KR100878878B1 - 용사기술을 이용한 엔진블록 라이너외벽 코팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용사 재료로 분말을 이용한 엔진블록 라이너외벽 코팅 방법에 있어서, 엔진블록 라이너외벽의 기름 및 이물질을 제거한 후, 엔진블록 라이너외벽을 샌드블라스팅기를 이용하여 조도를 형성한 후, 분말의 크기가 -90㎛~+5㎛이고, 상기 분말 성분은 Al-12Si 또는 Si, Cu, Mg, Mn, Zn,Ni, Sn이 함유된 Al합금계열 성분 중 하나를 선택적으로 사용하여, 코팅 두께가 160~240㎛으로 형성되도록 용사하되, 상기 용사방법은 프라즈마 코팅법 또는 프레임 코팅법 또는 고속 화염 코팅법 또는 콜드 스프레이법 중 어느 하나의 방법을 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 엔진블록 라이너외벽 코팅방법은 분말의 크기가 -90㎛~+5㎛이고, 분말 성분은 Al-12Si 또는 Si, Cu, Mg, Mn, Zn,Ni, Sn이 함유된 Al합금계열 성분을 선택적으로 사용하여, 코팅 두께가 160~240㎛으로 형성되도록 용사하여, 엔진블록 라이너외벽과 블록 주조 형성시 주조물과의 밀착력과 결합력이 우수하고, 엔진블록 라이너외벽에 형성된 밀착력과 결합력이 우수한 중간층으로 인하여 고온 열 팽창 수축과 피스톤 왕복 운동에 따른 라이너의 흔들림이 없어 계면의 피로 현상을 줄이고, 엔진의 수명을 연장하고 경량의 엔진 블록을 형성하여 연비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

용사, 분말, 라이너, 알루미나, 블라스팅

Description

용사기술을 이용한 엔진블록 라이너외벽 코팅 방법 { COATING METHOD OF ENGINE BLOCK LINER OUTSIDE USING THERMAL SPRAY TECHNOLOGY }

본 발명은 용사기술을 이용한 엔진블록 라이너외벽 코팅 방법에 관한 것으로서, 분말의 크기가 45㎛~90㎛이고, 분말 성분은 Al-12Si로 Al합금계열 성분을 사용하여, 용사 후 코팅 두께가 160~240㎛으로 형성되도록 용사하여 엔진블록 라이너외벽과 블록 주조 형성시 주조물과의 밀착력과 결합력이 우수한 효과가 있는 엔진블록 라이너의 외벽 코팅 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량 엔진 본체의 기초가 되는 엔진블록 내부에는 연소가스와 윤활유의 누설 방지 및 엔진의 연소압력과 고온에서 피스톤 행정이 가능하도록 엔진블록과 별개로 제작되는 엔진블록 라이너가 설치되어 있다.

이러한 엔진블록 라이너는 주철재의 엔진블록과 일체형으로 형성되는 것과, 별도의 주철재 라이너를 설치하는 2가지 방법이 사용되어 왔다.

그러나, 주철재 블록 라이너는 중량이 무거워 차량연비가 저하되었고, 이를 개선하기 위하여 알루미늄 블록 라이너를 사용하였다.
상기와 같은 알루미늄 블록 라이너는 금속 혹은 주철재 원형 라이너외벽에 요철 또는 탭을 형성하고, 경량의 알루미늄 합금계열의 주조물로 블록을 주조하였으나, 주조물의 금속 또는 주철재와 이형성분으로 주조 후 라이너외벽에 코팅 밀착력이 떨어지는 문제점이 있었다.

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또한, 저하된 밀착력으로 인하여 고속/고열/진동에 의하여 엔진블록 라이너의 고정 결합력이 떨어지고, 계면에 틈이 생기거나 흔들림이 발생하여 엔진블럭 라이너의 효과를 다하지 못하는 등의 문제점이 있었다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 블록 주조시 주조물과 삽입한 엔진블록 라이너외벽의 밀착력과 마모도가 우수한 효과가 있도록, 엔진블록 라이너 외벽에 엔진블록 주조 재료와 동일 또는 유사한 분말재료로 용사하여 실린더 라이너 외벽에 중간층을 형성하되, 프라즈마 코팅법 또는 프레임 코팅법 또는 고속 화염 코팅법 또는 콜드 스프레이법들 중에 하나를 선택적으로 사용하여, 엔진블록 라이너외벽 표면을 개선한 코팅층을 형성하는 방법을 제공하는 것이 다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 용사 재료로 분말을 이용한 엔진블록 라이너외벽 코팅 방법에 있어서, 엔진블록 라이너외벽의 기름 및 이물질을 제거한 후, 엔진블록 라이너외벽을 샌드블라스팅기를 이용하여 조도를 형성한 후, 분말의 크기가 45㎛~90㎛이고, 상기 분말 성분은 Al-12Si로 Al합금계열 성분을 사용하여, 코팅 두께가 160~240㎛으로 형성되도록 용사하되, 상기 용사방법은 프라즈마 코팅법 또는 프레임 코팅법 또는 고속 화염 코팅법 또는 콜드 스프레이법 중 어느 하나의 방법을 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 프라즈마 코팅법은 아르곤 가스(Ar Gas)가 89 SCFH(Standard Cubic Feet per Hour)로 분사되고, 수소 가스(H₂ Gas)는 15 SCFH로 분사되며, 전류는 500A, 전압은 64~70V, 용사거리는 150mm인 용사조건에서 실시하는 것을 특징으로 한다.

상기 프레임 코팅법은 산소 가스(O₂ Gas)가 34 NLPM(Normal Liter Per Minutes)으로 분사되고, 아세틸렌 가스(Acetylene Gas)는 34 NLPM으로 분사되며, 전류는 500A, 용사거리는 650mm인 용사조건에서 실시하는 것을 특징으로 한다.

상기 고속 화염 코팅법은 산소 가스(O₂ Gas)가 404 SCFH로 분사되고, 에틸렌 가스(ethylene Gas)는 216 SCFH로 분사되고, 질소 가스(N₂ Gas)는 28 SCFH로 분사되 며, 용사거리는 240mm인 용사조건에서 실시하는 것을 특징으로 한다.

상기 콜드 스프레이법은 질소 가스(N₂ Gas)가 150~500℃이고, 입자속도는 4028 m/sec로 분사되며, 용사거리는 240mm인 용사조건에서 실시하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 본 발명의 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 프라즈마 코팅법 또는 프레임 코팅법 또는 고속 화염 코팅법 또는 콜드 스프레이법등의 분말을 이용한 코팅법을 선택적으로 이용하여, 엔진블록 라이너외벽을 코팅하는 방법으로, Al합금계열 성분의 분말을 이용하여 두께 160~240㎛의 코팅층을 형성하면, 주조물과 높은 밀착력 및 결합력을 유지할 수 있다.

최초 가공되어진 엔진블록 라이너외벽에 기름등의 오염물질을 세척제를 이용하여 제거하였다.

또한, 엔진블록 라이너외벽과 용사물질의 밀착력을 높이기 위해서는, 분말을 이용한 코팅 전에 엔진블록 라이너외벽에 적당한 조도를 생성해야 하는데, 이를 위하여 샌드 블라스팅(sand blasting) 작업을 하게 된다.

상기 샌드 블라스팅 작업에 사용한 알루미나 입자의 크기는 1700㎛이고, 분사 압력은 6~7kg/㎠로 샌드 블라스팅을 실시하여 엔진블록 라이너외벽에 요철을 형성한다.

보다 상세하게는 엔진블록 라이너를 회전시킨 상태에서 알루미나 입자를 상/하로 분사하며, 이때의 사용분사 압력은 6~7kg/㎠으로 블라스팅을 실시하여 표면조 도를 향상시키는 것이다.

<실시예 1>

블라스팅이 완료된 엔진블록 라이너외벽에, 분말의 크기가 45㎛~90㎛이고, 분말 성분은 Al-12Si로 Al합금계열 성분을 사용하여 플라즈마 코팅을 실시한다.

코팅 장비는 슐져 메트코(Sulzer Metco)사의 플라즈마 코팅 장비를 사용하여 엔진블록 라이너외벽의 상단에서 하부쪽으로 4회 왕복하여 용사를 실시하였다.

플라즈마 코팅 작업 조건은 표 1과 같다.

<표 1>

<실시예 2>

블라스팅이 완료된 엔진블록 라이너외벽에, 분말의 크기가 45㎛~90㎛이고, 분말 성분은 Al-12Si로 Al합금계열 성분을 사용하여 플라즈마 코팅을 실시한다.

코팅 장비는 슐져 메트코(Sulzer Metco)사의 프레임 코팅 장비를 사용하여 엔진블록 라이너외벽의 상단에서 하부쪽으로 4회 왕복하여 용사를 실시하였다.

프레임 코팅 작업 조건은 표 2와 같다.

<표 2>

<실시예 3>

블라스팅이 완료된 엔진블록 라이너외벽에, 분말의 크기가 45㎛~90㎛이고, 분말 성분은 Al-12Si로 Al합금계열 성분을 사용하여 플라즈마 코팅을 실시한다.

코팅 장비는 슐져 메트코(Sulzer Metco)사의 고속 화염 코팅 장비를 사용하여 엔진블록 라이너외벽의 상단에서 하부쪽으로 4회 왕복하여 용사를 실시하였다.

고속 화염 코팅 작업 조건은 표 3과 같다.

<표 3>

<실시예 4>

블라스팅이 완료된 엔진블록 라이너외벽에, 분말의 크기가 45㎛~90㎛이고, 분말 성분은 Al-12Si로 Al합금계열 성분을 사용하여 플라즈마 코팅을 실시한다.

코팅 장비는 슐져 메트코(Sulzer Metco)사의 콜드 스프레이 코팅 장비를 사 용하여 엔진블록 라이너외벽의 상단에서 하부쪽으로 4회 왕복하여 용사를 실시하였다.

콜드 스프레이 코팅 작업 조건은 표 4와 같다.

<표 4>

상기 표 1 ~ 표 4와 같은 조건으로 플라즈마 코팅, 프레임 코팅, 고속 화염 코팅, 콜스 스프레이 코팅을 실시한 후 단면을 검사한 결과, 엔진블록 라이너외벽에 두께 160~240㎛의 밀착력과 결합력이 높은 중간층이 형성되었음을 알 수 있었다.

본 발명은 상기한 특징의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 용사기술을 이용한 엔진블록 라이너외벽 코팅 방법은 분말의 크기가 45㎛~90㎛이고, 분말 성분은 Al-12Si로 Al합금계열 성분을 사용하여, 코팅 두께가 160~240㎛으로 형성되도록 용사하여, 엔진블록 라이너외벽과 블록 주조 형성시 주조물과의 밀착력과 결합력이 우수한 효과가 있다.

또한, 엔진블록 라이너외벽에 형성된 밀착력과 결합력이 우수한 중간층으로 인하여 고온 열 팽창 수축과 피스톤 왕복 운동에 따른 라이너의 흔들림이 없어 계면의 피로 현상을 줄이고, 엔진의 수명을 연장하고 경량의 엔진 블록을 형성하여 연비를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 엔진블록 라이너외벽의 기름 및 이물질을 제거한 후, 엔진블록 라이너외벽을 샌드블라스팅기를 이용하여 조도를 형성한 후, 분말의 크기가 45㎛~90㎛이고, 상기 분말 성분은 Al-12Si로 Al합금계열 성분을 사용하여, 코팅 두께가 160~240㎛으로 형성되도록 용사하되, 상기 용사방법은 프라즈마 코팅법 또는 프레임 코팅법 또는 고속 화염 코팅법 또는 콜드 스프레이법 중 어느 하나의 방법을 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 용사기술을 이용한 엔진블록 라이너외벽 코팅 방법에 있어서,

   상기 프라즈마 코팅법은 Al-12Si분말을 사용하되, 아르곤 가스가 89 SCFH로 분사되고, 수소 가스는 15 SCFH로 분사되며, 전류는 500A, 전압은 64~70V, 용사거리는 150mm인 용사조건에서 실시하는 것을 특징으로 하는 용사기술을 이용한 엔진블록 라이너외벽 코팅 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 프레임 코팅법은 Al-12Si분말을 사용하되, 산소 가스가 34 NLPM으로 분사되고, 아세틸렌 가스는 34 NLPM으로 분사되며, 전류는 500A, 용사거리는 650mm인 용사조건에서 실시하는 것을 특징으로 하는 용사기술을 이용한 엔진블록 라이너외벽 코팅 방법.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 고속 화염 코팅법은 Al-12Si분말을 사용하되, 산소 가스가 404 SCFH로 분사되고, 에틸렌 가스는 216 SCFH로 분사되고, 질소 가스는 28 SCFH로 분사되며, 용사거리는 240mm인 용사조건에서 실시하는 것을 특징으로 하는 용사기술을 이용한 엔진블록 라이너외벽 코팅 방법.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 콜드 스프레이법은 Al-12Si분말을 사용하되, 질소 가스가 150~500℃이고, 입자속도는 4028 m/sec로 분사되며, 용사거리는 240mm인 용사조건에서 실시하는 것을 특징으로 하는 용사기술을 이용한 엔진블록 라이너외벽 코팅 방법.