 탈청단계(S3), 플럭싱단계(S3), 플럭싱단계(S4), 제 1티닝단계(S5), 수냉단계(S6), 제 2티닝단계(S7), 원심주조단계(S8)의 순서로 이루어진다.
1. 탈지(DE-GREASING)단계
본 발명에 따른 탈지단계(S1)는, 내부에 원형 주조면(12)이 가공된 베이스 메탈소재(10)를 알카리성 세척조에 침지하는 단계이다.
상기 탈지단계(S1)는, 베이스 메탈소재(10)를 70~80℃ 알카리성 세척조에 30~40분 침지한 후, 수세처리(WATER RINSE)된다. 도 2 (a)와 같이 베이스 메탈소재(10)는 외주면이 크레인 클램프에 클램핑된 상태로 알카리성 세척조에 투입되어 30~40분 침지 후, 도 2 (b)처럼 세척실로 이동되어 노즐을 통하여 분사되는 세척수에 의해 수세처리 및 건조과정을 거친 후에 후술하는 마스킹단계(S2)를 수행하게 된다.
여기서, 상기 탈지단계(S1)는 베이스 메탈소재(10)를 절삭 가공하는 중에 잔류하는 기름을 포함하는 이물질이 제거되어 후술하는 마스킹단계(S2)에서 이형제(14) 도포에 따른 부착성 향상 및 후술하는 제 1, 2티닝단계(S5)(S7)에서 주석도금층 도금품질이 향상된다.
이때, 상기 베이스 메탈소재(10)는 구리(Cu) 100중량부 기준 크롬(Cr) 0.5~1중량부 함유된 크롬동으로 형성되고, 절삭가공에 의해 내, 외주면이 동심원상에 일치되도록 원형관형태로 형성된다. 본 발명에 의한 저널베어링은 터빈의 로터를 지탱하는 것으로 베이스 메탈소재(10)를 석출경화용 합금인 크롬동으로 형성하므로 전기전도율이 우수하고 높은 기계적 강도로 인해 고온 및 고압의 로터 운전에 따른 안전성이 확보된다.
2. 마스킹(MASKING)단계
본 발명에 따른 마스킹단계(S2)는, 상기 탈지단계(S1) 이후, 베이스 메탈소재(10)의 비 주조면에 이형제(14)를 도포하는 단계이다. 마스킹단계(S2)는 후술하는 원심주조단계(S8)에서 배빗 메탈이 형성되는 주조면 즉, 도 3처럼 베이스 메탈소재(10)의 원형 주조면(12)을 제외한 영역(외주면 및 측단면)에 도포된다.
이에 후술하는 제 1, 2티닝단계(S5)(S7)를 수행하는 중에 베이스 메탈소재(10)의 원형 주조면(12)을 제외한 영역에 주석도금층이 비 도금되는 영역이 구분되도록 마스킹 처리되므로, 후술하는 제 1, 2티닝단계(S5)(S7)에서 비 도금영역에 도금된 주석도금층이 쉽게 박리처리된다. 이로 인해 후술하는 원심주조단계(S8) 이후 베이스 메탈소재(10) 외주면 표면처리에 따른 후공정의 간소화를 도모한다.
3. 탈청(DE-RUSTING)단계
본 발명에 따른 탈청단계(S3)는, 상기 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 산성 세척액을 브러싱하는 단계이다.
도 4에서, 탈청단계(S3)는 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 염산을 포함하는 산성 세척액으로 브러싱하고, 3~5분 후 수세처리(WATER RINSE)한다. 이때 상기 산성 세척액은 25~35℃로 예열하여 3~5분동안 브러싱하도록 한다.
이처럼 탈청단계(S3)를 거쳐 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 녹을 포함하는 이물질이 제거되므로, 이후 원심주조단계(S8)에 의해 형성되는 배빗 메탈(babbitt metal)층(30)이 녹 발생 및 이물질로 인해 베이스 메탈소재(10) 주조면(12)과의 본딩력이 저하되는 현상이 방지된다.
4. 플럭싱(FLUXING)단계
본 발명에 따른 플럭싱단계(S4)는, 상기 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 염화 수용액을 브러싱하는 단계이다.
도 5와 같이 플럭싱단계(S4)는, 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 ZnCl 20~30중량% 함유된 염화 수용액을 40~50℃로 예열한 상태로 3~5분동안 브러싱한다.
이에 상기 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)이 염화 수용액에 의해 표면처리되어 후술하는 제 1, 2티닝단계(S5)(S7)에서 주석도금층의 도금품질이 향상된다.
이처럼 상기 베이스 메탈소재(10)가 후술하는 제 1, 2티닝(PRIMARY TINNING)단계(S5)(S7) 및 원심주조단계(S8)를 수행하기 전단계 즉, 주조면(12)에 배빗 메탈층(30)을 형성하기 전에 탈청(DE-RUSTING)단계(S3) 및 플럭싱(FLUXING)단계(S4)을 포함하는 주조면 전처리공정을 복합적으로 수행하므로 배빗 메탈층(30) 형성 시 본딩이 강화된다.
5. 제 1티닝(PRIMARY TINNING)단계
본 발명에 따른 제 1티닝단계(S5)는, 상기 플럭싱단계(S4) 이후, 베이스 메탈소재(10)를 액체 상태의 주석이 담긴 틴베스(tin bath)안에 침지하여 1차 주석도금층(20)을 형성하는 단계이다.
도 6에서, 상기 제 1티닝단계(S5)는 310~320℃ 온도 조건의 틴베스(tin bath)에서 90~100분 동안 수행되고, 후술하는 제 2티닝단계(S7) 대비 틴베스안에 침지하는 시간이 짧게 유지되는 예비 티닝단계로서, 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 1차 주석도금층(20)이 균일 두께로 도금된다.
이때 제 1티닝단계(S5)에서 티닝시간이 90분 미만으로 설정되면 비도금영역이 발생되고, 100분을 초과하면 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12) 영역별 주석도금층(20) 두께 편차로 도금품질 저하를 초래하므로, 제 1티닝단계(S5)는 310~320℃에서 95분 동안 수행하는 것이 바람직하다.
6. 수냉(WATER COOLING)단계
본 발명에 따른 수냉단계(S6)는, 상기 제 1티닝단계(S5)를 거친 베이스 메탈소재(10)를 냉각조로 투입하여 냉각하는 단계이다.
여기서, 상기 수냉단계(S6)는 도 7처럼 25~30℃ 냉각수가 저장된 냉각조에 제 1티닝단계(S5)를 거친 베이스 메탈소재(10)를 투입하여 15~25분 동안 냉각하므로, 1차 주석도금층(20)의 냉각 경화와 더불어 후술하는 제 2티닝단계(S7)에서 2차 주석도금층(20')의 도금처리 효율 향상을 도모한다.
한편, 수냉단계(S6)를 거친 후에는 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)을 검사하여 1차 주석도금층(20)의 도금불량을 선별하므로, 이후 원심주조단계(S8)를 거친 후 배빗 메탈층(30)과의 본딩불량으로 인한 완제품 불량율이 현저하게 감소된다.
7. 제 2티닝(SECONDARY TINNING)단계
본 발명에 따른 제 2티닝단계(S7)는, 상기 수냉단계(S6) 이후, 베이스 메탈소재(10)를 액체 상태의 주석이 담긴 틴베스(tin bath)안에 침지하여 2차 주석도금층(20')을 형성한다.
도 8에서, 상기 제 2티닝단계(S7)는 310~315℃ 온도조건의 틴베스(tin bath)안에서 130~150분 동안 수행되는 본 티닝단계로서, 제 1티닝단계(S5)를 통하여 형성되는 1차 주석도금층(20) 상에 덧씌움 형태로 2차 주석도금층(20')이 형성된다.
여기서, 상기 제 2티닝단계(S7)에 의해 형성되는 2차 주석도금층(20')은 선행된 1차 주석도금층(20)과 동일한 재질 간에 도금처리되므로, 제 1티닝단계(S5) 대비 긴 시간 동안 수행되어, 2차 주석도금층(20') 형성에 다른 주석도금 품질이 향상되어 후술하는 원심주조단계(S8)에서 원심주조에 따른 주조성이 향상된다.
한편, 제 2티닝단계(S7)에서 티닝시간이 130분 미만으로 설정되면 도금 두께가 기준치 미달하고, 150분을 초과하면 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12) 영역별 주석도금층(20) 두께 편차로 도금품질 저하를 초래하므로, 제 2티닝단계(S7)는 310~315℃에서 140분 동안 수행하는 것이 바람직하다.
8. 원심주조단계
본 발명에 따른 원심주조단계(S8)는, 상기 제 2티닝단계(S7)를 거친 베이스 메탈소재(10)를 도 9 (a)와 같이 원심주조기에 투입하고, 원심주조법으로 베이스 메탈소재(10) 주조면(12)에 배빗 메탈층(30)을 형성하는 단계이다. 도 9 (b)는 원심주조를 완료한 후에 주조면(12)에 배빗 메탈층(30)이 형성된 상태를 도시한다.
상기 원심주조단계(S8)에서, 배빗 메탈 소재 주입온도 280~290℃, 원심주조기 회전수 285~295 rpm 조건에서, 냉각수 분사타이밍 2~3초, 냉각수 온도 25~30℃ 및 냉각시간 15~20분으로 설정된다. 또 원심주조단계(S8)에서 주탕온도는 410~420℃, 주탕량 80~90kg, 주탕시간 55~60초로 설정된다.
그리고, 원심주조단계(S8)에서 원심주조 조건을 기준으로 냉각조건이 설정되는바, 바람직한 원심 주조 설정 조건은, 배빗 메탈 소재 HOYT 11R, 주탕온도 420℃, 주탕량 90kg, 소재 온도 289℃, 회전수 289rpm, 주탕시간 58초, 냉각수 분사타이밍 3초, 냉각수 온도 25℃, 냉각시간 18분으로 설정됨에 따라 베이스 메탈소재(10)와 배빗 메탈층(30) 간에 본딩이 70 N/mm2이상 고강도로 강화되므로 저널베어링의 성능 향상과 더불어 고속, 고하중 조건에서 수명이 장구히 연장되는 이점이 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법을 이용하여 제조된 저널베어링 단면구조를 나타내는 구성도이다.
본 발명에 따른 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법으로 제조된 저널베어링은, 크롬동으로 형성되어 알카리성 세척조에 침지되어 탈지처리되고, 내부에 원형 주조면(12)이 형성되는 베이스 메탈소재(10); 상기 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 형성되는 제 1, 2주석도금층(20)(20'); 및 상기 상기 베이스 메탈소재(10)를 원심조저기에 투입하여, 제 1, 2주석도금층(20)(20')이 형성된 주조면(12)에 원심주조되는 배빗 메탈층(30)을 포함하여 이루어진다.
그리고, 상기 베이스 메탈소재(10), 제 1, 2주석도금층(20)(20') 및 배빗 메탈층(30)을 포함하는 구성에 대한 상세한 설명은 상기 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법과 중복되므로, 구체적인 실시 예에 따른 상세한 설명은 생략한다.
한편, 도 11은 본 발명의 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법의 다양한 실시예 별로 제조된 저널베어링 샘플 2개를 무작위로 선택하여 본딩력을 테스트한 결과치로서, SAMPLE 1은 86.5 N/mm2이고, SAMPLE 2는 78.4 N/mm2로서, 모두 통상의 발전설비용 저널베어링의 본딩력 40~45 N/mm2인 것을 감안할 때, 본딩이 70 N/mm2이상으로 향상됨을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술범위에 벗어나지 않는 범위 내에서는 다양한 변형실시도 가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정하여 정하여 질 것이 아니라 후술하는 특허청구범위의 기술들과 이들 기술로부터 균등한 기술수단들에까지 보호범위가 인정되어야 할 것이다.
10: 베이스 메탈소재 12: 주조면
20: 1차 주석도금층 20': 2차 주석도금층
30: 배빗 메탈층

Claims (8)

  1. 내부에 원형 주조면(12)이 가공되고, 구리(Cu) 100중량부 기준 크롬(Cr) 0.5~1중량부가 함유된 크롬동 재질의 베이스 메탈소재(10)를 70~80℃ 알카리성 세척조에 30~40분 침지한 후 수세처리하는 탈지단계(S1);
    상기 탈지단계(S1) 이후, 베이스 메탈소재(10)의 비 주조면에 이형제(14)를 도포하는 마스킹단계(S2);
    상기 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 산성 세척액을 브러싱하는 탈청단계(S3)와, 상기 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 염화 수용액을 브러싱하는 플럭싱단계(S4)로 구성되는 주조면 전처리단계;
    상기 주조면 전처리단계 이후, 베이스 메탈소재(10)를 310~320℃ 온도 조건의 액체 상태의 주석이 담긴 틴베스(tin bath)안에 90~100분 동안 침지하여 1차 주석도금층(20)을 형성하는 제 1티닝단계(S5);
    상기 제 1티닝단계(S5)를 거친 베이스 메탈소재(10)를 냉각조로 투입하여 냉각하는 수냉단계(S6);
    상기 수냉단계(S6) 이후, 베이스 메탈소재(10)를 310~315℃ 온도조건의 액체 상태의 주석이 담긴 틴베스(tin bath)안에 130~150분 동안 침지하여 2차 주석도금층(20')을 형성하는 제 2티닝단계(S7); 및
    상기 제 2티닝단계(S7)를 거친 베이스 메탈소재(10)를 원심주조기에 투입하고, 원심주조법으로 베이스 메탈소재(10) 주조면(12)에 배빗 메탈층(30)을 형성하는 원심주조단계(S8);를 포함하며,
    상기 탈청단계(S3)에서는 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 25~35℃로 예열된 산성 세척액을 3~5분동안 브러싱한 후 수세처리하며, 상기 플럭싱단계(S4)에서는 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 ZnCl 20~30중량% 함유된 염화 수용액을 40~50℃로 예열한 상태로 3~5분동안 브러싱하며,
    상기 원심주조단계(S8)에서, 배빗 메탈 소재 주입온도 280~290℃, 원심주조기 회전수 285~295 rpm 조건에서, 25~30℃의 냉각수로 냉각시간 15~20분으로 설정되고, 주탕온도는 410~420℃로 설정되어,
    베이스 메탈과 배빗 메탈 간에 본딩이 70 N/mm2 이상의 접합강도를 갖도록 제조되는 것을 특징으로 하는 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법.
  2. 제 1항의 원심주조를 이용한 크롬동 저널베어링 제조 방법으로 제조되며,
    내부에 원형 주조면(12)이 형성되는 베이스 메탈소재(10)와, 상기 베이스 메탈소재(10)의 주조면(12)에 형성되는 제 1, 2주석도금층(20)(20')과, 상기 제 1, 2주석도금층(20)(20')이 형성된 주조면(12)에 원심주조에 의해 형성되는 배빗 메탈층(30)을 포함하여 구성되며,
    베이스 메탈과 배빗 메탈 간에 본딩이 70 N/mm2 이상의 접합강도를 갖는 것을 특징으로 하는 저널베어링.
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