KR100543675B1 - 내연기관용 슬라이딩 부품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박, 자동차 또는 중장비 등의 대형 엔진에 사용되는 슬라이딩 부품에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 피스톤 크라운, 피스톤 링, 링 그루브 및 이와 인접하여 마찰이 일어나는 실린더 보어, 실린더 라이너, 실린더 내벽 또는 실린더 로드 등의 슬라이딩 부품의 내마모성을 보다 우수하게 하며 또한 낮은 마찰계수를 갖도록 하기 위하여 표면에 Fe-Cr-B 합금을 사용하여 비정질 코팅을 실시한 슬라이딩 부품에 관한 것이다.

본 발명은 철, 동, 티타늄, 알루미늄 중 하나 또는 그들의 합금으로 이루어진 금속을 본체로 사용하는 내연기관의 슬라이딩 부품에 있어서, 상기 본체 표면 위에 C 0.5 wt% 이하와 Ni, Mo, Cu,Ti, V, Zr, Nb, Hf, Ta, W 중 적어도 하나 이상을 포함하여 5.0 wt% 이하로 구성하고, Cr 40.0~50.0 wt%, B 2.5~6.5 wt%, Si 0.5~5.0 wt%, 나머지 잔부는 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 용사재료를 용사 코팅하여 비정질상 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

내연기관, 슬라이딩 부품, 비정질상 코팅층,Fe-Cr-B 합금

Description

내연기관용 슬라이딩 부품{Coated sliding parts for internal combustion engine}

본 발명은 선박, 자동차 및 중장비 등에 사용되는 대형 엔진의 피스톤 크라운(piston crown)과 상기 피스톤 크라운의 외주에 형성되는 링 그루브(piston ring groove) 및 이 홈에 끼워지는 피스톤 링(piston ring), 그리고 이와 마찰이 일어나는 실린더 보어, 실린더 라이너 또는 실린더 내벽 및 기타 피스톤 로드 등에 사용되는 슬라이딩 부품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상기 슬라이딩 부품의 표면에 Fe-Cr-B 합금의 코팅층을 형성하되 이러한 코팅층이 비정질 조직을 가지도록 하여 내마모성이 우수하고 마찰계수가 작아지도록 한 내연기관용 슬라이딩 부품에 관한 것이다.
본 발명에서의 Fe-Cr-B계 비정질 코팅은 엔진의 주 재질인 철 또는 주철과 열팽창계수가 유사하며, 기지조직이 질기고 강할 뿐 아니라 마찰계수가 낮아 슬라이딩 부품의 내구수명을 향상시키는 장점이 있다.

먼저 선박, 자동차 또는 중장비 등의 대형 엔진의 슬라이딩부품이 요구하는 특성에 대해 살펴보면 다음과 같다.

디젤 엔진은 경유나 등유를 연료로 하며, 압축에 의해 점화되기 때문에 압축점화기관이라고도 한다. 디젤엔진은, 실린더 내로 흡입된 공기를 압축하여 고온ㆍ고압 분위기를 형성하고, 실린더 내에 액체연료를 분사하게 되면 자연발화가 일어나며 이러한 발화에 의한 폭발력을 이용하여 피스톤을 작동시킴으로써 동력을 얻는 내연기관이다. 경유와 같은 저질 연료도 사용이 가능하므로 연료비가 적게 드는 장점이 있다. 디젤엔진은 가솔린엔진과 마찬가지로 실린더, 피스톤, 크랭크축(軸) 등으로 구성되어 있으며 연료를 플런저형 펌프에서 분사하고, 니들밸브가 용수철에 의해서 밸브시트에 밀착되어 있으며, 펌프에 의해서 소정의 압력이 된 연료는 미립자상(微粒子狀)으로 되어 실린더 속으로 분사된다. 실린더 속의 고온에 의해 자연 착화되어 연료가 폭발하면, 실린더 속의 압력이 상승하여 피스톤을 밀어주는 형태로 작동한다. 디젤 엔진은 가솔린 엔진과 마찬가지로 2사이클식(式) 및 4사이클식(式)의 2종류가 있으며, 단동식(單動式) ㆍ복동식(複動式)이 모두 사용되고 있다. 마력은 수 마력부터 3만5천 마력 정도의 것까지 있다. 또 큰 마력을 내기 위해서 과급기(過給器)를 장치하는 경우도 있다. 연소실의 모양에 따라 단실식(單室式)과 부실식(副室式)이 있으며, 단실식은 피스톤 헤드와 실린더 커버에 둘러싸인 연소실에 연료를 분사하는 것으로 직접 분사식이라고 한다. 대형기관은 대체로 직접 분사식이다.

대형 디젤 엔진은 대형선박의 주기관으로 사용되며, 5,000마력 이상으로 2사이클의 것이 많고, 중형 디젤 엔진은 발전용, 선박용으로 사용되고 있다. 1,000마력 이상의 것에는 2사이클도 사용되고 있지만, 일반적으로 4사이클이 사용된다. 소형 디젤 엔진은 자동차용, 철도차량용, 소형선박용, 건설기관용 등으로 사용되어 그 용도가 매우 넓다.

디젤 엔진의 피스톤은 실린더 안에서 우리가 상상할 수 없을 정도의 빠른 속도로 가속, 감속, 정지로 구성되는 상하 운동을 되풀이 하며, 팽창 행정시에는 순간적으로는 2000℃ 이상으로도 되는 연소가스가 팽창하기 때문에 최대 3∼4톤 (터보엔진은 5톤)의 힘을 받아 이것을 커넥팅 로드에 전달하는 운동을 한다.

따라서 피스톤은 왕복운동에 따라 발생하는 관성력을 작게 할 목적으로 가벼워야 하고, 팽창력을 지탱하기 위해 튼튼하고 열을 잘 전달하면서도 열변형이 적어야 하는 것이 요구된다. 대형 선박 엔진의 엔진블럭은 강성과 관련된 여러가지 문제 때문에 주로 주철을 이용하는데, 이러한 주철을 이용하게 되면 주철 조직 내의 흑연에 의해 윤활성이 부여될 수 있는 장점이 있다.

피스톤 크라운(piston crown)은 피스톤의 머리 부분에 해당하여 피스톤 헤드(piston head)라고도 하는데, 엔진 연소실의 일부를 형성하며 고온의 열을 실린더 벽으로 전달하고 피스톤 하부 몸체를 통해 피스톤 핀과 커넥팅 로드로 폭발력을 전달하는 역할을 한다.

상기 피스톤 크라운의 테두리에는 피스톤 링 그루브가 다수 형성되어 있는데, 이러한 피스톤 링 그루부는 압축링과 오일링을 끼우기 위한 것으로, 압축링은 연소가스의 기밀을 유지하기 위한 것이며, 오일링은 연소실 벽의 오일을 긁어 내려 오일 소모를 저감시키고 피스톤의 열을 실린더로 전달하기 위한 것이다.

상기 피스톤 링 그루브에 장착된 피스톤 링은 엔진의 실린더 보어에 맞닿아 있기 때문에 실린더 보어와 경계를 이루는 계면에서 큰 내마모성을 요구하게 된다. 실린더 보어와 피스톤이 접촉하는 계면은 엔진이 작동할 때 큰 마찰이 발생하므로, 피스톤 링은 이를 견딜 수 있는 인장력과 탄성력을 가져야 한다.

엔진의 폭발 행정시,피스톤 링은 연소에 따른 높은 온도 뿐만 아니라 피스톤 링과 실린더 라이너의 접촉으로 발생하는 열 때문에 항복 강도가 낮아지게 되며 연화율이 높아지게 된다. 피스톤 링 그루브 역시 피스톤 링과의 반복적인 접촉으로 인해 마모가 심하게 나타나는 부위이다. 마찬가지로 피스톤 로드도 씰과의 마찰로 인해 표면이 심하게 마모되는 경향이 있다.

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통상 사용되는 피스톤 링은 일반적으로 주철 블랭크로 만들어지는데, 이 주철 블랭크는 강도 및 탄성과 관련하여 재료에 요구되는 기본적인 조건을 만족시킨다. 그러나 주철 블랭크로 제작된 피스톤 링의 경우에는 실린더 보어에 접촉하는 표면에 대하여는 내마모성이 없고 또한 고온에서 요구되는 열 안정성이 없는 문제점이 있다.

실린더 커버, 피스톤과 더불어 연소실을 형성하는 실린더 내면은 라이너로 불리는데 실린더 커버에 의해서 실린더 블록의 상부에 밀착되며, 엔진 운전중 가열 되었을 때 아래쪽으로 자유롭게 팽창할 수 있도록 블록의 보어 안에 약 절반 정도 끼워져 조립되어 있다.

피스톤과 실린더의 슬라이딩 부품들은 피스톤 로드를 제외하고는 주조방식으로 만들어져 주조중 형성되는 내부기포로 인해 조직이 치밀하지 못하고, 강성도 떨어지며, 표면이 매끄럽지 않은 문제점이 있다.

종래에는 상기 슬라이딩 부품들의 내마모성 향상과 저마찰계수 확보를 위하여 질화법, PVD법, CVD법을 적용하거나, 내마모성 확보를 위하여 내마모성 고합금강 재료를 사용하여 질화처리 및 침탄처리와 같은 표면경화처리를 행하기도 하였다. 그러나 이와 같은 방법은 수~수십 ㎛ 두께의 경화막이 형성되고, 이러한 경화막은 취성을 띠고 있어 고압의 마찰력에서 쉽게 파괴되는 단점이 있었다.

일본공개특허 소60-81952호에서는 피스톤 링과 같은 슬라이딩 부품의 표면에 Cr-N-O 필름을 입힘으로써 탄질화물과 산질화물로 복합 코팅막을 형성하는 내용을 개시하고 있다. 대한민국 특허 제326686호에서는 활주 부재의 기판 표면상에 제공되며 크롬과 질소의 조성물로 이루어진 내마모성 코팅에 있어서, 상기 기판 표면과 접촉하는 코팅면은 질화크롬으로 이루어져 있으며, 상기 기판 표면에서 상기 코팅 표면쪽으로 크롬 함량이 점진적으로 증가하도록 한 내용이 개시되어 있다.

일본공개특허 평11-216582호에서는 Cr+Ni 도금층에 레이저 빔을 조사하여 Fe-Cr-Ni 합금층으로 만드는 내용이 개시되어 있으며, 일본특허공개 평9-19757호에서는 알루미늄-실리콘의 실린더 라이너를 제조하여 삽입하는 방식이 개시되어 있다. 일본공개특허 소57-179354호에서는 피스톤 헤드를 테프론 코팅하는 방식이 개시되어 있으며, 일본공개특허 평3-264754호에서는 실린더 내벽이나 피스톤 사이의 슬라이딩 내마모성을 증가시키기 위하여 MoS₂+테프론 코팅의 얇은 막을 형성하는 것이 개시되어 있고, 일본공개특허 평10-331970호는 피스톤과 피스톤 링 그루브의 표면에 Si 분말입자와 불소수지를 혼합한 필름을 코팅하는 방법을 보여주고 있다.

그러나 상기와 같은 여러 방법들은 사용재료가 고가일 뿐 아니라 고온에서의 강성이 낮아 대형 디젤엔진과 같이 고온과 마찰이 심한 환경에서는 오래 견디지 못하는 단점이 있다. 또한 표면 경화 처리시에 1000℃ 이상의 고온에서 작업을 수행해야 함으로 열변형에 의해 치수 정밀도가 저하될 뿐 만 아니라 모재의 경도도 저하되는 문제점이 있었다.

최근 사용되고 있는 또 다른 방법으로는 다이아몬드 상을 형성하는 코팅방법이 있다. 미국 특허 제4974498호에서는 내연기관 엔진의 개량을 위해 피스톤과 피스톤 링에 대하여 얇은 다이아몬드 박막이나 다이아몬드상 입자를 코팅하는 방법을 제시하고 있는데, 합성 다이아몬드의 코팅 두께는 0.01~1㎜의 막을 형성하는 것으로 되어 있다. 그러나 2-3㎛이하의 얇은 막은 기계적인 마찰과 충격이 일어날 경우 쉽게 파괴되는 단점이 있는 것으로 알려져 있다.

또 다른 방법으로 일본 특허공개 평3-240957호에는 비정질 경질 탄소-수소-규소막으로 이루어진 슬라이딩 표면에 형성된 규소 산화물(SiO₂)에 대한 기체 흡착을 통하여 저마찰 계수를 실현하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이 규소 산화물은 Si를 함유한 수소화 비정질 탄소막이 상대 부품과 슬라이딩 하는 것에 의하여 표면에 형성된 것으로, 사용전 부터 막 중에 존재한 것은 아니다. 따라서 슬라이딩 초기 단계에서는 마찰계수가 크고 저마찰 계수가 이루어지기까지는 상당한 시간이 걸릴 뿐 아니라, 엔진에서 급감속 때 배기가스 저감으로 인한 저크 현상으로 충격이 가해지면 막의 취성으로 인해 쉽게 파괴된다는 단점이 있다.

이러한 문제점들을 극복하고자 최근에는 크롬 또는 크롬-화합물 재료에 의해 코팅층을 형성하여 사용하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 일반적으로 항해를 하는 대형 선박의 경우 엔진의 각종 부품들을 주기적으로 점검하고 계측하게 되는데, 특히 실린더의 경우 항해에 큰 영향을 미치기 때문에 항상 신경을 써서 마모 정도를 살피게 된다. 항해 중 정박하게 되면 항시 엔진 상태를 점검하게 되고 마모가 심한 실린더는 보수를 행하게 되는데, 이때 대부분의 경우는 경질 크롬 도금을 하게 된다.

대한민국 특허 제0162046호에서는 내연기관용 피스톤 링에 있어서, 외주 습동면에 경질 크롬 도금층을 형성하고, 이 경질 크롬도금층 위에 다시 이황화텅스텐 (WS₂)층을 형성하는 이중구조로 이루어진 피스톤 링을 나타내고 있다. 일본 공개특허 평11-52298호, 소60-237145호, 소61-43253호, 평2-31081호, 평3-255273호 등에서는 철강 또는 알루미늄 합금, 스텐레스강 등의 실린더 라이너에 다공성의 크롬 도금층을 형성하는 기술을 소개하고 있다.

크롬은 Cr₂O₃ 산화막이 치밀하고 강하여 내식성이 우수한 장점이 있지만 철과 쉽게 반응하는 특성이 있어, 실린더 라이너 등을 이루는 철과 지속적으로 마찰을 하게 되면 Cr₂O₃ 산화막이 파괴되고 응착마모가 일어난다. 철이 응착된 부분은 치밀하고도 강한 산화막 형성이 어려워 실린더 라이너와 함께 마찰하면서 단 시간에 스코링과 같은 심한 마모현상이 나타나게 된다. 선박과 같이 유황이 함유된 저품질 등유를 사용하는 엔진에서는 내식성이 낮은 CrS, Cr₂S₃ 등을 형성하기 쉬운데, 이로 인해 심한 마모와 함께 전체적인 성능이 저하되며 일정한 시간을 사용하면 다시 교체해야 하는 번거로운 작업을 계속 반복해야 하는 문제점을 가진다. 일부 선박들은 여분의 실린더를 미리 준비하여 다니기도 하지만 항해를 중단하고 교환하는 일도 여간 번거로운 일이 아니다.

상기한 바와 같은 제반 문제점들을 해결하기 위하여 창출된 본 발명은, 내마모성이 뛰어나고 저마찰 계수를 확보할 수 있는 비정질상을 가지는 조성물질을 코팅한 내연기관용 슬라이딩 부품을 제공할 뿐 만 아니라, 피스톤 크라운과 링 그루브, 피스톤 링 및 실린더 라이너 또는 실린더 내면의 표면층이 보다 우수한 내마모성과 저마찰계수를 가지는 내연기관용 슬라이딩 부품을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
철, 동, 티타늄, 알루미늄 중 하나 또는 그들의 합금으로 이루어진 금속을 본체로 사용하는 내연기관의 슬라이딩 부품에 있어서, 상기 본체 표면 위에 C 0.5 wt% 이하와 Ni, Mo, Cu,Ti, V, Zr, Nb, Hf, Ta, W 중 적어도 하나 이상을 포함하여 5.0 wt% 이하로 구성하고, Cr 40.0~50.0 wt%, B 2.5~6.5 wt%, Si 0.5~5.0 wt%, 나머지 잔부는 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 용사재료를 용사 코팅하여 비정질상 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은, 철, 동, 티타늄, 알루미늄 중 하나 또는 그들의 합금으로 이루어진 금속을 본체로 사용하는 내연기관의 슬라이딩 부품에 있어서, Ni, Mo, Cu, Ti, V, Zr, Nb, Hf, Ta, W 중 적어도 하나 이상 포함하여 5.0 wt% 이하로 구성하고, Cr 40.0~50.0 wt%, B 2.5~6.5 wt%, Si 0.5~5.0 wt%, 나머지 잔부는 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 용사재료를 상기 본체 표면 위에 용사 코팅하여 비정질상 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하여 이루어 질 수도 있다.
또한 상기 비정질코팅층은, 용사재료에 WC, TiC, TaC 중 적어도 하나 이상 포함하여 40 wt% 이하로 혼합한 재료로 용사 코팅하여 비정질상과 탄화물 혼합상을 형성한 것을 본 발명의 다른 특징으로 한다.
상기 본체 표면을 블라스팅 처리한 후 상기 용사 코팅을 실시하고, 용사 코팅된 면을 연마가공하여 이루어진 것을 본 발명의 또 다른 특징으로 한다.

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본 발명의 슬라이딩 부품 표면에 비정질상을 구성하기 위한 각각의 화학성분을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

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본 발명에서 Cr은 내식성과 내마모성을 향상시키기 위한 중요한 원소이며, Fe와 금속간 화합물에 해당하는 상을 이루어 급냉 중에 비정질상 형성이 용이하도록 한다. 40.0% 미만에서는 γ상이 나타날 수 있고 50.0%를 초과하면 잉여 Cr이 분리되어 비정질상 형성을 방해할 수 있어 제한한다. 바람직하기로는 43.0~46.0%로 조성하는 것이 비정질상을 얻기에 용이한 것으로 나타났다.

B 은 또한 본 발명에서 중요한 비정질상 형성 원소이다. B 은 Fe 및 Cr과 쉽게 결합하여 금속간화합물을 형성하는 원소로서 비정질상을 형성하기 위한 요건을 잘 갖춘 원소이다. B이 함유된 Fe-Cr합금을 응고 중에 급냉하면 금속간화합물을 형성하지 못하고 비정질상으로 변태하게 된다. 그러나 2.5% 미만에서는 γ-Fe나 α-Fe가 나타나면서 비정질상 형성을 방해할 수 있으므로 제한한다. 그리고 6.5%를 초과하면 잉여의 B이 취약한 금속간화합물을 형성하게 되므로 제한한다. 바람직하기로는 5.6~6.2%로 조성하는 것이 비정질상 형성이 용이하였다.

Si은 기지의 고용 강화와 코팅 중에 발생하는 산소와의 접촉에서 고온산화를 억제하며 기지 조직을 강화할 뿐 아니라 B과 다른 원소들의 고용도를 높이는 효과를 위해 첨가한다. 0.5% 미만에서는 효과가 없고, 5% 이상에서는 ε상이나 η상이 나타날 수 있어 억제한다. 바람직하기로는 1.75~2.25%로 조성하는 것이 비정질상 형성이 용이하면서 기지를 강화하고 산화를 억제하는 효과가 있다.

C은 기지 조직을 강화하고 B, Cr등과 복탄화물을 만들어 내마모성을 향상시키는 효과가 있어 필요에 따라 첨가할 수 있다. 그러나 0.5% 이상에서는 코팅 후 냉각 중에 균열을 유발할 수 있으므로 억제한다.

Cu는 합금을 저융점화하여 융착이 잘 되게 하고 접합성을 높이는 효과가 있어 필요시 첨가한다. 그러나 5.0%를 초과하면 편석되거나 내식성 저하의 원인이 되므로 제한한다.

Ni, Ti, V, Zr, Nb, Hf, Ta, W은 B나 C와 결합하여 탄붕화물을 형성함으로써 기지 조직을 강화하고, 스폴링(spalling), 피팅(pitting), 치핑(chipping)과 같은 열피로에 대한 저항성이 높아지는 효과가 있기 때문에 필요시 5.0% 이하로 첨가한다. 이를 초과하면 고용한도를 넘어 비정질상 형성을 해치기 때문에 제한한다.

이하 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다. 그러나 하기의 실시예가 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.

실시예

직경 100mm, 두께 6mm인 SCM440 원판을 담금질(Quenching)과 템퍼링(Tempering)을 거쳐 HRC 30의 경도를 얻도록 만들었다. 이를 크롬강 쇼트볼로 블라스팅하여 표면에 얕은 딤플면을 형성한 뒤 Cr 45.3%, B 5.9%, Si 1.8%, C 0.12%, Cu 2.1%, Mn 0.8%, Ni 0.5%, Mo 0.5% 나머지는 Fe로 구성된 조성물을 용사 코팅하였다.

용사 코팅 방법은, 1차 가스로 산소를, 2차 가스로 프로필렌, 수소 또는 프로판을 사용하는 DJ(Diamond Jet) HVOF 시스템을 사용하였으며, 화염의 온도는 약 3000℃였으며, 용융입자의 비산 속도는 약 2,000m/sec의 속도로 분사하였다. 이러한 용사 코팅을 통하여 기공율 5% 이하이고 경도 HV 1,2000 내외인 경화층을 0.13~0.15mm 두께로 얻을 수 있었다. 알루미나 저석으로 코팅층을 연마하여 표면조도를 ▽▽▽(1.2S)의 수준으로 가공하였다.

이상의 방법으로 제작한 원판을 30㎛ 내외의 두께로 경질 크롬 도금한 원판과 함께 핀 온 디스크(Pin on disc) 방식으로 내마모 비교시험을 시행하였다.

핀은 직경 6mm(면적 28.3mm²)로, SCM440 환봉을 담금질(Quenching)과 템퍼링을 거쳐 HRC32의 경도를 가지는 것을 사용하였다. 모서리 부분은 45° 모따기를 실시하여 엣지에 의한 에러를 예방하였다. 회전속도는 1.86m/min, 회전직경은 25mm로 하고, 하중은 20kg/㎠로 고정하여 소착 내구시간을 측정하였다. 조기소착에 의한 에러를 방지하기 위해, 그리스를 묻힌 천을 사용하여 원판 시편의 활주면을 깨끗이 닦아낸 상태에서 시험하였다.

각각의 원판을 3개씩 시험한 결과, 크롬도금한 원판은 170, 192, 198sec만에 스코링 마모(scoring wear)가 발생하였다. 그러나 본 발명의 코팅시편은 452, 495, 512sec에서 각각 스코링이 발생하였다.

또한 ASTM D-2670, D-2625, D-3233, D-5620에 규정된 팔렉스 마모시험기(Falex tester)및 이를 이용한 시험방법으로 핀 온 브이블럭 (Pin on V-block)마모시험을 시행하였다. 이때 사용된 핀은 SCM440 환봉을 가공하여 담금질(Quenching)과 템퍼링을 거쳐 HRC32의 경도를 가지는 것을 사용하여 최종1/4인치 직경으로 가공하였다. 최종 직경보다 0.15㎜적게 절삭 가공한 뒤에 코팅하고, 이 코팅층을 연마하여 최종적으로 직경 1/4인치를 갖도록 가공하였다. 경질크롬도금을 한 경우에는 도금후 연마하여 측정한 결과 두께가 35㎛로 나타났다. 브이 블록은 SCM440소재를 담금질(Quenching)-템퍼링 처리하여 핀 형태의 원기둥에 브이형 홈을 형성하는데, 핀의 직경은 1/2인치였다. 핀과 블록 모두 연마가공하였고, 핀의 표면조도는 ▽▽▽(1.2S)의 수준이었다. 핀에 가해진 하중은 1000lbs (454kg) 회전수는 293rpm이었으며, 일반 베어링용 그리스를 천에 묻혀 닦아내는 정도로 윤활처리 하였다. 이상과 같은 조건에서 각각 3회 측정한 결과, 경질크롬 도금된 핀은 35, 49, 53sec에서 소착되었으며, 본 발명의 코팅 핀은 247, 285, 323sec를 나타내어 높은 내구성을 가졌다.

상기와 같이 본 발명은 기존 슬라이딩 부품의 과도한 마찰과 부식으로 인하여 장기간 주행 또는 운항하지 못하고 피스톤 부품이나 실린더를 수시로 크롬 도금을 수행하여 교체해야 하는 번거로움을 없앰과 동시에 장기간의 강한 내마모성과 낮은 마찰 계수를 갖는 슬라이딩 부품이 조성됨으로 인하여 안정적으로 엔진을 구동시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

특히 기존의 크롬도금이 철과 쉽게 반응함으로 인해 막이 쉽게 파괴되는 데 반해, 본 발명에서는 Fe-Cr-B의 합금이 안정한 화합물을 형성하여 다른 금속과 반응을 일으키지 않음으로 인해 마찰로 인한 마모 현상이 현저하게 줄어드는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 철, 동, 티타늄, 알루미늄 중 하나 또는 그들의 합금으로 이루어진 금속을 본체로 사용하는 내연기관의 슬라이딩 부품에 있어서,

   C 0.5 wt% 이하와 Ni, Mo, Cu,Ti, V, Zr, Nb, Hf, Ta, W 중 적어도 하나 이상을 포함하여 5.0 wt% 이하로 구성하고, Cr 40.0~50.0 wt%, B 2.5~6.5 wt%, Si 0.5~5.0 wt%, 나머지 잔부는 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 용사재료를 상기 본체 표면 위에 용사 코팅하여 비정질상 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 슬라이딩 부품.
2. 제1항에 있어서,

   상기 비정질코팅층은, 용사재료에 WC, TiC, TaC 중 적어도 하나 이상 포함하여 40 wt% 이하로 혼합한 재료로 용사 코팅하여 비정질상과 탄화물 혼합상을 형성한 것을 특징으로 하는 내연기관의 슬라이딩 부품.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 본체 표면을 블라스팅 처리한 후 상기 용사 코팅을 실시하고, 용사 코팅된 면을 연마가공하여 이루어진 것을 특징으로 하는 내연기관의 슬라이딩 부품.
4. 철, 동, 티타늄, 알루미늄 중 하나 또는 그들의 합금으로 이루어진 금속을 본체로 사용하는 내연기관의 슬라이딩 부품에 있어서,

   Ni, Mo, Cu, Ti, V, Zr, Nb, Hf, Ta, W 중 적어도 하나 이상 포함하여 5.0 wt% 이하로 구성하고, Cr 40.0~50.0 wt%, B 2.5~6.5 wt%, Si 0.5~5.0 wt%, 나머지 잔부는 Fe와 불가피한 불순물로 구성되는 용사재료를 상기 본체 표면 위에 용사 코팅하여 비정질상 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 슬라이딩 부품.
5. 제4항에 있어서,

   상기 비정질코팅층은, 용사재료에 WC, TiC, TaC 중 적어도 하나 이상 포함하여 40 wt% 이하로 혼합한 재료로 용사 코팅하여 비정질상과 탄화물 혼합상을 형성한 것을 특징으로 하는 내연기관의 슬라이딩 부품.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,

   상기 본체 표면을 블라스팅 처리한 후 상기 용사 코팅을 실시하고, 용사 코팅된 면을 연마가공하여 이루어진 것을 특징으로 하는 내연기관의 슬라이딩 부품.