KR0147261B1 - 연료펌프용 임펠러 하우징의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량의 연료펌프용 임펠러(impeller)하우징의 제조방법에 관한 것으로, 특히 윤활성, 내마모성 및 내식성을 향상시켜 임펠러, 케이싱 및 커버의 마손, 마모, 부식을 방지할 수 있는 차량의 연료펌프용 임펠러 하우징의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 연료펌프용 임펠러 하우징의 제조방법은 A1 계재료를 사용하여 펌프케이싱 및 펌프커버로 이루어진 임펠러하우징을 가공하는 단계 ; 상기 임펠러 하우징의 표면에 5㎛이상의 다공질 양극산화피막을 형성하는 단계; 및 상기 다공질 양극산화 피막이 형성된 임펠러하우징을 양극으로 하고 테트라 티오몰리브덴산 암모늄 수용액 중에서 전해처리하여 상기 다공중에 몰리브덴 유화물을 함침시키는 단계로 구성된다.

Description

연료펌프용 임펠러하우징의 제조방법

제1도는 본발명이 적용되는 연료펌프의 개략단면도.

제2도는 본 발명에 따라 제조된 임펠러 하우징에 임펠러가 내장된 구조를 나타내며 제2도(a)는 분해사시도, 제2도(b)는 단면도.

제3도는 본발명에 따른 양극산화 처리후의 알루미늄 임펠러 하우징에 몰리브덴 유화물을 충진시키기 위한 전해조의 개략구성도.

제4도는 알루미늄 임펠러 하우징의 표면 처리상태를 보여주기 위한 표면부 확대 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 임펠러 13 : 펌프 케이싱

15 : 펌프커버 41 : 알루미늄 합금

42 : 양극산화 피막 43 : 다공

44 : 몰리브덴 유화물

본 발명은 차량의 연료펌프용 임펠러(impeller)하우징의 제조방법에 관한 것으로, 특히 윤활성, 내마모성 및 내식성을 향상시켜 임펠러, 케이싱 및 커버의 마손, 마모, 부식을 방지할 수 있는 차량의 연료펌프용 임펠러하우징의 제조방법에 관한 것이다.

차량의 연료시스템(fuel system)의 일부를 이루는 연료탱크내에는 연료펌프가 연료미터와 조합된 상태로 내장되어 있다.

예를 들어 4 구륜구동 터보자동차인 경우 연료 펌프의 구조는 제1도에 도시된 바와 같이 아마튜어(2)를 포함한 직류모터부(1)와, 원주류(圓周流)펌프(3)와, 회로보호용 릴리프 밸브(relief valve)(4)와, 잔압 보유용 체크밸브(5)로 구성되어 있다.

또한 원주류 펌프(3)는 제2도에 도시된 바와 같이 모터(1)에 의해 구동되는 임펠러(11)와, 임펠러와 함께 펌프를 형성하는 펌프 케이싱(13)과 펌프커버(15)로 구성되어 있다.

상기한 연료펌프의 작동은 먼저 엔진이 시동하면 연료펌프 릴레이가 작동하여 연료펌프를 구동시키면 임펠러(11)가 회전하게 된다. 이때 임펠러(11)의 외주에 있는 다수의 요홈(21)에 유입된 연료는 원심력에 의하여 케이싱 유로(23)를 따라 흘러서 다음번홈에 입력된다. 이 원주류는 유체마찰의 작용에 의해 압력차를 일으킨다.

이러한 동작이 반복됨에 따라 연료탱크 내의 연료가 승압되어 펌프실로부터 토출되며 흡입된 연료는 펌프실내에서 아마튜어(2)의 외주부를 흘러 체크밸브(5)를 거쳐 토출구로부터 압송된다.

이 경우 토출측 배관에 어떤 이상이 발생하여 만약 토출압이 규정이상이 되면 릴리프 밸브(4)가 열려서 연료는 펌프의 흡입측으로 되돌려져서 펌프내를 순환하게 되고 그 결과 연료압력이 이상적으로 상승되는 것을 방지한다.

그후 만약 엔진이 정지하면 릴레이의 동작에 의해 펌프의 작동은 정지하나 체크밸브(5)는 스프링의 힘에 의해 닫겨진다. 그 결과 고압측 연료경로에 연료압력을 남겨놓음에 의해 엔진의 재시동을 용이하게 한다.

상기와 같이 연료펌프의 중요요소인 펌프케이싱과 펌프커버는 강도와 내식성이 특히 우수한 것이 요구된다. 또한 중요한 점은 가능한한 경량이면서도 기계가공이 용이한 것을 필수요건으로 하고 있다.

상기한 요구특성에 따라 종래에는 주철제의 케이싱과 커버가 이용되었으나 최근에는 경량이면서 가공성이 좋은 알루미늄 합금제로서 대체되고 있다.

더욱이 알루미늄 합금제 표면에 양극산화에 의한 경질피막을 형성하거나 윤활성 유기피막을 소부시켜 임펠러와의 접촉에 의한 임펠러의 마모방지 및 케이싱과 커버자신의 내마모성 향상을 꾀하여 왔다.

그러나 이러한 각종 알루미늄 합금에 대한 각종의 표면처리를 행하여도 임펠러의 마모·마손과, 가솔린에 의한 장기적인 부식발생, 표면도포 코팅제의 박리와, 경질 알루마이트의 박리에 의해 발생되는 미세분의 토출압력에 대한 악영향 등 장기사용에 따른 실용상의 문제점이 다수 발생하고 있다.

상기한 종래기술의 문제점을 좀더 구체적으로 살펴보면, 주철제로 된 케이싱과 커버는 알루미늄제에 비하여 약 3 배의 무게를 갖고 있으므로 경량화를 요하는 자동차부품으로 적합하지 못하다.

또한 임펠러에 서로 마주접하는 면은 매우 표면정도가 높고 경면정도의 면조도가 사상되지 않으면 유체마찰의 작용에 불규칙이 발생하여 압력차 및 토출량이 불균일하게 된다.

또한 종래에는 알루미늄 합금소재로서 Al-Mg 계 등의 냉간단조품에 20 - 30㎛의 경질 알루마이트를 형성한후 임펠러에 서로 마주접하는 면을 기계적으로 표면조도(Ra)를 0.5㎛ 전후로 랩핑(lap- ping)을 하여 사용되어 왔으나, Al-Mg 계 합금의 랩핑은 용이하지 않은 문제점이 있다. 그리고 개솔린과의 접촉에 의한 내식성을 고려하면 듀랄루민이나 초초듀랄루민 등의 Al-Cu 합금은 사용할 수 없다.

더욱이 임펠러는 내 개솔린성, 내오일성, 내약품성이 높은 나이론 수지 등의 사출성형품이 사용되고 있고 매우 작은 간격으로 결합되는 커버와 케이싱내에서 7000 - 9000 rpm의 고속회전을 하고 있다.

따라서 직류모터의 아마튜어와 임펠러를 결합하고 있는 함유(含油) 소결 동합금성 베어링의 마모에 의한 치수변화 등의 원인으로 임펠러가 알루미늄합금 또는 알루미늄에 처리된 경질 알루마이트면과의 고속회전시에 커버 또는 케이싱과 접촉하여 임펠러가 국부적으로 마모되고 이에 따라 연료가 균일하게 흐르지 못하게 되곤하였다.

이 경우 임펠러 뿐만아니라 커버와 케이싱도 마모·마손되어 연료의 균일 토출에 악영향을 미치며 결국 연료펌프의 기능을 상실하는 문제가 있었다.

이에 본발명의 목적은 윤활성, 내마모성 및 내식성을 향상시켜 임펠러 케이싱 및 커버의 마손·마모·부식을 방지할 수 있는 차량의 연료펌프용 임펠러 하우징의 제조방법에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본발명은 알미늄합금 다이캐스트(Al-Si-Cu계)와 알미늄 합금 주물(Al-Si-Cu-Ni-Mg계)에서 선택된 Al 계 재료를 사용하여 펌프케이싱 및 펌프커버로 이루어진 임펠러 하우징을 가공하는 단계 ;상기 임펠러 하우징의 표면에 5㎛ 이상의 다공질 양극산화피막을 형성하는 단계; 및 상기 다공질 양극산화 피막이 형성된 임펠러하우징을 양극으로 하고 전해액으로 순수에 테트라 티오몰리브덴산 암모늄을 0.01wt% 내지 0.1wt% 농도로 용해하여 준비한 테트라 티오 몰리브덴산 암모늄수용액 중에서, 0.01A/dm²내지 1A/dm²의 전류밀도, 10V 내지 200V의 전압, 0℃ 내지 30℃의 전해액 온도로 1 내지 15분간 통전시켜 전해처리하여 상기 다공중에 몰리브덴 유화물을 함침하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료펌프용 임펠러 하우징의 제조방법을 제공한다.

상기한 임펠러 하우징의 재질은 알루미늄이나 알루미늄합금으로 이루어지는데, 특히 주조성, 내열성, 인장강도가 크고, 열팽창 계수가 작은 것이 요구된다. 알루미늄 다이캐스트성과 기계가공성이 우수한 ADC-10 또는 ADC-12 이 바람직하고, Al -Cu-Si 계의 AC2A와 AC2B, Al-Si-Mg 계의 AC4A 와 AC4C, Al -Mg계의 AC7A, Al-Si-Cu-Mg 계의 AC8A와 AC9A를 들수 있고, 그중에서도 본발명의 요점인 양극산화피막(알루마이트)의 다공에 전해처리에 의해 석출되는 몰리브덴 유화물의 생성시 전해액에서 분해하여 방출되는 유황분과 금속유화물을 형성하기 쉬운 금속성분(예를들어 Cu 또는 Pb 등)을 갖는 알루미늄 합금이 더욱 바람직하다.

이 경우 몰리브덴 유화물의 생성반응, 예를들어 CU²⁺+ S^-2→ CuS 또는 Pb²⁺+ S^-2→ PbS 등이 되어 몰리브덴 유화물과 함께 복수의 유화물을 형성한다.

더욱이 상기한 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 전신재(展伸材)주조, 다이캐스트재, 분말소결재, 건식 또는 습식 알루미늄 도금재 등 어느것이나 가능하다.

또한 양극산화 피막은 5㎛이상인 경우에 명료한 다공성 구조가 얻어져 이 다공에 몰리브덴 유화물을 함침시킬 수 있고 내마모성이 좋아진다.

이하에 양극산화막의 미세다공에 몰리브덴 유화물을 함침시키는 공정을 더욱 상세히 설명하면 양극 산화피막과 같은 다공질 표면인 임펠러 하우징을 전극으로 하거나 또는 전극을 부착하여 사용하고 대극으로서는 카본, 스테인레스 또는 알루미늄 재료를 사용한다.

전해는 직류 또는 교류 어느방식이어도 좋으며, 직류 전해일 경우에는 양극산화피막을 한 하우징측을 양극으로 대극을 음극으로 한다. 교류전해일 경우에는 양극산화처리된 하우징측이 몰리브덴 유화물의 석출에 필요한 시간만을 양극측이 되면좋다.

이와 같이 다공질의 양극산화 피막을 테트라 티오몰리브덴산 암모늄의 수용액중에서 전해를 행하면 양극산화피막의 미세공 저부의 배리어층으로부터 방출되는 수소이온(H⁺)과 전해액에서 해리한 MoS^2- ₄이온이 미세공중에서 반응하여 저부로부터 몰리브덴 유화물의 침적을 시작하여 입구를 향하여 순차적으로 진행한다.

이때 상기한 전해처리에 있어서 전해액의 농도가 0.1wt%보다 높거나, 전류밀도가 1A/dm₂보다 크거나 또는 전해시간이 15 분 이상일 경우 전착과잉이 일어난다.

이에 반하여 전해액 농도가 0.01 wt%보다 낮거나 전류밀도가 0.01A/dm₂보다 적거나 전해시간이 1 분 이하인 경우는 다공내의 몰리브덴 유화물의 함침량이 충분하지 못하게 된다.

한편 전해액의 온도가 0℃ 이하인 경우는 전해액의 전기전도성이 저하되어 전류가 흐르기 어려운 상태로되며, 반면에 30℃ 이상인 경우에는 전류를 통과시키지 않아도 전해액의 화학반응이 쉽게 일어나 전해액의 수명이 단축된다. 또한 전압이 10V 미만인 경우에는 MoS^2- ₄가 미세공의 내부가지 도달하기 어려워 배리어층으로부터 H⁺이온과의 반응이 일어나지 않으며, 반면에 전압이 200V를 초과하는 경우에는 배리어층으로부터 다량의 H⁺이온이 발생되어 배리어층을 박리하는 경우도 있고 안정된 몰리브덴 유화물의 반응이 진행되지 못한다.

다음에 본발명에 따른 임펠러 하우징의 표면처리방법을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

먼저 실시예 및 비교예로서 제작된 2 륜구동차용 연료펌프의 사양은 펌프의 외경 38mm, 토출압 4.3 -6.0kg/cm², 토출량 65ℓ/hour를 갖도록 구성하였다.

[실시예 1]

먼저 본발명 실시예 1은 임펠러 하우징을 형성하는 펌프 케이싱과 커버를 ADC-12 소재를 이용하여 다이캐스팅 방법에 의해 제작한 후 20%만 황산 용액중에서 5℃, A/dm²의 전류 밀도로 직류전해에 의해 20㎛의 양극산화 피막을 형성하였다.

그후 제3도에 도시한 전해조(31)내에서 양극산화 피막이 형성된 펌프케이싱(13)과 펌프커버(15)를 양극(32)으로 하고 스텐레스판을 음극(33)으로 한후 전해액(34)으로 증류수 또는 탈이온수 테트라티오몰리브덴산 암모늄[(NH₄)₂MiSO₄]을 0.05wt% 농도로 용해하여 준비하였다.

그후 0.15mA/dm²의 전류밀도에 액온, 15℃로서 2분동안 통전시켜 제4도에 도시된 바와 같은 알루미늄합금(41)표면에 형성된 양극산화피막(42)의 미세다공(43)내에 몰리브덴 유화물(44)을 충진시켰다.

[비교예 1]

비교예 1은 본발명과 동일한 소재를 사용하여 케이싱과 커버를 제작한 후 양극 산화에 의한 양극산화피막을 동일하게 형성하고 몰리브덴 유화물의 충전처리는 행하지 않았다.

[비교예 2]

비교예 2는 본발명과 동일한 소재를 사용하여 펌프케이싱과 커버를 제작하고 어떤 처리도 행하지 않았다.

[비교예 3]

비교예 3은 A 6151 단조재를 사용하여 단조방식으로 펌프케이싱과 커버를 제작하고, 상기 본발명 실시예 1과 동일한 방법으로 양극산화에 의해 양극산화 피막을 형성하고, 그후 양극 산화피막의 미세다공에 테프론을 함침처리시켰다.

[비교예 4]

비교예 4는 비교예 3과 동일하게 같은소재로 케이싱과 커버를 제작하고 양극 산화에 의한 양극 산화피막을 형성하였다.

[비교예 5]

비교예 5는 비교예 3과 동일소재로 케이싱과 커버를 제작하고 어떤 처리도 행하지 않았다.

[비교예 6]

비교예 6은 주철재 FC10 를 사용하여 제작하고 어떤처리도 행하지 않았다.

상기와 같이 제작된 (표1에 요약) 본발명 실시예 1 및 비교예 1 - 비교에 6의 펌프케이싱과 펌프커버를 사용하여 제작된 연료펌프를 가지고 연료탱크(개솔린용량 60ℓ, 공기 실용량 12ℓ)에 장착한 승용차를 각각 10,000km, 30,000km, 50,000km, 100,000km 주행한 후 연료펌프를 집어내어 해체한 후 임펠러, 케이싱, 커버의 표면상태를 관찰하여 마손 및 부식상태를 조사한 결과를 표 2에 나타냈다.

표2에서 조사결과는 다음의 4 종류로 나누어 평가하였다.

◎ 는 출발시와 전혀 상태변화가 없는 경우.

○ 는 출발시와 조금 변화했으나 내구성은 우수하여 전혀 문제가 발생하지 않은 경우.

△ 는 출발시와 상당한 변화가 있었고 실용상 문제가 생긴 경우.

× 는 실용상 사용이 불가능한 경우.

단, 주행거리의 단위는 10,000㎞ 임.

상기 표2로부터 알 수 있는 바와 같이 주철과 알루미늄 합금 또는 이에 경질 양극산화피막을 형성한 연료펌프용 커버와 케이싱의 경우에는 주행거리의 증가에 따라 임펠러와의 접촉에 의한 마손과 부식, 변색이 크게 진행하는 것을 알수 있고, 그 결과 이들의 발생물이 임펠러의 요홈을 막아서 펌프의 기능에 대한 중대한 문제를 초래하는 것을 알 수 있다.

그러나 본발명의 실시예의 경우에는 주행거리에 따른 커버와 케이싱 및 임펠러의 마손이나 가솔린에 의한 변색, 부식이 발생하지 않았다. 그 결과 임펠러의 요홈이 막히는 일이없어 연료펌프의 기능에 대한 어떤 문제점도 발생하지 않았다.

이는 다공성 양극산화 피막에 함침된 몰리브덴 유화물의 함침에 의해 내마모성, 내식성과 윤활성이 크게 향상된 것에 기인한다.

또한 몰리브덴 유화물이 함침된 양극산화 피막은 표면조도 Ra = 0.1㎛ 급도 문제없이 랩이 가능할 뿐아니라 정밀가공이 가능하다.

Claims (1)

1. 알미늄합금 다이캐스트(Al-Si-Cu계)와 알미늄 합금 주물(Al-Si-Cu-Ni-Mg계)에서 선택된 Al 계 재료를 사용하여 펌프케이싱 및 펌프커버로 이루어진 임펠러 하우징을 가공하는 단계 ; 상기 임펠러 하우징의 표면에 5㎛ 이상의 다공질 양극산화피막을 형성하는 단계; 및 상기 다공질 양극산화 피막이 형성된 임펠러하우징을 양극으로 하고 전해액으로 순수에 테트라 티오몰리브덴산 암모늄을 0.01wt% 내지 0.1wt% 농도로 용해하여 준비한 테트라 티오 몰리브덴산 암모늄수용액 중에서, 0.01A/dm²내지 1A/dm²의 전류밀도, 10V 내지 200V의 전압, 0℃ 내지 30℃의 전해액 온도로 1 내지 15분간 통전시켜 전해처리하여 상기 다공중에 몰리브덴 유화물을 함침시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료펌프용 임펠러 하우징의 제조방법.