KR100747170B1 - 배기계용 내열소재의 고온산화시험방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기계용 내열소재의 고온산화시험방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래에는 시험편을 로 내에 장입하고 일정 시간동안 높은 온도를 지속적으로 유지시킨 후 냉각시키는 방법으로 시험편에 열충격을 모사할 수 없었던 것과 달리, 산화시험 온도까지 승온한 로(furnace)에 시험편을 넣고 일정시간 유지 후 다시 시험편을 공기 중에 꺼내어 일정시간 유지시킴으로써, 상기 시험편이 고온 및 상온에 번갈아 가면서 반복적으로 노출되도록 하여 동일한 시간에 산화의 경향성을 확실하게 파악할 수 있고, 특히 종래에는 확인할 수 없었던 열충격에 대한 부문까지 모사할 수 있도록 한 배기계용 내열소재의 고온산화시험방법에 관한 것이다.

배기계, 배기매니폴드, 시험편, 로, 산화 박리

Description

배기계용 내열소재의 고온산화시험방법{High temperature oxidation test method for heat-resisting material of exhaust gas system}

도 1은 종래기술에 따른 배기계용 내열소재의 고온산화시험방법을 나타내는 블럭도이고,

도 2는 종래기술에 따른 배기계용 내열소재의 고온산화시험방법을 나타내는 개략도이고,

도 3은 본 발명에 따른 배기계용 내열소재의 고온산화시험방법을 나타내는 개략도이고,

도 4는 본 발명에 따른 배기계용 내열소재의 고온산화시험방법의 일실시예를 나타내는 이미지이며,

도 5는 본 발명에 따른 배기계용 내열소재의 고온산화시험방법의 일실시예로 시험한 시험편을 나타내는 이미지이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 시험편 11 : 로(furnace)

본 발명은 배기계용 내열소재의 고온산화시험방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래에는 시험편을 로 내에 장입하고 일정 시간동안 높은 온도를 지속적으로 유지시킨 후 냉각시키는 방법으로 시험편에 열충격을 모사할 수 없었던 것과 달리, 산화시험 온도까지 승온한 로(furnace)에 시험편을 넣고 일정시간 유지 후 다시 시험편을 공기 중에 꺼내어 일정시간 유지시킴으로써, 상기 시험편이 고온 및 상온에 번갈아 가면서 반복적으로 노출되도록 하여 동일한 시간에 산화의 경향성을 확실하게 파악할 수 있고, 특히 종래에는 확인할 수 없었던 열충격에 대한 부문까지 모사할 수 있도록 한 배기계용 내열소재의 고온산화시험방법에 관한 것이다.

일반적으로, 배기계용 재질은 엔진에서 가장 높은 온도를 받는 부분으로 재질의 내열성 및 내구성이 매우 중요하다.

또한, 상기 배기 매니폴드 및 터빈 하우징 등과 같은 배기계용 부품은 배기매니폴드 이후에 배기가스가 통과하는 촉매를 공격하지 않기 위해서 산화성을 테스트 받는 것이 매우 중요한 부품이다.

따라서, 배기계용 재질을 평가하기 위해서는 산화성 테스트가 반드시 필요하다.

현재 배기매니폴드의 고온사화시험법은 도 1에 도시한 바와 같이 먼저 알루미나 도가니를 오븐에 장입하여 수분을 제거한 다음, 시험편을 세척한 후, 도가니 및 시험편의 무게를 측정하고, 이것을 고온의 로에 장입한 후 일정시간(약 300시 간)을 유지한 후에 로에서 꺼내어 무게를 재는 방법이다.

그래서 시험편의 증가한 무게 및 산화층의 두께를 관찰하여 이에 대한 분석을 한다.

그러나, 이러한 방법으로는 실제로 구동하는 배기계에 대한 제대로 된 분석이 어렵다.

왜냐하면, 배기매니폴드는 위의 실험에서와 같이 지속적으로 고온에 노출되는 것이 아나라, 엔진 시동시에는 승온되었다가 엔진 구동을 멈추면 다시 냉각되는 시스템으로 이루어져 있기 때문이다.

또한, 종래의 방법에서와 같이 밀폐된 공간 속에서 구동하는 것이 아니고 실제로 공기중에 노출되어 충분한 산소를 외부로부터 공급받을 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 산화시험 온도까지 승온한 로에 시험편을 넣고 일정시간 유지한 후 다시 시험편을 공기중에 꺼내어 일정시간동안 유지시키는 단계를 반복하여 실제의 배기계와 유사한 환경을 조성하여 정확성 및 경제성 있는 배기계용 내열소재의 고온산화시험방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 배기계용 내열소재의 고온산화시험 방법에 있어서,

다수의 시험편을 준비하고, 각 시험편의 무게를 재는 단계와;

상기 시험편을 로 내에 장입하여 일정한 산화온도 및 일정한 시간으로 가열하는 단계와;

상기 시험편을 로에서 꺼내어 공기중에 일정시간 동안 냉각시키는 단계와;

상기 시험편을 가열 및 냉각하는 단계를 여러번 반복하는 단계와;

상기 시험편의 증가한 무게 및 산화층의 두께를 측정하는 단계;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 2는 종래기술에 따른 배기계용 내열소재의 고온산화시험방법을 나타내는 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 배기계용 내열소재의 고온산화시험방법을 나타내는 개략도이다.

본 발명은 배기매니폴드 등과 같은 배기계의 재질을 평가하기 위해 필수적으로 거치는 산화시험방법에 관한 것이다.

본 발명은 승온과 냉각을 반복하여 정확성 및 경제성이 있는 방법을 제공할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

고온 내산화성은 배기매니폴드에서 산화박리가 발생할 경우 이후에 연결되는 촉매를 공격할 수 있으므로 가장 중요한 항목이다.

특히 촉매는 귀금속으로 이루어져 있고, 배기규제가 강화되면서 촉매의 셀(cell)수가 기존 400셀에서 600, 900셀로 증대되는 추세에 있으므로, 산화박리에 대한 문제가 더욱 민감한 사항이 되고 있다.

따라서, 이러한 시험모드를 실제와 맞게 개발하는 것이 더욱 중요하다.

종래의 고온산화시험방법은 시험편의 무게를 잰 후 이것을 로 내에 장입하고, 일정 시간(약 300시간)동안 높은 온도를 지속적으로 유지시킨 후 냉각시키는 방법으로 시험편에 열충격을 모사할 수 없었다.

그러나 실제적으로 배기매니폴드는 열충격을 받게 되며, 이로 인한 열주름 및 열 크랙이 빈번히 발생하고 이것이 제품 파괴에 큰 문제가 되고 있으나 기존 방법으로는 이러한 열충격 부문은 전혀 확인할 수 없다.

본 발명은 고온산화시험단계를 여러번 반복하는 과정을 거치게 된다.

보다 상세하게는, 우선 로(11) 내에 시험편(10)을 장입한 다음, 산화시험 온도까지 로를 가열하여 일정시간 유지한 후 다시 시험편을 공기중에 꺼내어 일정시간 유지시킨다.

상기 시험편(10)이 고온과 상온을 번갈아 가면서 여러번 반복하여 노출되도록 하고, 공기중에 꺼내어 놓음으로써 공기 및 공기중 산소를 충분히 공급할 수 있다.

이때, 상기 산화시험 온도는 재질의 특성에 따라 서로 다르게 할 수 있으며, 유지시간 또한 엔진 내구 모드 등에 따라 결정하여야 더욱 신뢰성 있는 데이타를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예

본 발명에 따른 고온산화시험방법에 따라 시험하되, 산화시험 온도는 900℃이고, 실험모드는 하루에 2회 장입, 2회 냉각시켜 고온 및 상온을 반복한다.

이때, 장입 유지시간은 6시간, 냉각 유지시간은 6시간으로 번갈아 가면서 총 300시간동안 진행하고, 냉각 분위기는 온도 20℃이고, 습도 50%를 유지한다.

여기서 장입 및 유지시간을 6시간씩으로 한 것은 장입시에는 온도 상승에 대한 영향을 시험편(10)이 충분히 받고, 냉각시에 온도 20℃, 습도 50%는 공기중에 산소와 접촉할 시간을 충분히 주기 위함이다.

또한, 시험편(10)의 크기가 표면적 기준으로 400㎟이상 되어야 하므로, 시험편(10)이 충분히 승온 및 냉각되고 산화층 및 기지간 열팽창 계수 차이에 따른 영향을 보기 위해서는 최소 6시간을 유지시켜 주어야 한다.

상기 산화시험 온도는 각자의 필요한 온도에서 실시하나 본 시험은 배기계용 내열 주철에 대한 시험이므로, 일반적으로 배기계가 구동하는 온도 범위 및 전후 100℃ 정도를 첨가하여 600,700,800,900℃에서 실시하였다.

본 실시예로 사용된 장비는 린드버그 로이고, 도 4의 (a)는 로 내에 시험편을 장입한 상태를 나타내는 이미지이고, 도 4의 (b)는 시험편을 고온으로 가열한 상태를 나타내는 이미지이며, 도 4의 (c)은 시험편을 공기 중에 냉각시킨 상태를 나타내는 이미지이다.

그러나, 본 사항은 일반적인 경우이며, 엔진의 배기가스 온도에 따라 각각 달라질 수 있다.

비교예1

종래의 산화시험방법을 이용하되, 산화시험 온도는 900℃이고, 장입 유지시간은 300시간이고, 지속적으로 고온을 유지한 후 냉각 시킨다.

비교예2

본 발명에 따른 고온산화시험을 이용하여 상기 실시예와 같은 방법으로 하되, 고온 및 냉각을 여러번 반복하되, 총 200시간으로 진행한다.

이와 같은 방법에 의한 실시예, 비교예1 및 비교예2의 산화증량 및 산화두께를 표 1에 나타내었다.

여기서, 상기 표 1에 도시한 시험편 1,2,3 은 모두 배기계용 재질로서 기존 및 현재 사용되고 있는 재질인 바, 각 실시예 및 비교예 1,2에서 경향성이 비슷하게 나타나는 것을 확인하기 위해 3개의 시료를 사용하였다.

표 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 시험편의 경우 비교예 1 및 2와 비교하여 경향성은 비슷하나 산화 증량 및 산화층 두께가 훨씬 큰 것으로 확인되었다.

그리고, 비교예 2는 시간의 절감이 가능한가를 모색하여 실시예의 방법으로 시간을 짧게두어(총 200시간) 산화층을 관찰한 결과, 비교예 1과 비슷한 두께를 얻을수 있었다.

즉, 비교예1의 방법처럼 300시간동안 시험을 진행하지 않아도 비교예2의 방법처럼 더 짧은 시간동안 산화의 경향을 확인할 수 있었다.

도 5는 본 발명에 따른 실시예에 의해 시험한 시험편을 나타내는 것으로서, 시험편 확인 결과 시험편이 열충격을 받음으로써 기지와 산화층간의 열팽창 계수의 차이로 산화층이 박리되는 것을 관찰할 수 있다.

상기 실시예, 비교예 1 및 2에 의하면, 실제로 내구 및 필드에서 산화박리가 큰 문제가 되는 관점에서 볼 때 본 실시예의 산화시험 모드가 기존 모드에 비해 실제와 유사한 모드임을 확인할 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 배기계용 내열소재의 고온산화시험방법에 의하면, 시험편을 고온과 상온으로 번갈아 가면서 노출되도록 함으로써, 실제 내구모드 및 필드와 동일한 산화시험을 할 수 있고, 더 짧은 시간동안 시험을 진행하여도 동일한 경향성을 보여줌으로써 정확성 및 경제성 있는 고온산화시험방법을 제공할 수 있다.

Claims (1)

1. 배기계용 내열소재의 고온산화시험방법에 있어서,

   다수의 시험편을 준비하고, 각 시험편의 무게를 재는 단계와;

   상기 시험편을 로 내에 장입하여 일정한 산화온도 및 일정한 시간으로 가열하는 단계와;

   상기 시험편을 로에서 꺼내어 공기중에 일정시간 동안 냉각시키는 단계와;

   상기 시험편을 가열 및 냉각하는 단계를 여러번 반복하는 단계와;

   상기 시험편의 증가한 무게 및 산화층의 두께를 측정하는 단계;

   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배기계용 내열소재의 고온산화시험방법.

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