KR100482437B1 - 변속기용 싱크로나이저 링 코팅재 및 이것을 이용한싱크로나이저 링 코팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Al 30중량%, 청동(Bronze) 10중량%, Mo 나머지중량%로 이루어진 청동계 합금분말의 코팅재와, 이 코팅재를 자동차용 변속기의 부품인 싱크로나이저 링 내측에 용사코팅하여 내마모성이 우수한 코팅층을 형성시킴과 동시에 큰 마찰계수를 얻어낼 수 있도록 한 싱크로나이저 링 코팅 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 Mo 100중량%에 대하여 Al 20 내지 40중량%, 청동(Cu 90중량% + Sn 10중량%) 5 내지 15중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기용 싱크로나이저 링 코팅재와; Mo 100중량%에 대하여 Al 30중량%, 청동(Cu 90중량% + Sn 10중량%) 10중량%를 포함하고, 15 내지 45㎛의 입자크기를 갖는 청동계 합금 분말 코팅재를 싱크로나이저 링 내측에 플라즈마 용사코팅을 실시하여서 달성되는 것을 특징으로 하는 변속기용 싱크로나이져 링 코팅 방법을 제공한다.

Description

변속기용 싱크로나이저 링 코팅재 및 이것을 이용한 싱크로나이저 링 코팅 방법{Material for coating synchronizer ring of transmission and method for coating synchronizer ring using the same}

본 발명은 변속기용 싱크로나이저 링 코팅재 및 이것을 이용한 싱크로나이저 링 코팅 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 Al 30중량%, 청동(Bronze) 10중량%, Mo 나머지중량%로 이루어진 청동계 합금분말의 코팅재와, 이 코팅재를 자동차용 변속기의 부품인 싱크로나이저 링 내측에 용사코팅하여 내마모성이 우수한 코팅층을 형성시킴과 동시에 큰 마찰계수를 얻어낼 수 있도록 한 싱크로나이저 링 코팅 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 차량의 변속기는 운전자가 직접 엔진의 회전수, 차량속도, 차량소음 발생 정도에 따라 변속단수를 결정하는 변속조작과 동시에 동력 차단장치인 클러치를 조작하여 변속을 구현하도록 하는 장치를 말한다.

변속시에는 기어변환 방식에 따라 선택접동식, 상시물림식, 동기물림식 등이 있으며, 현재 동기물림식이 변속시 소음이 거의 없고, 변속이 용이하며, 기어의 수명이 길어서 승용차, 트럭 등 거의 모든 차량에 적용되고 있다.

상기 동기 물림식에서 동기화란 주축상에서 자유로이 회전하는 클러치기어의 테이퍼와 싱크로나이저 링의 안쪽 테이퍼 사이의 접촉마찰을 매개로 하여, 클러치허브와 단기어의 원주속도가 같아져 슬리브기어가 단기어와 쉽게 물리게 되는 과정을 말하며, 이때 싱크로메시기구는 싱크로나이저 허브, 슬리브, 링, 키 및 스프링등으로 구성되어 있다.

특히, 상기 싱크로나이저 링은 각 기어에 마련된 경사면에 결합되어 변속시에는 경사면과 접촉하여 마찰력에 따라 클러치 작용을 하기 때문에, 주축에 물려있는 허브와 변속기어를 동기화시키는 작용을 하는 바, 내마모성이 우수하면서 마찰계수가 큰 재질로 제조하는 것이 좋다.

상기 싱크로나이저 링 제조공정은 개략적으로 주조→단조→가공→검사로 이루어지고 있고, 현재 사용중인 싱크로나이저 링은 황동을 원하는 모양으로 단조 후 사용하고 있으나 마찰계수가 크지 않고 내마모성이 약하며 향후 변속기의 고성능화의 추세로 현재 사용재질보다 내마모성이 우수하며 마찰계수가 큰 재질로 제조되어진 싱크로나이저 링이 요구된다.

이와 같은 싱크로나이저 링의 특성으로 인하여, 현재 황동(brass)으로 제조되어진 기지의 싱크로나이저 링에 몰리브덴(Mo) 등을 용사코팅하여 사용하거나 황동(brass) 분말에 몰리브덴(Mo)이나 종이 등을 섞어 분말 소결하는 방법 등을 이용하여 소결한 후 사용하는 등의 여러가지 시도가 이루어지고 있다.

그러나, 이러한 방법들은 몰리브덴(Mo) 등을 용사코팅하여 사용하는 경우 여전히 마찰계수가 낮아 고성능화에 대한 대안이 되지 못하며, 상기 황동 분말에 몰리브덴(Mo)이나 종이 등을 섞어 분말 소결한 경우는 마찰계수는 높지만 내마모성이 약하여 그 사용에 제한을 받는 문제점이 있었다.

따라서, 최근에는 이러한 싱크로나이저 링의 마찰계수 및 내마모성을 개선시킬 필요성을 감안하여 다방면으로 연구 개발이 진행되고 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, Al 30중량%, 청동(Bronze) 10중량%, Mo 나머지중량%로 이루어져 15 내지 45㎛의 입자크기를 갖는 청동계 합금분말의 코팅재와, 이 코팅재를 자동차용 변속기의 부품인 싱크로나이저 링 내측에 플라즈마 용사코팅을 실시하여내마모성이 우수한 코팅층을 형성시킴과 동시에 큰 마찰계수를 얻어낼 수 있도록 한 싱크로나이저 링 코팅 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 변속기용 싱크로나이저 링 코팅재는 Mo 100중량%에 대하여 Al 20 내지 40중량%, 청동(Cu 90중량% + Sn 10중량%) 5 내지 15중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 코팅재는 Mo 100중량%에 대하여 Al 30중량%, 청동(Cu 90중량% + Sn 10중량%) 10중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 변속기용 싱크로나이져 링 코팅 방법은 Mo 100중량%에 대하여 Al 30중량%, 청동(Cu 90중량% + Sn 10중량%) 10중량%를 포함하고, 15 내지 45㎛의 입자크기를 갖는 청동계 합금 분말 코팅재를 싱크로나이저 링 내측에 플라즈마 용사코팅을 실시하여서 달성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 변속기용 싱크로나이저 링 코팅재 및 이것을 이용한 싱크로나이저 링 코팅 방법을 보다 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명은 15 내지 45㎛의 입자크기를 갖는 청동계 합금 분말을 코팅재로 사용하는 바, 이 코팅재의 조성은 Mo 100중량%에 대하여 Al 20 내지 40중량%, 청동(Cu 90중량% + Sn 10중량%) 5 내지 15중량%로 이루어지고, 바람직하기로는 Mo 100중량%에 대하여 Al 30중량%, 청동(Cu 90중량% + Sn 10중량%) 10중량%로 이루어진 합금 분말을 사용하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 코팅재의 각 조성의 첨가 이유 및 함량 한정의 이유는 다음과 같다.

1) Mo

몰리브덴은 싱크로나이저 링의 경도상승을 목적으로 첨가한 것이다.

2) Al 20 내지 40중량%

Al 20중량% 미만이면 마찰계수가 감소되고 40중량% 넘으면 경도가 낮아져 내마모성이 떨어지므로, 20내지 40중량%로 한정하는 것이 바람직하다.

3) 청동 5 내지 15중량%

청동 5중량% 미만 또는 15중량% 넘으면 마찰계수가 감소되므로, 5 내지 15중량%로 한정함이 좋다.

여기서, 상기 싱크로나이저 링 코팅재를 이용하여 변속기용 싱크로나이저 링의 코팅 방법을 설명하면 다음과 같다.

상술한 바와 같이, Mo 100중량%에 대하여 Al 30중량%, 청동(Cu 90중량% + Sn 10중량%) 10중량%를 포함하고, 15 내지 45㎛의 입자크기를 갖는 청동계 합금 분말 코팅재를 싱크로나이저 링 내측에 플라즈마 용사코팅을 실시하게 된다.

상기 플라즈마 용사코팅방법은 플라즈마 가스인 아르곤 가스를 전기 아크를 통하여 플라즈마 가스화하고, 이 플라즈마 가스의 열용량을 높이기 위하여 수소가스를 소량(약 5%) 첨가한다.

이렇게 하여 얻어진 플라즈마 가스는 그 온도가 15000K 정도의 매우 고온으로 상기 분말 코팅재를 순간 용융시켜 모재(싱크로나이저 링 내측)의 표면에 부착하여 코팅하면 된다.

이때, 본 발명에서는 용사중 플라즈마 가스인 아르곤 가스에 수소가스를 약 5%가량 첨가함으로써, 플라즈마 가스의 온도를 높이고 이렇게 함으로써 고융점인 몰리브덴(Mo) 분말의 용융을 용이하게 할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하는 바, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 국한되는 것은 아니다.

실시예1-4

싱크로나이저 링의 코팅하려고 하는 부위(싱크로나이저 링의 내측)를 약 0.6 내지 1.2㎜크기의 알루미나 입자로 표면거칠기 Ra∼8 정도가 되도록 브라스팅을 한 후, 플라즈마 용사 코팅기를 이용하여, Mo 100중량%에 대하여 Al는 30중량%, 청동(Cu 90중량% + Sn 10중량%) 10중량%로 이루어진 합금 분말로 300㎛의 두께로 용사코팅 하였다.(실시예1)

또한, Mo 100중량%에 대하여 Al는 20중량%, 청동10중량%(실시예2), Mo 100중량%에 대하여 Al는 30중량%, 청동 5중량%(실시예3), Mo 100중량%에 대하여 Al는 30중량%, 청동 16중량%(실시예4)로 이루어진 함금 분말로 300㎛의 두께로 용사코팅 하였다.

이때, 플라즈마 가스인 아르곤가스에 수소가스를 약 5% 가량 첨가함으로써 플라즈마 가스의 온도를 높이고, 이렇게 함으로써 고융점인 몰리브덴(Mo) 분말의 용융을 용이하게 할 수 있는 가스조성으로 용사코팅 하였다.

그런 다음, 규정된 연삭가공을 하여 싱크로나이저 링을 제작하였다.

비교예 1∼4

코팅용 합금분말의 조성을 다음 표 1에 나타낸 바와 같이 각각 달리한 점을 제외하곤 상기 실시예와 동일한 방법으로 싱크로나이저 링의 내측을 코팅처리하였다.

즉, 비교예 1은 황동 단조재를, 비교예 2는 몰리브덴(Mo)을, 비교예 3은 몰리브덴(Mo) 100중량%에 대하여 청동(bronze) 30중량%로 이루어진 합금 분말을, 비교예 4는 몰리브덴(Mo) 100중량%에 대하여 황동(brass) 30중량%로 이루어진 합금 분말을 이용하여, 상기 실시예와 동일한 방법으로 싱크로나이저 링의 내측을 코팅 처리하였다.

한편, 상기 황동(brass)의 조성은 Cu 70중량%, Zn 30중량%이다.

그리고, 각각의 코팅처리된 싱크로나이저 링을 이용하여 코팅된 합금의 마모량과 마찰계수를 측정하였는 바, 상기 실시예 및 각 비교예의 코팅층에 대한 마모 특성을 비교 평가하기 위하여 Pin-on-disk-type으로 작용하중:20Kgf, 회전수:200rpm, 시간:30분, 윤활제: SAE75W/85W를 이용하여 측정을 실시하였고, 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

위의 표 1에서 보는 바와 같이, 비교예 1, 2, 4에 의한 싱크로나이저 링의 코팅층은 상기 실시예 1-3의 코팅층에 비하여 내마모성 및 마찰계수가 낮음을 알 수 있었다.

또한, 본 발명에 따른 실시예 1의 코팅층은 상기 비교예 3에 의한 코팅층과 비교했을 때, 마찰계수는 약 5% 향상되고, 마모량은 약 7% 감소되는 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있었다.

결과적으로, 본 발명에 따른 싱크로나이저 링 코팅재 즉, Mo 100중량%에 대하여 Al 30중량%, 청동(Cu 90중량% + Sn 10중량%) 10중량%로 이루어진 합금 분말은 내마모성 및 마찰계수가 비교예의 어느 것보다 높아 변속기용 싱크로나이저 링의 코팅 재료로 적합함을 알 수 있었다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 변속기용 싱크로나이저 링 코팅재 및 이것을 이용한 싱크로나이저 링 코팅 방법에 의하면, 기존에 몰리브덴(Mo) 등을 용사코팅하여 사용하거나 황동(brass) 분말에 몰리브덴(Mo)이나 종이 등을 섞어 분말 소결하는 방법과 달리, Al 30중량%, 청동(Bronze) 10중량%, Mo 나머지중량%로 이루어진 청동계 합금분말의 코팅재를 이용하여 싱크로나이저 링 내측에 플라즈마 용사코팅하여줌으로써, 내마모성이 우수한 코팅층을 형성시킬 수 있고, 또한 큰 마찰계수를 얻어낼 수 있는 장점을 제공한다.

Claims (3)

1. 변속기용 싱크로나이저 링 코팅재에 있어서,

   Mo 100중량%에 대하여 Al 20 내지 40중량%, 청동(Cu 90중량% + Sn 10중량%) 5 내지 15중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기용 싱크로나이저 링 코팅재.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅재는 Mo 100중량%에 대하여 Al 30중량%, 청동(Cu 90중량% + Sn 10중량%) 10중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 변속기용 싱크로나이저 링 코팅재.
3. 변속기용 싱크로나이져 링 코팅 방법에 있어서,

   Mo 100중량%에 대하여 Al 30중량%, 청동(Cu 90중량% + Sn 10중량%) 10중량%를 포함하고, 15 내지 45㎛의 입자크기를 갖는 청동계 합금 분말 코팅재를 싱크로나이저 링 내측에 플라즈마 용사코팅을 실시하여서 달성되는 것을 특징으로 하는 변속기용 싱크로나이저 링 코팅 방법.