KR100969070B1 - High wear resistance of resin coating layer for skirt part of piston - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고출력 및 고연비를 추구하는 최근 엔진의 경향에 부합되도록 수지 코팅층 표면을 개선하여 내마모성을 증가시킨 피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high wear resistance resin coating layer for a piston skirt portion and a method of manufacturing the same, and more particularly to a high wear resistance for a piston skirt portion to increase the wear resistance by improving the surface of the resin coating layer to meet the trend of the recent engine pursuing high power and high fuel consumption. A resin coating layer and its manufacturing method are related.

이를 위해, 본 발명은 상기 피스톤 스커트부 모재의 표면에 도포되며 실린더 내벽과의 마찰면으로 돌출형성된 피크부; 상기 피크부 사이에 실린더 내벽과의 마찰면 반대방향으로 오목하게 형성된 밸리부; 상기 밸리부에 에칭을 통해 형성된 수용홈; 및 상기 수용홈에 내마모 입자가 충진된 내마모 입자블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층을 제공한다.To this end, the present invention is applied to the surface of the piston skirt base material and the peak portion protruding to the friction surface with the inner wall of the cylinder; A valley portion formed concave between the peak portions in a direction opposite to the friction surface with the inner wall of the cylinder; An accommodation groove formed by etching the valley portion; And it provides a high wear resistance resin coating layer for the piston skirt portion comprising a wear resistant particle block filled with wear resistant particles in the receiving groove.

피스톤, 스커트부, 내마모 입자블록 Piston, Skirt, Wear Resistant Particle Block

Description

피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층 및 그 제조방법{High wear resistance of resin coating layer for skirt part of piston}High wear resistance resin coating layer for piston skirt part and manufacturing method thereof {High wear resistance of resin coating layer for skirt part of piston}

본 발명은 피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고출력 및 고연비를 추구하는 최근 엔진의 경향에 부합되도록 수지 코팅층 표면을 개선하여 내마모성을 증가시킨 피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a high wear resistance resin coating layer for a piston skirt portion and a method of manufacturing the same, and more particularly, high wear resistance for a piston skirt portion to improve the wear resistance by improving the surface of the resin coating layer to meet the trend of the recent engine pursuing high power and high fuel consumption. A resin coating layer and its manufacturing method are related.

일반적인 내연기관의 엔진에 포함되어 있는 실린더의 피스톤은 도 1에 도시된 바와 같이, 실린더블록의 내측에 피스톤(10)이 결합되어 있으며, 이 피스톤(10)은 연료의 폭발에 의해 왕복운동을 하게 되며, 이러한 피스톤(10)의 상측에는 복수개의 피스톤링이 결합되어 있으며, 그 아래에는 피스톤 스커트부(110)가 형성되어 있다. As shown in FIG. 1, a piston of a cylinder included in an engine of a general internal combustion engine has a piston 10 coupled to an inner side of a cylinder block, and the piston 10 reciprocates by an explosion of fuel. A plurality of piston rings are coupled to the upper side of the piston 10, and a piston skirt 110 is formed below the piston 10.

상기 피스톤 스커트부(110)는 피스톤(10)의 왕복운동에 의해 실린더블록의 내측면과 마찰을 일으키게 된다.The piston skirt 110 causes friction with the inner surface of the cylinder block by the reciprocating motion of the piston (10).

근래에 들어 엔진의 출력이 향상됨에 따라 피스톤에 작용하는 압력 및 온도가 증가하여 피스톤은 더욱 가혹한 환경에서 구동조건을 갖게 되며, 피스톤(10) 스커트(110)와 실린더 내벽 사이에 작용하는 마찰마모 현상은 더욱 가혹해지고 있을 뿐만 아니라 연비향상과 내구성 및 엔진오일과의 적합성 등이 요구되고 있다.In recent years, as the output of the engine improves, the pressure and temperature acting on the piston increase, which causes the piston to operate in a more severe environment, and the frictional wear phenomenon acting between the piston 10 skirt 110 and the cylinder inner wall. Is not only more severe, but also requires fuel efficiency, durability and compatibility with engine oil.

종래에는 이러한 피스톤 스커트부(110)와 실린더 블록의 내벽과의 마찰 및 마모를 줄이기 위하여 피스톤 스커트부에 인산염 피막처리 부터 시작하여 그라파이트 수지코팅 및 MoS2+그라파이트 수지코팅을 적용하여 연비향상의 요구에 따른 저마찰 특성을 만족시키는 코팅기술에 주력을 하였다. Conventionally, in order to reduce the friction and wear between the piston skirt 110 and the inner wall of the cylinder block, the graphite skirt coating and the MoS 2 + graphite resin coating are applied to the piston skirt for the fuel efficiency improvement needs. The focus was on the coating technology to satisfy the low friction characteristics.

보다 상세하게는, 피스톤 스커트(110)의 수지코팅(112)은 PAI(PolyAmide-imide)에 그라파이트 입자 또는 MoS2+그라파이트 입자를 분산시킨 코팅액을 스크린 프린팅 방법에 의해 피스톤 스커트부 모재(111)에 단층으로 코팅하여 저마찰을 구현하는 방식을 사용하고 있다.More specifically, the resin coating 112 of the piston skirt 110 is a coating liquid obtained by dispersing graphite particles or MoS 2 + graphite particles in PAI (PolyAmide-imide) to the piston skirt portion base material 111 by a screen printing method. It is used to realize low friction by coating with single layer.

그러나, 엔진의 피스톤 구동조건 하에서 피스톤(10) 스커트부(110)에 가해지는 가혹한 조건에 의해 피스톤(10) 스커트부(110)의 코팅층(112)이 마모됨에 따라 일정수준 이상의 마모가 진행된 후 가공면의 피크(peak)에서 응력집중으로 인한 코팅층 탈락 현상이 발생하게 된다. 또한, 마모 정도가 심한 경우 스커트부(110)의 모재(111)의 피크부(112)가 마모되어 드러나게 되고, 피스톤(10)과 실린더 내벽 사이의 마찰력이 급격하게 증가하여, 피스톤의 내구성이 급감하게 되고 연비가 급격히 저하되게 된다(도 2).However, as the coating layer 112 of the piston 10 skirt 110 is worn by the harsh conditions applied to the piston 10 skirt 110 under the piston driving condition of the engine, processing after a certain level of abrasion is performed. At the peak of the surface, the coating layer dropout phenomenon due to the stress concentration occurs. In addition, when the degree of wear is severe, the peak portion 112 of the base material 111 of the skirt portion 110 is exposed to wear, and the friction between the piston 10 and the inner wall of the cylinder sharply increases, the durability of the piston is sharply reduced And the fuel economy is sharply lowered (FIG. 2).

최근에는 수지코팅액 안에 분산시키기 위한 저마찰 입자를 새로운 재질로 변경하거나 입자에 특수한 화학처리를 통해 수지코팅액과의 밀착력을 향상시키는 특허와, 연구 논문을 통해 저마찰 특성과 내마모성 향상을 위한 연구가 진행되고 있다.In recent years, patents have been developed to improve adhesion to resin coating liquids by changing low friction particles to new materials or dispersing them in resin coating liquids, and research papers to improve low friction characteristics and wear resistance through research papers. It is becoming.

그런데, 지금까지는 수지코팅 내의 분산입자의 종류, 크기, 분산양 등을 조절하여 저마찰 및 내마모 특성을 조절하려는 시도가 있었으나, 상기한 연구들은 결국 폴리머와 분산입자의 물성과 그 구성비 등에 의해 저마찰 특성과 내마모성이 결정되게 되어 있으며, 제한적인 폴리머 재질로 인해 내마모성의 향상에 한계가 있었다.However, until now, attempts have been made to control low friction and wear resistance by adjusting the type, size, and amount of dispersed particles in the resin coating. Friction characteristics and wear resistance are to be determined, and the limited polymer material has a limit in improving wear resistance.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 피스톤 스커트부의 수지코팅층 밸리부에 충진된 내마모 입자블록이 주변의 수지코팅층을 지지하여 마모가 진행되는 속도를 늦춰줌으로써, 수지코팅층의 내구성을 향상시킬 수 있고 수지코팅층의 피크부에 발생하는 응력집중을 방지하여 코팅 탈락을 억제할 수 있도록 한 피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, the wear-resistant particle block filled in the resin coating layer valley portion of the piston skirt portion to support the resin coating layer of the surroundings to slow down the wear progress, thereby improving the durability of the resin coating layer SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a highly wear-resistant resin coating layer for a piston skirt and a method of manufacturing the same, which can improve and prevent stress concentration occurring in peak portions of the resin coating layer, thereby suppressing coating dropout.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 피스톤 스커트부의 표면에 일정한 두께로 코팅되는 고내마모성 수지 코팅층에 있어서,In the present invention for achieving the above object in the high wear-resistant resin coating layer is coated with a constant thickness on the surface of the piston skirt,

상기 피스톤 스커트부 모재의 표면에 도포되며 실린더 내벽과의 마찰면으로 돌출형성된 피크부; 상기 피크부 사이에 실린더 내벽과의 마찰면 반대방향으로 오목하게 형성된 밸리부; 상기 밸리부에 에칭을 통해 형성된 수용홈; 상기 수용홈에 내마모 입자가 충진된 내마모 입자블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.A peak part applied to a surface of the piston skirt part base material and protruding to a friction surface with the inner wall of the cylinder; A valley portion formed concave between the peak portions in a direction opposite to the friction surface with the inner wall of the cylinder; An accommodation groove formed by etching the valley portion; It characterized in that it comprises a wear-resistant particle block filled with the wear-resistant particles in the receiving groove.

바람직한 구현예로서, 상기 내마모 입자블록은 100~200nm 크기의 내마모 입자와, 상기 내마모 입자 사이로 스며들어 내마모 입자를 결합하는 PEEK 용매를 포함하는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the wear-resistant particle block is characterized in that it comprises a wear-resistant particles having a size of 100 ~ 200nm, and PEEK solvent penetrating between the wear-resistant particles to bind the wear-resistant particles.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 내마모성 입자는 SiC, TiO2, WS2 및 나노 다이아몬드 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, the wear-resistant particles are characterized in that any one selected from SiC, TiO 2 , WS 2 and nano diamond.

본 발명의 다른 측면은 피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층의 제조방법에 있어서,Another aspect of the present invention is a method for producing a high wear resistance resin coating layer for a piston skirt,

피스톤 스커트부 모재의 표면에 일정한 두께로 수지코팅층을 형성하는 단계; 상기 수지코팅층의 밸리부에 수용홈을 형성하기 위해 10~15㎛ 폭의 창을 갖도록 마스킹하는 단계; 상기 10~15㎛ 폭의 창을 통해 노출된 코팅층 표면을 페놀계 용제로 에칭하여 4~6㎛ 깊이의 수용홈을 형성하는 단계; 상기 수용홈에 100~200㎛ 크기의 내마모 입자와 바인더로 PEEK 용매를 충전하는 단계; 및 상기 마스킹을 제거한 후 190~210℃에서 1시간 동안 가열 경화하여 수지코팅층의 밸리부에 내마모 입자블록을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Forming a resin coating layer on a surface of the piston skirt base material at a predetermined thickness; Masking to have a window having a width of 10 to 15 μm to form a receiving groove in the valley portion of the resin coating layer; Etching the surface of the coating layer exposed through the 10-15 μm wide window with a phenolic solvent to form a receiving groove having a depth of 4-6 μm; Filling the PEEK solvent with the wear-resistant particles having a size of 100-200 μm and a binder in the receiving groove; And removing the masking and heat curing at 190 to 210 ° C. for 1 hour to form a wear resistant particle block in the valley portion of the resin coating layer.

바람직한 구현예로서, 상기 폐놀계 용제로 에칭하는 시간은 30~40초인 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the etching time with the spentol-based solvent is characterized in that 30 to 40 seconds.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 내마모 입자와 PEEK 용매를 충전하는 단계는 상기 수용홈에 PEEK 용매를 50nm 이하의 두께로 도포하는 단계; 상기 100~200nm 크기의 내마모성 입자를 수용홈에 충진하는 단계; 상기 수용홈에 충진된 내마모성 입자에 압력을 가해 클로즈 팩킹이 되도록 한 후 다시 PEEK 용매를 도포하여 표면과 내마모 입자 사이로 스며들게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment, the step of filling the wear-resistant particles and the PEEK solvent is a step of applying a PEEK solvent to the receiving groove to a thickness of 50nm or less; Filling the receiving groove with the wear resistant particles having a size of 100 to 200 nm; And applying pressure to the wear-resistant particles filled in the receiving groove to be closed packing, and then applying PEEK solvent to infiltrate between the surface and the wear-resistant particles.

이에 따라 본 발명에 따른 피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층 및 그 제조방법에 의하면, 기존의 양산 피스톤과 호환 가능하도록 피스톤의 치수 및 공차의 변경없이 수지코팅층 밸리부에 내마모 입자블록을 충진하여 주변의 코팅층을 지지하게 함으로써, 마찰 계수의 손실없이 기존의 수지코팅 대비 40% 이상 내구성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, according to the high wear resistance resin coating layer for the piston skirt according to the present invention and a method for manufacturing the same, the wear-resistant particle block is filled in the resin coating layer valley portion without changing the dimensions and tolerances of the piston so as to be compatible with existing mass production pistons. By supporting the coating layer, it is possible to improve the durability more than 40% compared to the conventional resin coating without losing the friction coefficient.

또한, 상기 내마모 입자블록이 다공성 구조로 이루어짐으로써 엔진오일의 리저버 역할을 하여 피스톤의 윤활성 측면에서 기존의 수지코팅에 비해 유리하고, 내마모 입자블록이 피크부의 응력집중을 분산시켜 줌으로써 코팅 탈락 현상을 방지할 수 있다.In addition, since the wear-resistant particle block has a porous structure, it acts as a reservoir of engine oil, which is advantageous in terms of lubricity of pistons, compared to conventional resin coatings, and the wear-resistant particle block disperses stress concentrations at peak portions, resulting in coating dropout. Can be prevented.

또한, 피스톤 스커트부의 수지코팅층이 오래동안 지속됨에 따라 자동차의 운행에 따른 연비를 절감할 수 있다.In addition, as the resin coating layer of the piston skirt lasts for a long time, it is possible to reduce fuel consumption due to driving of the vehicle.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 피스톤을 나타내는 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 피스톤 스커트부에서 수지코팅층의 구조를 나타내는 모식도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 피스톤 스커트부의 수지코팅층 제조방법을 나타내는 공정도이다.3 is a schematic view showing a piston according to the present invention, Figure 4 is a schematic diagram showing the structure of the resin coating layer in the piston skirt according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is an embodiment of the present invention It is process drawing which shows the manufacturing method of the resin coating layer of the piston skirt part.

본 발명은 피스톤(10) 스커트부(11)의 수지코팅층(12) 표면에 폭 10~15㎛, 깊이 4~6㎛의 수용홈(13)을 에칭을 통해 형성하고, 100~200nm 크기의 내마모 입자(SiC, TiO2, WS2, 나노다이아몬드)를 수용홈(13)에 충진시킨 후, 소량의 바인더를 첨가하여 가열, 압축함으로써, 피스톤(10) 스커트부(11)의 코팅층(12) 표면에 내마모 특성을 가진 구조를 형성시키는 방법이다. The present invention forms a receiving groove 13 having a width of 10 to 15 µm and a depth of 4 to 6 µm through etching on the surface of the resin coating layer 12 of the piston 10 skirt portion 11, and has a size of 100 to 200 nm. After filling the receiving grooves 13 with wear particles SiC, TiO 2 , WS 2 , and nanodiamonds, a small amount of binder is added to heat and compress the coating layer 12 of the piston 10 skirt portion 11. It is a method of forming a structure having abrasion resistance on the surface.

보다 상세하게는 먼저, 피스톤(10) 스커트부(11)의 모재(15)에 일정한 두께로 수지코팅층(12)을 코팅한다(도 5a). 이때, 수지코팅층(12)은 모재(15)의 형상에 따라 피크(peak)부(12a)와 밸리(Valley)부(12b)로 구성되고, 상기 내마모 입자를 충진하기 위한 수용홈(13)이 형성되는 부위는 수지코팅층(12)의 밸리부(12b)이다.More specifically, first, the resin coating layer 12 is coated on the base material 15 of the piston 10 skirt 11 with a predetermined thickness (FIG. 5A). At this time, the resin coating layer 12 is composed of a peak portion 12a and a valley portion 12b according to the shape of the base material 15, the receiving groove 13 for filling the wear-resistant particles The formed portion is the valley portion 12b of the resin coating layer 12.

상기 밸리부(12b)에 형성되는 수용홈(13)의 형상은 엔진에 따른 차이로 인해 스커트부(11) 표면의 피크(peak to peak) 간격이나 수지코팅의 두께에 따라 차이가 있을 수 있으므로, 그 형상을 피스톤(10) 별로 최적화하여 조절할 수 있다. Since the shape of the receiving groove 13 formed in the valley portion 12b may vary depending on the peak to peak spacing on the surface of the skirt portion 11 or the thickness of the resin coating due to the difference depending on the engine, The shape can be adjusted to optimize for each piston (10).

수용홈(13)을 형성하기 위한 에칭작업의 일환으로 피스톤(10) 스커트 부에 피크부(12a)와 밸리부(12b)의 간격에 맞게 밸리부(12b)가 10~15㎛ 정도의 폭을 지니게 창을 형성하여 마스킹을 한다(도 5b). As part of the etching operation for forming the receiving groove 13, the valley portion 12b has a width of about 10 to 15 μm in accordance with the interval between the peak portion 12a and the valley portion 12b in the skirt portion of the piston 10. The window is formed to be masked (FIG. 5B).

그리고 페놀계 용제를 사용하여 30~40초 동안 노출된 코팅표면을 에칭하여 4~6㎛ 깊이의 수용홈(13)을 형성한다(도 5c). 이때 에칭시간이 30초 보다 짧을 경우 4~6㎛ 정도 깊이의 수용홈(13)을 형성하지 못하며 40초 보다 길 경우는 마스킹 밑면까지 에칭이 진행되기 시작하여 수용홈(13)의 폭이 마스킹에서 지정한 폭보다 넓어지고 깊이도 6㎛보다 깊어지기 때문에 시간을 정확히 조절하는 것이 중요하다.Then, using the phenolic solvent to etch the exposed coating surface for 30 to 40 seconds to form a receiving groove 13 of 4 ~ 6㎛ depth (Fig. 5c). At this time, if the etching time is shorter than 30 seconds, the receiving groove 13 having a depth of about 4 to 6 μm cannot be formed. If the etching time is longer than 40 seconds, the etching proceeds to the bottom of the masking, and the width of the receiving groove 13 is masked. It is important to control the time precisely because it is wider than the specified width and deeper than 6 μm.

다음으로 수용홈(13)에 바인더 역할을 하는 PEEK(Polyetheretherketone) 용매(solution)를 스프레이 방식으로 50nm이하의 두께로 도포한 다음, 100~200nm 크기를 갖는 내마모 입자, 예를 들어 SiC, TiO2, WS2, 또는 나노다이아몬드를 수용홈(13)에 충진한 후 압력을 가해 클로즈 팩킹이 되도록 한다.Next, PEEK (Polyetheretherketone) solution serving as a binder in the receiving groove 13 is applied in a spray method to a thickness of 50 nm or less, and then wear-resistant particles having a size of 100 to 200 nm, for example, SiC, TiO 2 , WS 2 , or nanodiamond is filled in the receiving groove (13) and then pressurized to be closed packing.

계속해서, 다시 PEEK 용매를 도포하여 표면 및 내마모 입자 사이로 바인더가 스며들게 하고(도 5d) 마스킹을 제거한 후 190 ~ 210℃에서 1시간 동안 가열 경화시켜 내마모 입자와 바인더가 충진된 내마모 입자블록(14)을 형성한다(도 5e). Subsequently, the PEEK solvent was applied again to allow the binder to penetrate between the surface and the wear-resistant particles (FIG. 5D), and after removing the masking, heat-cured at 190-210 ° C. for 1 hour to prevent wear-resistant particles and binder-filled wear-resistant particle blocks. 14 is formed (FIG. 5E).

여기서, 상기 내마모 입자의 크기를 100 ~ 200 nm 로 일정하게 유지하는 것이 바람직하다. 만약 입자의 크기가 100nm보다 작다면 바인더로 사용되는 PEEK 용매를 흡수하기 위한 충분한 공간을 형성하기 어려워서 결합력이 약해질 수 있고 입자의 크기가 200nm보다 크다면 좁은 수용홈(13)에 내마모 입자를 충진하기도 어려워 질 뿐만 아니라 실린더에 대한 대면공격을 유발할 수 있기 때문이다. Here, it is preferable to keep the size of the wear resistant particles constant at 100 to 200 nm. If the particle size is smaller than 100 nm, it may be difficult to form a sufficient space to absorb the PEEK solvent used as the binder, so that the bonding strength may be weakened. If the particle size is larger than 200 nm, wear-resistant particles are placed in the narrow receiving groove 13. Not only is it hard to fill, it can also cause a face-to-face attack on the cylinder.

내마모 입자인 SiC, TiO2, WS2 그리고 나노다이아몬드 입자는 각각의 입자가 독립적으로 사용되며, 어떠한 입자를 사용하더라도 유사한 결과가 얻어진다(입자에 대한 세부 조성비는 논의할 필요가 없다). As the wear resistant particles, SiC, TiO 2 , WS 2 and nanodiamond particles, each particle is used independently, and similar results are obtained using any particle (the detailed composition ratio of the particle does not need to be discussed).

그리고 바인더로 사용되는 PEEK 용매는 PEEK와 NMP(유기 용제)를 1:2 비율로 혼합하여 만든 용액으로 충진된 내마모 입자 사이로 충분히 스며들기 위한 점도를 유지한다. 또한 가열 온도는 PEEK가 경화될 수 있는 온도이므로 주어진 온도를 유지하여야 한다. The PEEK solvent used as a binder maintains a viscosity to sufficiently penetrate between wear-resistant particles filled with a solution made by mixing PEEK and NMP (organic solvent) in a 1: 2 ratio. In addition, the heating temperature is the temperature at which PEEK can cure, so the temperature must be maintained.

이와 같은 구성에 의한 본 발명의 일실시예에 따른 피스톤(10) 스커트부(11)용 고내마모성 수지 코팅층(12)의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the highly wear-resistant resin coating layer 12 for the piston 10 skirt portion 11 according to an embodiment of the present invention by such a configuration as follows.

도 6은 본 발명에 따른 고내마모성 수지코팅층(12)의 작용을 나타내는 도면이다.6 is a view showing the action of the high wear-resistant resin coating layer 12 according to the present invention.

도 6에 도시한 바와 같이 수지코팅층(12)의 밸리부(12b)의 높이까지 마모가 진행되면 밸리부(12b)에 충진되어 있는 내마모 입자블록(14)이 주변의 수지 코팅층(12)을 지지해주면서 마모가 진행되는 속도를 늦춰준다.As shown in FIG. 6, when the wear progresses to the height of the valley portion 12b of the resin coating layer 12, the wear-resistant particle block 14 filled in the valley portion 12b forms a peripheral resin coating layer 12. Support slows down the wear process.

따라서, 수지코팅층(12)의 마모가 진전되어 모재(15)가 드러나는 시간이 길어지게 되므로 결과적으로 수지코팅층(12)이 오래 지속될 수 있어서 코팅층(12)의 내구성이 향상되며, 내마모 입자블록(14)은 다공성 구조를 가지므로 오일 리저버 역할을 하여 윤활을 돕는다. Therefore, since the wear of the resin coating layer 12 is advanced, the time for which the base material 15 is exposed becomes long, and as a result, the resin coating layer 12 can be maintained for a long time, thereby improving durability of the coating layer 12, and preventing wear-resistant particle blocks ( 14) has a porous structure, and serves as an oil reservoir to help lubrication.

또한, 수지 코팅층(12)의 피크부(12a)에 발생하는 응력집중으로 고부하조건의 엔진 실험에서 간헐적으로 발생하는 코팅층(12) 탈락에 대해 내마모 입자블록(14)이 응력집중을 방지하여 코팅층(12) 탈락을 억제할 수 있다.In addition, the wear-resistant particle block 14 prevents stress concentration due to stress concentration occurring at the peak portion 12a of the resin coating layer 12 in response to the coating layer 12 occurring intermittently in an engine experiment under high load conditions. (12) Fallout can be suppressed.

실험예Experimental Example

본 발명의 실시예는, TE77 마찰마모시험기를 이용하여 기존의 수지코팅(MoS2 + 그라파이트 코팅) A와 기존 코팅 위에 내마모 입자를 충진 시킨 구조를 추가한 코팅 B에 대하여 마찰마모 실험을 진행하여 마찰계수를 측정하고 코팅이 벗겨지는 시간을 접촉저항의 변화를 통해 수지코팅이 벗겨져서 모재(15)와 상대재가 금속 대 금속 접촉을 이루는 시간을 측정하여 보았다. In the embodiment of the present invention, by using the TE77 friction wear tester, the frictional wear test was performed on the existing resin coating (MoS 2 + graphite coating) A and the coating B which added the structure in which the abrasive particles were filled on the existing coating. The friction coefficient was measured and the time when the coating was peeled off was measured by measuring the time that the base metal 15 and the counterpart made metal-to-metal contact by peeling off the resin coating by changing the contact resistance.

본 마찰마모 실험은 도 7에서와 같이 피스톤(10) 스커트와 같은 표면 형상을 지닌 알루미늄 합금 플레이트(16)에 A, B 코팅을 적용한 후 SCM415 핀(17)으로 선접촉을 이루면서 왕복운동하는 코팅된 플레이트(16)와 핀(17) 사이의 마찰특성을 관찰하였다. This friction abrasion test was applied to the aluminum alloy plate (16) having the same surface shape as the piston (10) skirt as shown in Figure 7 coated with reciprocating motion while making a line contact with the SCM415 pin (17) The friction characteristics between the plate 16 and the pin 17 were observed.

마찰계수는 윤활조건에서 50N의 하중 및 3Hz의 왕복속도로 30분간 실험을 하였고, 코팅의 내구성(접촉저항의 변화 측정)을 실험하기 위해 200N의 하중으로 윤활상태에서 10Hz의 왕복운동으로 각 시편에 대해 4시간의 실험을 진행하였다. The coefficient of friction was tested for 30 minutes at 50N load and 3Hz reciprocating speed under lubricating conditions, and to test the durability of the coating (measurement of change in contact resistance). The experiment was carried out for 4 hours.

실험 결과 마찰계수는 도 8에 도시한 바와 같이 A, B 두 경우 모두 동일 수준의 마찰계수를 보이고 있으며, 접촉저항의 변화는 도 9에 도시한 바와 같이 A의 경우 실험 시작 후 1.9시간 만에 접촉저항의 급속한 감소를 보이는 반면, B의 경우 실험 시작 후 약 3.2 시간 만에 접촉 저항의 감소를 나타내고 있다. As a result of the experiment, as shown in FIG. 8, the coefficient of friction shows the same coefficient of friction for both A and B, and the change in contact resistance is only 1.9 hours after the start of the experiment, as shown in FIG. While B showed a rapid decrease in resistance, B showed a decrease in contact resistance only about 3.2 hours after the start of the experiment.

이는 수지코팅층(12)이 완전히 벗겨져 금속과 금속 간의 접촉이 일어나기 때문이며, 본 실험을 통해 B의 경우가 코팅이 벗겨지는 시간이 더 오래 걸렸음을 확인할 수 있다.This is because the resin coating layer 12 is completely peeled off so that the contact between the metal and the metal occurs, it can be seen that in the case of B, the coating takes longer to peel off.

따라서, 본 발명에 따른 수지 코팅층(12)은 표면구조의 변경으로 저마찰 특성의 변화 없이 기존 코팅 대비 40% 가량 향상된 내마모성을 갖게 되었음을 확인 할 수 있었다(도 9).Therefore, the resin coating layer 12 according to the present invention was confirmed that it has a wear resistance improved by about 40% compared to the existing coating without changing the low friction characteristics by the change of the surface structure (Fig. 9).

또한, 본 발명은 기존 코팅에서 발생하던 응력집중에 의한 피크부(12a)의 코팅층(12) 탈락현상을 방지하고 기공이 존재하는 구조를 통해 마모가 진행되면서도 오일 리저버(oil reservoir) 역할을 하게 함으로써, 내마모 입자 구조가 코팅층(12)에 적용되어도 저마찰 특성의 저하를 방지하였다. In addition, the present invention prevents the coating layer 12 dropping of the peak portion 12a due to the stress concentration that occurred in the existing coating and by acting as an oil reservoir while the wear progresses through the structure in which the pores exist Even if the wear-resistant particle structure was applied to the coating layer 12, the lowering of the low friction property was prevented.

또한, 본 발명은 기존에 적용 되고 있던 피스톤(10)의 형상이나 코팅 후 피스톤(10)과 실린더 사이의 공차 등에 전혀 영향을 주지 않아 양산제품을 언제든지 대체하여 투입할 수 있는 호환성이 있으면, 기존의 수지코팅 개발 접근 방식과는 차별화된 방식으로 피스톤(10) 스커트부(11) 수지코팅층(12)의 고 내마모성을 확보한 기술이다.In addition, the present invention does not affect the shape of the piston 10 and the tolerance between the piston 10 and the cylinder after the coating has been applied in the past, if there is compatibility that can be replaced at any time mass production products, It is a technique that ensures high wear resistance of the piston 10 skirt portion 11 resin coating layer 12 in a manner different from the resin coating development approach.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.While the invention has been shown and described with respect to certain preferred embodiments thereof, the invention is not limited to these embodiments, and has been claimed by those of ordinary skill in the art to which the invention pertains. It includes all the various forms of embodiments that can be carried out without departing from the spirit.

도 1은 종래의 피스톤을 나타내는 구성도,1 is a configuration diagram showing a conventional piston,

도 2는 종래의 피스톤의 마찰에 따른 수지코팅층의 마모 진행 정도를 나타내는 모식도,Figure 2 is a schematic diagram showing the progress of wear of the resin coating layer according to the friction of the conventional piston,

도 3은 본 발명에 따른 피스톤을 나타내는 구성도,3 is a block diagram showing a piston according to the present invention,

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 피스톤 스커트부에서 수지코팅층의 구조를 나타내는 모식도,Figure 4 is a schematic diagram showing the structure of the resin coating layer in the piston skirt portion according to an embodiment of the present invention,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 피스톤 스커트부의 수지코팅층 제조방법을 나타내는 공정도,5 is a process chart showing a method for manufacturing a resin coating layer of a piston skirt according to an embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명에 따른 고내마모성 수지코팅층의 작용을 나타내는 도면,6 is a view showing the action of a high wear-resistant resin coating layer according to the present invention,

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 마찰계수 측정실험을 나타내는 도면,7 is a view showing a friction coefficient measurement experiment according to an embodiment of the present invention,

도 8은 본 발명과 종래의 마찰계수 측정실험에 따른 결과를 나타내는 그래프,8 is a graph showing the results of the present invention and the conventional friction coefficient measurement experiments,

도 9는 본 발명과 종래의 접촉저항 측정실험에 따른 결과를 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing the results of the present invention and the conventional contact resistance measurement experiment.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 피스톤 11 : 스커트부10: piston 11: skirt portion

12 : 수지코팅층 12a : 피크부12: resin coating layer 12a: peak portion

12b : 밸리부 13 : 수용홈12b: Valley part 13: receiving home

14 : 내마모 입자블록 15 : 모재14 wear-resistant particle block 15 base material

16 : 알루미늄 플레이트 17 : 핀16: aluminum plate 17: pin

Claims (7)

피스톤 스커트부의 표면에 일정한 두께로 코팅되는 고내마모성 수지 코팅층에 있어서,In the highly wear-resistant resin coating layer coated on the surface of the piston skirt portion with a constant thickness, 상기 피스톤 스커트부 모재의 표면에 도포되며 실린더 내벽과의 마찰면으로 돌출형성된 피크부; A peak part applied to a surface of the piston skirt part base material and protruding to a friction surface with the inner wall of the cylinder; 상기 피크부 사이에 실린더 내벽과의 마찰면 반대방향으로 오목하게 형성된 밸리부;A valley portion formed concave between the peak portions in a direction opposite to the friction surface with the inner wall of the cylinder; 상기 밸리부에 에칭을 통해 형성된 수용홈; 및An accommodation groove formed by etching the valley portion; And 상기 수용홈에 내마모 입자가 충진된 내마모 입자블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층.The high wear resistance resin coating layer for the piston skirt portion, characterized in that it comprises a wear-resistant particle block filled with wear-resistant particles in the receiving groove. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 내마모 입자블록은 100~200nm 크기의 내마모 입자와, 상기 내마모 입자 사이로 스며들어 내마모 입자를 결합하는 PEEK 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층.The wear-resistant particle block is a high wear resistance resin coating layer for a piston skirt portion, characterized in that it comprises a wear-resistant particles of 100 ~ 200nm size, and PEEK solvent penetrating between the wear-resistant particles to bind the wear-resistant particles. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 내마모성 입자는 SiC, TiO2, WS2 및 나노 다이아몬드 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층.The wear-resistant particles are high wear resistance resin coating layer for the piston skirt portion, characterized in that any one selected from SiC, TiO 2 , WS 2 and nanodiamonds. 피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층의 제조방법에 있어서,In the manufacturing method of the high wear resistance resin coating layer for a piston skirt part, 피스톤 스커트부 모재의 표면에 일정한 두께로 수지코팅층을 형성하는 단계;Forming a resin coating layer on a surface of the piston skirt base material at a predetermined thickness; 상기 수지코팅층의 밸리부에 수용홈을 형성하기 위해 10~15㎛ 폭의 창을 갖도록 마스킹하는 단계;Masking to have a window having a width of 10 to 15 μm to form a receiving groove in the valley portion of the resin coating layer; 상기 10~15㎛ 폭의 창을 통해 노출된 코팅층 표면을 페놀계 용제로 에칭하여 4~6㎛ 깊이의 수용홈을 형성하는 단계;Etching the surface of the coating layer exposed through the 10-15 μm wide window with a phenolic solvent to form a receiving groove having a depth of 4-6 μm; 상기 수용홈에 100~200㎛ 크기의 내마모 입자와 바인더로 PEEK 용매를 충전하는 단계; 및Filling the PEEK solvent with the wear-resistant particles having a size of 100-200 μm and a binder in the receiving groove; And 상기 마스킹을 제거한 후 190~210℃에서 1시간 동안 가열 경화하여 수지코팅층의 밸리부에 내마모 입자블록을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층의 제조방법.Removing the masking and heat-cured at 190 ~ 210 ℃ for 1 hour to form a wear-resistant particle block in the valley portion of the resin coating layer comprising the step of producing a high wear resistance resin coating layer for a piston skirt. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 폐놀계 용제로 에칭하는 시간은 30~40초인 것을 특징으로 하는 피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층의 제조방법.The time for etching with the spent solvent-based solvent is 30 to 40 seconds, characterized in that the method for producing a high wear resistance resin coating layer for the piston skirt portion. 청구항 5에 있어서,The method according to claim 5, 상기 내마모 입자와 PEEK 용매를 충전하는 단계는 상기 수용홈에 PEEK 용매를 50nm 이하의 두께로 도포하는 단계;Filling the wear-resistant particles and the PEEK solvent may include applying a PEEK solvent to the receiving groove to a thickness of 50 nm or less; 상기 100~200nm 크기의 내마모성 입자를 수용홈에 충진하는 단계;Filling the receiving groove with the wear resistant particles having a size of 100 to 200 nm; 상기 수용홈에 충진된 내마모성 입자에 압력을 가해 클로즈 팩킹이 되도록 한 후 다시 PEEK 용매를 도포하여 표면과 내마모 입자 사이로 스며들게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층의 제조방법.Method of producing a high wear resistance resin coating layer for the piston skirt portion comprising the step of applying pressure to the wear-resistant particles filled in the receiving groove to be closed packing and then applying PEEK solvent again between the surface and the wear-resistant particles. . 청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 4 to 6, 상기 내마모 입자는 SiC, TiO2, WS2 및 나노 다이아몬드 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 피스톤 스커트부용 고내마모성 수지 코팅층의 제조방법.The wear-resistant particle is a method for producing a high wear resistance resin coating layer for the piston skirt portion, characterized in that any one selected from SiC, TiO 2 , WS 2 and nanodiamonds.
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