KR100377874B1 - 철-인산염전환표면의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인산염 및/또는 인산염 2종-금속성 무기 중합체성 수 복합체를 모터 내의 모든 금속 부품과 접촉시키기 위하여, 매질로서 윤활유를 사용하여 기계장치의 모터내에서 금속상에 철-인산염 전환 표면, 또는 철/인산염 2종-금속성 표면을 형성시키는 방법을 제공한다. 무기 중합체성 수 복합체는 미국 특허 제 4,533,606호 및 제5,310,419호에 따라서 형성시킨다. 2종-금속 성분은 원소 주기율표의 I족에서 VIII족 중의 금속일 수 있다. 엔진이 작동하여 오일이 뜨거울 때 인산염 및/또는 인산염 2종-금속성 무기 중합체성 수 복합체를 윤활유에 가한다. 형성된 철/인산염 필름 또는 철/인산염/2종-금속성 필름은 마찰계수를 감소시키고, 금속 마모를 감소시켜 엔진 수명을 연장시키고, 마일수를 증가시키며, 탄화수소 방출량을 감소시키고, 윤활된 모든 모터에 대한 오일 배출 기간을 연장시킨다.

Description

철-인산염 전환 표면의 제조방법
철/인산염 전환 표면은 1896년 영국에서 최초로 발견되었으며 영국 특허법 하에서 특허되었다. 이후 기본 공정에 대한 일련의 개량 방법이 제시되었다. 이들 개량 방법에 의하여 전환 속도가 빨라졌고, 세정 공정이 양호해졌으며, 아연, 망간 또는 니켈 등과 같은 기타 금속 이온이 첨가될 수 있게 되어, 철-인산염을 아연-인산염 또는 망간-인산염과 같은 2종-금속성 원소로 피복할 수 있게 되었다. 이들 2종-금속성 인산염 표면은 철-인산염 표면의 유용성을 더욱 향상시킨 상이한 특성을 제공한다.
인산염화 공정에 대한 수많은 문헌이 있으며, 대부분 인산염화 공정에 대해 허여된 특허에 포함되어 있다. 1969년도 문헌 메탈 피니싱(METAL FINISHING)에는 인산염화 공정에 대한 특허 요약서가 522개나 제시되어 있다.
철/인산염 표면 및 이들의 유도체는 전세계에서 가장 널리 사용되는 공업용 표면중 하나가 되었다. 철/인산염 전환 표면은 도료 보존에 있어서 매우 중요하며 트럭 및 차체, 파일 캐비렛, 선박 콘테이너에서의 도료용 하도층 및 도료 하도층으로서의 기타 여러가지 용도로 널리 사용되고 있다.
또한, 철-인산염 표면은 부식 보호성이 탁월하여 철강 부품의 산화를 방지한다. 철-인산염 표면은 철강 보다 마찰계수가 더 낮으며, 이동 철강부 및 슬라이딩철강부에 건식막 윤활성을 제공한다. 또한 철-인산염 표면은 오일의 윤활 효과를 향상시키는 오일 특성이 탁월하게 보존된다.
인산염화 응용 기술 라인에는 전환을 일으키기 위하여 철강 표면으로부터 오물 및 오일을 모두 제거하기 위한 욕조가 포함되어 있다. 전환을 일으키기 위해서 금속 표면의 준비 단계, 특히 오일 제거 단계가 요구되는 것은 당해 분야에 숙지되어 있다. 인산염화 시스템을 간략하게 기술하면, 이는 오일 제거를 위한 뜨거운 알칼리 욕조, 세정 탱크, 산화물 제거용 산 욕조, 세정 탱크 및 승온에서 유지되는 인산염화 탱크의 순서로 이루어져 있다. 인산염화는 목적하는 표면을 얻기 위해 전 공정을 통하여 철저하게 조절되는 변수를 갖는 긴 공정이다.
캠, 타펫, 피스톤 링과 같은 내부 연소 엔진중의 수많은 작은 부품에는 철-인산염 전환 표면이 제공되어 있다. 이들 부품의 인산염화는 자동차 또는 기타 공업에 있어서 단가 상승으로 인하여 보편적으로 채택된 것은 아니다.
오일에 EP(Extreme Pressure; 극압) 특성을 부여하기 위하여 윤활유 중에 첨가제로서 유기 인산염 화합물이 또한 널리 사용되고 있다. 유기 인산염 중 일부는 시간이 경과함에 따라 기어 및 기타 금속 이동 부품 중으로 버니싱되어 양호한 금속 보호 효과를 제공하는 것으로 입증되었다. 이러한 인산염의 금속으로의 버니싱은 국소적이고, 비연속식이며, 조절 불가능한 방식으로 일어나기 때문에 기계 및 장비에 있어서 이의 적용를 제한한다.
윤활 특성을 향상시키기 위한 시도로 수많은 첨가제가 윤활성 향상을 위하여 모터 오일에 첨가되었다. PTFE(DuPont; TEFLON TM) 몰리브덴 디설파이드 화합물,할로겐화 탄화수소 및 납, 구리 또는 아연의 금속염의 콜로이드상 현탁액을 포함한 광범위한 화합물이 사용되었다. 이들 첨가제는 모두 비효과적이거나 첨가제로부터 발생되는 것으로 판단되는 엔진 내부의 문제점을 발생시켰다. 가장 널리 사용되는 첨가제인 PTFE 및 이들의 이성체는 몇가지 과학적 연구에서 평판이 좋지 못하였다. 몰리브덴 디설파이드는 오일 필터를 망가트리는 문제가 있었다. 납은 매우 효과적인 첨가제이나, 독성 및 심각한 환경 오염 문제로 인하여 첨가제로서 더 이상 사용되지 않게 되었다. 할로겐화 탄화수소는 환경 오염 문제를 일으키며 엔진 부식 문제를 발생시킬 수 있다.
경주용차 운전자는 성능을 더욱 향상시킬 목적으로 마력수(horsepower)를 증가시키기 위하여 엔진당 수천 달러를 소비하고 있다. 수많은 경우에 있어서, 엔진에 1 또는 2 마력을 증가시키면 레이스 우승과 또한 주행하는데 있어서의 차이가 난다. 마력수를 증가시키기 위하여, 엔진을 해체한 다음 크롬 도금을 하거나, 세라믹으로 라이닝하거나, 또는 마찰을 감소시키기 위하여 이동 부품에 여러가지 종류의 금속 표면을 적용할 수 있다. 상기와 같은 처리는 매우 비싸며 각각의 엔진 처리에 대해 수천 달러의 비용이 소요될 수 있다.
엔진, 펌프, 기어 박스 등에서의 모든 슬라이딩 이동 금속 부품에 대해 철-인산염 전환 표면을 형성시키는 저렴한 방법이 오래 전에 승인되었으며, 이로써 장치의 성능이 향상되게 되었다. 성능의 향상은 마모의 감소로부터 유래되며, 이에 의해 에너지 소모량이 절감되고, 윤활유의 성능이 향상되었다. 철/인산염 표면을 저렴하게 수득하는 방법, 상세하게는 완성된 기계 엔진중에 철/인산염 표면을 형성시킴으로써 수득하는 방법이 특히 유용한데, 예를 들면 내부 연소 엔진은 캠, 리프터, 실린더, 타이밍 체인 중에 200개에 달하는 부품을 갖고 있다. 상기 부품에 마찰 감소 표면을 적용시킴으로써 내부 연소 엔진 경주용차 운전자는 마력수, 연료 이용을 향상시킬 수 있으며, 엔진 냉각을 더욱 좋게 할 수 있다.
미국 특허 제4,533,606호에는 모든 전도성 기판상에 전기-침착법에 의해 아연/인산염 표면을 생성시키는 새로운 방법이 기술되어 있다. 미국 특허 제 5,310,419호에는 금속의 전기도금을 포함하여 수많은 분야에서 널리 사용되는 신규한 수성 무기 중합체 복합체의 제조 방법이 기술되어 있다. 기술된 복합체 중 하나가 인산염/질소/칼륨 및/또는 나트륨 무기 중합체성 수 복합체(water complex)이며 이를 사용하여 전도성 기판상에 금 및 은을 전기적으로 도금할 수 있는데 이는 지금까지 알려져 있지 않은 현상이었다. 미국 특허 제5,310,419호에서는 또한 상기 인산염/질소/칼륨 무기 수복합체가 철강으로부터 오일을 제거할 수 있도록 하는 특성을 갖는것이 관측되었다. 인산염화에 대한 문헌에는 상기와 같은 오일욕을 통한 금속의 인산염화가 오일성 표면상에서는 일어나지 않는 것으로 교시되어 있다.
금속으로부터의 오일 제거에 대한 실험은 다음과 같이 행하였다: 인산염/질소/칼륨 무기 중합체성 수 복합체를 제조하여 pH 7 근처에서 중단시켰다. 연마한 1010 철강 로드, ¼ × 3"를 18 API 중력 흑색 원유에 침지시켰다. 이후 상기 로드를 전해질이 들어있는 투명한 유리병에 침지시켰다. 다음날 아침 18시간이 경과된 후, 연마한 페그로부터 오일이 완전히 제거되었으며, 철강 페그에는 특징적인 회색빛을 띠는 흑색 인산염이 나타났다. 상기 특징적인 색상은 철/인산염 전환 표면의지표였다. 철강 페그를 들어올려, 종이 타월로 깨끗이 닦아내어, 세정한 다음 건조시켰다. 전환 표면이 여전히 존재하였으며 코팅 접착성에 대한 전통적인 손톱 및 스카치 테이프 시험에 의해서도 제거할 수 없었다. 저항계 판독치는 철강 페그가 전류를 지탱하지 못하는 것으로 나타났는데, 이는 또한 철/인산염 표면이 존재한다는 추가적인 지표였다. 철-인산염 표면의 존재는 참으로 놀라운 것이었다. 이는 철 인산염 표면이 오일 방벽을 통하여 형성될 수 있음을 나타내는 최초의 지표였다.
2종의 무기 중합체성 수 복합체를 미국 특허 제5,310,419호에 기술된 바와 같이 개방식 반응기에서 다음과 같이 제조하였다:
Figure pct00001
반응 용기에 암모니아 수산화물 1ℓ 를 가하고; 상기에 수산화칼륨 1ℓ를 가하여 pH가 14 또는 이의 근사치가 되도록 하고; 별개의 용기를 사용하여 탈이온수 1ℓ 와 75% 인산 1ℓ를 혼합하여 pH가 대략 0이 되도록 한 다음; 암모늄-칼륨 혼합물에 높은 발열 반응이 일어날 수 있을 정도의 속도로 신속하게 인산을 가하고; 대략 pH 7에서 반응을 중단시켰다. 상기 무기 중합체성 수 복합체 용액 #1을 다음 실험에 사용하였다. 다른 실험을 위하여 무기 중합체성 수 복합체 용액 #2를 수산화나트륨을 사용하여 동일한 방법으로 제조하였다.
실험 I
상기와 같이, 연마한 1010 철강 로드를 18 API 중력 흑색 원유에 침지시킨 다음 4 온스의 무기 중합체성 수 복합체(용액) #1이 들어 있는 투명한 병에 침지시켰다. 온도는 72℉였다. 다시, 상기 오일을 제거하고 18시간 후 철-인산염 표면이 존재하였다.
실험 II
½" × 2" 1010 철강편을 원유에 침지시키고 4 온스의 용액 #2가 들어있는 투명한 병에 넣었다. 온도는 72℉이고 18시간 경과 후 금속상에 특징적인 철-인산염 표면이 존재하였다.
실험 III
연마한 표준형 팀켄 베어링을 원유에 침지시키고, 용액 #1이 들어있는 투명한 병에 넣었다. 온도는 실온이었다. 12시간 이내에 베어링에 철-인산염 전환 표면이 생성되었다.
실험 IV
엑손 유니플로(Exxon Uniflo) 모터 오일 2 온스와 용액 #1 2 온스를 혼합하여 오일/물이 완전히 유화될 때까지 강력하게 진탕시켰다, 연마한 팀켄 철강 베어링과 연마한 1010 강철 로드를 상기 유액에 침지시켰다. 금속 표면상에서 수소가 서서히 방출되며 전환 공정 발생의 지표가 되는 금속의 암색화(darknening)가 나타났다. 인산염 전환을 관측할 수 있으며 3시간에 걸쳐 일어났다.
이들 실험을 수행하여 이전까지 알려지지 않았던 놀라운 현상인, 철/인산염 표면이 오일 존재하에서 생성된다는 것과 오일이 실제적으로 금속 표면에 대해 인산염의 캐리어로서 사용될 수 있다는 것이 증명되었다.
이어서 팔렉스 윤활성 시험기(Falex Lubricity Tester)를 사용하여 추가의 실험을 수행하여 표준 모터 오일에 대해 ASTM 표준 팀켄 베어링 시험을 수행하였다. 표준 모터 오일로는 펜조일(Pennzoil) 10W40 및 엑손 유니플로 20W50을 선택하였다. 표준 팀켄 베어링 블록과 링을 사용한다. 시험 과정은 저장소에 표준 중량 모터 오일을 넣는 단계; 홀딩 암에 베어링을 삽입하는 단계; 이어서 베어링을 궤도면 링의 반대편에 강제시킨 풀크럼으로 베어링을 지지시키는 단계; 1,200 RPM의 속도에서 시험 기계를 작동시키는 단계; 및 시험 표본을 마찰시켜 "고정(locked up)"될 때까지 풀크럼에 2 파운드씩 중량을 가하는 단계로 이루어져 있다. 마찰에 의해 발생된 흉터를 밀리미터(mm) 단위로 측정하여 공표된 챠트와 비교하였다. 챠트는 1b/in2(PSI)의 단위로 중량 베어링 부하량으로 계산되어 제공되도록 베어링상의 흉터의 길이(mm)로 풀크럼에 가해진 중량의 파운드를 보정하였다.
실험 V
10㎖의 펜조일 10W40을 팔렉스 시험기의 저장소에 넣었다. 표준형 팀켄 베어링을 홀딩 클램프에 삽입하여 궤도면에 기대어 놓았다. 시험기를 작동시키고 풀크럼의 뒷면에 2파운드씩 중량을 가하였다. 세번째 중량이 가해졌을 때, 기계를 잠그고 껐다. 베어링을 빼내어 흉터를 관측하여 측정하였다. 흉터의 길이는 8mm로 이는펜조일의 하중 운반 능력이 대략 4500PSI임을 나타낸다.
실험 VI
실험 V에서 사용한 베어링을 홀더에 재장착하여 흉터를 궤도면으로부터 90° 회전시켰다. 저장소에 있는 오일을 사용하였다. 기계를 작동시켰다. 무기 중합체성 수 복합체(용액) 2㎖를 저장소의 오일에 가하면 유액이 형성되었다. 베어링을 궤도면에 기대어 놓고 기계를 작동시켰다. 1분 경과후, 풀크럼에 총중량이 12 파운드가 가해질때까지 2 파운드씩 가하였다. 기계의 작동을 중단시키고 전체 하중하에서 다시 가동시켰다. 기계를 중단시켜 베어링과 궤도면을 조사하였다. 베어링상의 흉터는 1㎖에서 측정하는데, 이는 하중 운반 능력이 427,000PSI임을 나타내는 것이다. 유액 중에 침지시킨 베어링의 일부에 특징적인 철/인산염 표면이 존재하였다. 궤도면을 천으로 닦아내면 궤도면 표면상에 특징적인 철/인산염 표면이 존재하는 것으로 나타났다. 본 실험으로 공지된 모든 문헌과는 반대로, 철/인산염 표면이 오일의 존재하에서도 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 오일 자체가 탁월한 윤활성을 나타냄이 증명되었다.
실험 VII
저장소의 오일을 세정한 다음 새로운 오일을 저장소에 넣었다. 베어링을 90° 회전시키면, 여기서 철/인산염 표면이 형성되었다. 이어서 베어링을 궤도면에 기대어 놓고 기계를 작동시켰다. 풀크럼상에 총 14 파운드의 중량이 가해질 때까지 2 파운드씩 가하였다. 기계를 중단시키고 전체 하중하에서 수 분간 재작동시켰다. 베어링을 내어 조사하였다. 흉터는 2mm 미만으로, 이는 철-인산염 필름이 움직이는금속 부품상에 존재할 경우 오일에 대한 하중 운반 능력이 500,000 PSI임을 나타내는 것이다. 본 실험은 철-인산염 표면이 일단 형성된다는 점과 이러한 표면이 4500 PSI의 하중만을 감당할 수 있는 통상의 모터 오일을 슈퍼 윤활제로 획기적으로 전환시킬 수 있도록 하는 영구적인 표면임을 입증하는 것이다.
철-인산염 표면에 의한 마찰 감소는 내부 연소 엔진에서의 열을 현저하게 감소시키고 이에 따라 엔진 수명이 연장되고, 갤론당 마일수를 증가시킴으로써 에너지 효율을 증가시키고, 윤활제 수명을 더욱 연장시키는 것으로 사료된다.
실험 VIII
용액 #1 10㎖에 75% 인산 10㎖를 가하여 무기 중합체성 수 복합체(용액) #1의 pH가 3 미만이 되도록 조정하였다. 시험기 저장소에 새로운 모터 오일을 넣고, 베어링을 홀더에 놓은 다음, 기계를 작동시켰다. 2㎖의 pH 3 용액을 오일에 가하면 유액이 형성되었다. 이어서 풀크럼에 2 파운드씩 중량을 가하였다. 2분 후, 시험기를 중단시켰다. 트레이스와 베어링을 조사하였다. 상기 부품 둘 다, pH 7 용액과 비교하여 암색의 더욱 치밀한 철-인산염 표면을 갖는다. 베어링상의 흉터는 1mm로, 흉터의 영향은 대략 동일하였다. 본 실험은 pH 판독치를 변화시킴으로써 더욱 치밀한 철-인산염 표면을 얻을 수 있음을 나타내는 것이다. 상기 표면에 대한 분석을 증거 I에 나타내었다.
실험 IX
10㎖의 용액 #2에 75% 인산 10 ㎖를 가하여 용액 #2의 pH를 3 이하로 조정하였다. 이어서 산화아연 1mg을 상기 무기 중합치성 수 복합체에 용해시켰다. 새로운오일 10㎖를 시험기의 저장소에 가하였다. 사용하지 않은 팀켄 베어링을 사용하여 기계를 작동시켰다. 인산아연 무기 중합체성 수 복합체 2㎖를 상기 오일에 가하면 유액이 형성된다. 총 18 파운드의 중량을 풀크럼에 점증적으로 가하였다. 기계를 2분간 작동시킨 다음 끈다. 베어링 및 궤도면으로부터 오일을 닦아내고 조사하였다. 베어링의 흉터를 계산하면 1mm인 것으로 나타난다. 상기 표면은 흉터상에 버니싱된 밝고 투명한 표면을 갖는 명확한 아연-인산염 표면인 것으로 밝혀졌다. 본 실험은 금속 이온을 무기 중합체성 수 복합체중에 혼입시킬 수 있으며 오일 저장소를 통해 금속 위에 공-침착시킬 수 있음을 나타내는 것이다. 이는, 오일 저장소를 사용하여 새롭게 발견된 표면 침착 방법에 의해 슬라이딩 금속 부품위에 기타 금속이 공-침착될 수 있다는 가정을 유도하였다.
실험 X
2 온스의 무기 중합체성 수 복합체(용액) #1을 2 온스의 75% 인산과 혼합하여 pH 3 미만이 되도록 하였다. 10mg의 몰리브덴산을 상기 무기 중합체성 수 복합체에 용해시켰다. 1" × 3" 표면의 12 게이지 1010 강철편을 상기 용액에 10분간 침지시킨 다음 꺼내었다. 금속 상에 새로운 표면이 존재하였다. 프로판 토치를 점화하여 금속에 화염팁을 유지시켰다. 놀랍게도, 강철박편은 예상과는 달리 연소되지 않았으며; 대신 표면상에 자주빛 색상의 몰리브덴이 나타났다. 금속편을 화염으로부터 손으로 들어낼 수 있었는데, 이는 열 소멸성이 우수함을 나타내는 것이다.
본 실험의 결과는 매우 놀라웠다. 첫째로, 몰리브덴은 내화 금속으로 순수한 자체 상태에서는 전기도금을 할 수 없다. 몰리브덴은 전기분해 방식에 의해 함께침착시킬 수 밖에 없다. 따라서, 인가된 기전력을 사용하지 않고도 강철의 표면상에 존재하는 몰리브덴을 발견하였다는 것은 어떠한 문헌에도 교시되어 있지 않다. 내부 연소 엔진중 금속 부품상의 공-침착된 인산염/몰리브덴 표면의 이점을 예측할 수 있다. 몰리브덴은 마찰계수가 매우 낮으며, 오일 저장소와 같은 환원대기중에서 탁월한 부식 억제제로, 열 소멸성이 우수하며 건식막 윤활제로서 널리 사용된다. 이들 공지된 몰리브덴의 모든 특성은 내부 연소 엔진의 성능을 개선시켜, 마찰을 감소시키고, 열을 소멸시키며 부식으로부터 보호하였다.
실험 XI
카놀라유 한병을 상점에서 구입하였다. 카놀라유는 약간의 윤활성을 갖지만, 계면활성제, 부식 억제제, EP 첨가제 등과 같이, 모터 오일중에 첨가되는 표준 첨가제는 아니다. 따라서, 몰리브덴의 건식막 윤활 특성은 모터 오일에 추가되는 유익한 특성을 사용하지 않고 시험할 수 있었다. 10㎖의 카놀라유를 팔렉스 저장소에 넣고, 새로운 팀켄 베어링을 홀더에 장착하며 기계를 작동시켰다. 실험 IX로부터의 무기 중합체성 수 복합체(용액) 2㎖를 상기 오일에 넣어 유액을 형성하였다. 6 파운드의 중량을 풀크럼에 증량하여 가하고 기계를 2분간 작동시켰다. 궤도면과 베어링을 조사하면 어두운 자주빛 색상의 코팅이 두 부품 표면상에 존재하였다. 흉터는 1mm인 것으로 측정되는데, 이는 우수한 윤활성을 나타내는 것이다. 이어서 저장소로부터 오일을 빼내고 신선한 카놀라유를 저장소에 가하였다. 베어링을 궤도면에 기대어 놓고 기계를 작동시켰다. 풀크럼에 18 파운드의 중량을 증량하여 가하였다. 기계를 3분간 작동시켰다. 카놀라유가 변화된 것으로 나타난 적은 결코 없었다. 오일 저장소의 온도는 150℉ 이상 상승되지 않았는데, 이는 슬라이딩 부품상에서 마찰이 거의 없음을 나타내는 것이다. 베어링을 빼낸 다음, 세정하여 흉터를 측정하면 1mm 미만이거나 하중 운반 능력이 500,000PSI를 초과하는 것으로 나타났다. 카놀라유의 하중 운반 능력은 4,000PSI이므로, 금속 상의 건식막 몰리브덴-인산염 표면 형성으로 인하여 하중 운반 능력이 1,000%나 증가한 것이다.
실험 XII
인산을 사용하여 2 온스의 무기 중합체성 수 복합체(용액) #2의 pH를 3 미만으로 조정하였다. 10g의 암모늄 파라텅스테이트를 상기 용액에 용해시켰다. 새로운 팀켄 베어링을 홀더에 장착하고 윤활성 시험기를 저장소 중에서 엑슨 유니플로를 사용하여 작동시켰다. 2in3의 인산텅스텐 무기 중합체성 수 복합체를 저장소에 가하면, 유액이 형성되며, 풀크럼에 10 파운드의 중량을 가하였다. 기계를 3분간 작동시킨 다음 껐다. 베어링과 궤도면 둘 다의 표면을 조사하면 흉터가 2mm 미만인 것으로 측정되었다. 흉터를 살짝 연마하여, 로듐의 거울 가공(mirror finish)에 근접하는 수치를 갖게되었다. 본 실험은 다른 내화 금속을 사용하여 운반제로서 오일 저장소를 사용하여 2종-금속성 표면을 형성시킬 수 있음을 증명하는 것이다.
실험 XIII
145,000 마일을 주행한 4기통 엔진의 1982년식 ISUZU 디젤 픽업 트럭을 시험용 차량으로 선택하였다. 엔진에는 6 쿼트의 윤활유가 들어있었다. 2개월에 걸쳐 36 MPG에서 사용되는 연료 1 갤론당 마일수를 계산하였다. pH 3으로 조정된, 총 8온스의 아연/인산염 무기 중합체성 수 복합체(용액) #1을 엔진 작동중 오일 크랭크 케이스에 가하였다. 2분내에 엔진의 소음 수준이 현격하게 저하되었다. 이후 10,000 마일 주행 기간 동안 MPG 평균치를 계산하였다. 상기 차량에 의한 MPG는 이제 42.4 MPG에 달하며, 연료 효율이 18% 상승하여 확실하게 절약되었다. 오일과 필터를 12,000 마일후에 교체하였다. 상기 차량은 대략 평균 42 MPG로 지속되는데, 이는 엔진 부품상에 영구적인 마찰 감소막이 존재함을 나타내는 것이다. 엔진오일중에 물이 존재하면 오일에 좋지 않은 영향을 주는 것으로 숙지되어 있다. 윤활유 중에 10분의 1 정도의 양이 물이면 통상적으로 엔진 고장을 일으켰다. 따라서, 엔진이 서지 않고, 엔진 성능이 실지로 향상되었다는 사실은 범상한 일이 아니며 매우 놀라운 사실이었다.
실험 XIV
4 기통 테쿠메쉬 (Tecumesh) 잔디깎는 기계를 사용하였다. 1 온스의 무기 중합체성 수 복합체(용액) #1을 사용하며 이를 오일 저장소에 부었다. 소음 수준이 즉시 확실하게 감소되었다. 3주간에 걸쳐 잔디 깎는 기계를 작동시키고, 가솔린 1 갤론으로 깎을수 있는 잔디의 평방 피트가 증가됨을 알 수 있었다. 통상적으로, 가솔린 1 갤론으로 대략 20,000 ft2의 잔디를 깎을 수 있는데, 무기 중합체성 수 복합체(용액) #1을 가하면 가솔린 1 갤론으로 30,000 ft2의 잔디를 깎을 수 있는것으로 계산되며, 효율이 50% 증가하였다.
실험 XV
1988년식 시보레 서브어밴(Chevrolet Suburban)을 사용하였다. 시내 주행시 MPG는 평균 13이며 고속도로 주행시에는 16 MPG였다. 상기 차량의 엔진은 112,000 마일을 주행한 것이었다. pH 3으로 조정되고, 몰리브덴산을 함유하는 무기 중합체성 수 복합체 8 온스를 크랭크케이스에 가하였다. 이어서 상기 차량을 2,000 마일에 달하는 2개의 연장 트립상에서 주행시켰다. 이들 트립상에서의 MPG는 대략 20 MPG로, 이는 에너지 효율이 25% 상승되었음을 나타내는 것이다. 엔진 처리 결과 작동 온도가 또한 180℉에서 150℉로 저하되었다.
실험 XVI
엔진 주행 거리가 210,000 마일인 1974년식 메르세데스 벤츠 300 D를 pH 3으로 조정되고 몰리브덴산을 함유하는 무기 수 복합체 8 온스로 처리하였다. 시내 주행시 평균 MPG를 18 MPG로 계산하였다. 1,000 마일 주행후, MPG 평균은 22 MPG로 증가하였다.
실험 XVII
속도계상에 141,000 마일로 표시된 1982년식 캐딜락 쿠페 드빌을 사용하였다. 엔진은 주행시 가열되며 정지시키지 않으면서 아이들링하는데 어려움이 있었다. pH 3으로 조정되고 몰리브덴산을 함유하는 무기 중합체성 수 복합체(용액) #1 8온스를 크랭크케이스에 넣었다. 상기 차량을 아이들링시키면 2분내에 온도가 떨어졌으며 정지시키지 않고도 모터를 아이들링시킬 수 있었다. 작동한 사람은 MPG가 20% 가한 것으로 산정된다고 보고하였다.
실험 XVIII
310in3엔진이 장착된 1986년식 포드 픽업을 사용하였다. pH 3으로 조정되고 몰리브덴산을 함유하는 무기 중합체성 수 복합체 6 온스를 크랭크케이스에 넣었다. 60 MPH에서 회전 속도계는 2,000RPM으로 나타났으며; 처리후 회전 속도계 판독치는 60 MPH에서 1,775 였는데, 이는 마력수가 현저히 상승되었음을 나타내는 것이다.
실험 XIX
새롭게 조립한 시보레 고성능 엔진에 대해 동력계 시험을 수행하였다. 엔진과 시험은 증거 II에 기술되어 있다. 동력계 시험 결과는 최대 마력수로 이론적으로 수행되는 새롭게 조립한 엔진에서 마력수가 확실히 증가됨을 나타내었다. 사용되는 무기 중합체성 수 복합체는 실험 XVI에서 기술된 바와 동일한 것이었다. 토크 결과를 또한 측정하고 시험 결과를 마력수 챠트상에서 수득되는 결과와 비교하였다. 이들 결과를 증거 II에 제시하였다.
실험 XX
공냉식 모터가 장착된 1974년식 폭스바겐 밴의 오일과 필터를 교체하였다. 엔진을 작동시키는 상태에서 pH가 4로 조정된, 4 온스 병의 무기 중합체성 수 복합체(용액)을 새로운 오일에 가하였다. 10분후, 기계의 오일에 딥스틱을 밀어넣어 이를 조사하였다. 새로운 오일은 검정색의 타르 색상으로 변하였으며 새로운 오일보다 더욱 점도가 높았다. 오일과 필터를 즉시 교체하고, 다시 10분간 엔진을 작동시켜 재조사하였다. 오일은 10분 후에도 자체의 황금빛 색상을 유지하였으며 정비사는 엔진이 더 부드럽게 작동하였다고 보고하였다. 이 시험은 놀랍게도, 엔진에 퇴적된 탄소 슬러지가 10분내에 세정될 수 있음을 나타내는 것이다.
실험 XXI
사용된 가솔린 엔진에 대해 일련의 방출 시험을 수행하여 일산화탄소와 탄화수소 방출량의 판독치를 전후 비교 시험하였다. 시험 결과를 증거 III에 요약하였다. 내부 연소 엔진으로부터 탄화수소 방출량을 감소시키고자 하는 일은 환경 보호 기관이 국가적으로 매우 우선시하는 점이다. 이들 시험에서 사용되는 무기 중합체성 수 복합체는 실험 XVI에서 사용된 것과 동일한 조성물이었다. 탄화수소 방출 감소 능력은 15 분 미만으로 이는 매우 놀라운 것이었다. 탄화수소 방출의 감소는 통상적으로 엔진에 대해 강력한 기계적 작동을 필요로 하였다. 따라서 내부 연소 엔진 차량에 대한 새로운 탄화수소 방출 감소 방법을 발견한 것이다. 일련의 시험 결과를 증거 III에 상세히 기술하였다.
실험 XXII
주행거리가 82,000 마일인 1984년식 시보레 코르벳을 압축비, 탄화수소 및 일산화탄소 방출 및 연료 효율에 대해 시험하였다. 압축비가 3.33% 증가하고, 일산화탄소 방출량이 0.84%에서 0.00%로 감소하고, 탄화수소 방출량이 188PPM에서 25PPM으로 감소되며, 연료 효율이 22.6MPG에서 25.5MPG로 증가하거나 12% 상승한 것으로 나타났다.
전술한 실험 내용은 특허 서식에 따라서 제조 및 용도를 설명할 목적으로 특정 양태에 대해서 설명되었다. 발명의 정신으로부터 벗어나지 않고 기술된 실험으로부터 여러가지 변형, 변화 및 상이한 용도를 얻을 수 있음은 당해 분야의 숙련가에 있어서 자명할 것이다. 본 발명은 기본적인 발명의 이러한 변형 및 변화를 모두 포함한다.
증거 I
비-마모된 팀켄 베어링의 I EDAX 분석. 실험 VIII로부터의 베어링을 베어링 표면상의 흉터와 인접한 곳에서 조사하여 베어링과 궤도면간의 접촉으로 인한 버니싱 효과가 없는 경우 아연 및 인산염이 존재하는지에 대해 측정하였다. 인산염 및 아연이 존재하는 것으로 확인되었다.
증거 II
텍사스주 갈랜드 소재의 킴 바 레이싱 엔진(Kim Barr Racing Engines)에서 주행시킨 350in3시보레 재조립 엔진에 대한 동력계 시험으로부터의 결과. 상기 엔진은 펜조일 10W30 모터 오일을 사용하여 20시간 동안의 주행 시간으로 파괴되었다. 몰리브덴 이온을 함유하는 무기 중합체성 수 복합체(용액) 4 온스로 처리하기 전 및 후에 토크와 마력수를 측정하였다. 토크와 마력수의 ft-lb에 있어서의 증가는 둘 다 양 및 백분율로 측정하였다. 무기 중합체성 수 복합체로 처리하면 새롭게 다시 작동시킨 엔진에 있어서 토크와 마력수가 둘 다 확실히 증가하였다.
증거 III
무기 중합체성 수 복합체(용액)으로 처리하기 전의 6대의 상이한 차량에 대해 수행된 방출 시험에 대해 수득된 결과와 무기 중합체성 수 복합체로 처리한 지 15분후 측정한 결과를 비교하였다. 시험된 차량은 모두 탄화수소 및 일산화탄소 방출량이 감소한 것으로 나타났다.
증거 I
Figure pct00002
증거 II
킴 바 레이싱 엔진(Kim Barr Racing Engines) 동력계 시험(전 & 후)
Figure pct00003
증거 III
가솔린 엔진에 대한 방출 시험
Figure pct00004

Claims (9)

  1. 윤활 환경에서 철-인산염 전환 표면을 금속 부품 위에 형성시키는 방법으로서,
    목적하는 침착물을 수득하기 위한 인산염화 조(槽)로서 윤활 매질을 이용하며,
    인산 공급원, 알칼리 금속 수산화물 및 반응성 NH2그룹 공급원을 제공하는 단계,
    (i) 수성 매질 속에서 상기 반응성 NH2그룹 공급원을 (a) 알카리 금속 수산화물과 혼합하여 pH 가 12가 넘도록 상승시켜 암모늄/알칼리 금속 수산화물 수용액을 형성하거나 (b) 인산 공급원과 혼합하여 pH가 약 0이 되도록 강하시켜 산성 암모늄 혼합물을 형성하고,
    (ii) 단계(i)(a)의 혼합물과 인산 공급원 또는 단계(i)(b)의 혼합물과 수산화물을 높은 발열 반응을 일으키기에 충분한 비율로 합함으로써 무기 중합체성 수 복합체를 형성시켜서 반응성 NH2그룹을 무기 중합체성 수 복합체의 형성 도중에 용액에 포함시키는 단계,
    단계(ii)로부터 수득한 무기 중합체성 수 복합체를 윤활유에 천천히 부어 가하는 단계,
    유액을 생성시키는 단계 및
    금속 기재 부품을 유액과 접촉시켜 철/인산염 전환 코팅을 형성시키는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    무기산 또는 카복실산을 가하여 무기 수 복합체의 pH를 강하시키는 단계 및
    무기 복합체를 기계와 장비의 엔진 및 모터의 오일 윤활 저장소 중에 부어 유액을 형성시켜 금속 부품과 용액을 접촉시킴으로써 철/인산염 전환 표면을 수득하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 금속 이온의 공급원을 발열 반응 전 또는 후에 무기 수 복합체 속으로 도입시켜 금속/인산염/알칼리 금속 무기 중합체성 수 복합체를 형성시키는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 금속 이온을 아연, 몰리브덴 및 텅스텐 중에서 선택하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수용성 글리콜을 무기 중합체성 수 복합체에 포함시키는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 윤활유가 엔진의 저장소 중에 있으며 엔진을 작동시킴으로써 유액이 생성되고 상기 유액과 이동부 및 슬라이딩부가 접촉되는 방법.
  7. 인산염 함유 코팅제를 내부 연소 가솔린 또는 디젤 엔진의 내부 면에 도포하여 엔진 효율을 향상시키는 방법으로서,
    수성 매질 속에서 반응성 NH2그룹 공급원을 알카리 금속 수산화물과 혼합하여 형성시킨 pH가 12가 넘도록 상승된 무기 중합체성 복합체를 유액 형성 조건하에서 엔진의 크랭크케이스중의 오일 속으로 도입시키는 단계 및
    pH를 약 0으로 강하시키는 인산 공급원의 수용액을 높은 발열 반응을 일으킬 수 있는 비율로 용액과 혼합하여, 무기 중합체성 수 복합체의 형성 도중에 반응성 NH2그룹을 용액에 포함시키는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 복합체를 크랭크케이스 속으로 도입시키기 전에 인산을 가하여 무기 중합체성 복합체의 pH가 약 3으로 강하되는 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 몰리브덴산을 복합체에 가함으로써, 형성된 코팅이 몰리브덴을 포함하는 방법.
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