KR101297626B1 - 내마모성 및 습동 특성이 우수한 고밀도 로커 암 팁용 특수 소결 합금 및 그 제조방법. - Google Patents

내마모성 및 습동 특성이 우수한 고밀도 로커 암 팁용 특수 소결 합금 및 그 제조방법. Download PDF

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KR101297626B1 KR1020120104492A KR20120104492A KR101297626B1 KR 101297626 B1 KR101297626 B1 KR 101297626B1 KR 1020120104492 A KR1020120104492 A KR 1020120104492A KR 20120104492 A KR20120104492 A KR 20120104492A KR 101297626 B1 KR101297626 B1 KR 101297626B1
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정홍도
김지만
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Abstract

본 발명은 탄소(C) 1 내지 3 중량%, 니켈(Ni) 0.5 내지 2 중량%, 크롬(Cr) 5 내지 15 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.5 내지 2 중량%, 규소(Si) 0.5 내지 2 중량%, 인(P) 0.1 내지 0.5 중량%, 황화망간(MnS) 0.5 내지 2.0 중량% 및 잔량의 중량%의 철(Fe)을 혼합하는 혼합단계(S1), 상기 혼합단계에서 혼합된 분말을 상온에서 10 내지 12 ton/cm2의 압력으로 가압하여 성형하는 성형단계(S2), 상기 성형단계에서 성형된 성형체를 수소 가스 분위기 속에서 1100 내지 1200℃로 소결하는 소결단계(S3), 상기 소결된 성형체를 170 내지 190 ℃에서 100 내지 150분간 템퍼링하는 열처리 단계(S4), 상기 템퍼링된 성형체를 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르케톤에테르케톤(PEKEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 카바이드 입자(Carbide Particle), 풀러렌(fullerene) 및 디엘씨(DLC:Diamond-like carbon)의 혼합물질로 코팅하는 1차 코팅 단계(S5), 상기 1차 코팅된 성형체를 염화코발트(cobalt chloride), 코발트 탄산염(cobalt carbonate), 오르토인산(orthophosphoric acid), 아인산(phosphorous acid) 혼합액으로 코팅하는 2차 코팅 단계(S6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 로커 암 팁용 소결 합금 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 로커 암 팁용 소결합금에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 종래 로커 암 팁보다 내마모성 및 습동 특성이 우수한 고밀도 로커 암 팁을 제조하는 것이 가능하여 고부하의 자동차 엔진 로커 암 팁으로 유용하게 사용할 수 있으며, 그 생산공정이 간소화되어 제조비용의 절감 효과까지 도모할 수 있을 것이다.

Description

내마모성 및 습동 특성이 우수한 고밀도 로커 암 팁용 특수 소결 합금 및 그 제조방법.{Sintered alloy for rocker arm tip having wear resistance and stick-slip property and manufacturing method thereof.}
본 발명은 탄소(C) 1 내지 3 중량%, 니켈(Ni) 0.5 내지 2 중량%, 크롬(Cr) 5 내지 15 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.5 내지 2 중량%, 규소(Si) 0.5 내지 2 중량%, 인(P) 0.1 내지 0.5 중량%, 황화망간(MnS) 0.5 내지 2.0 중량% 및 잔량의 중량%의 철(Fe)을 혼합하는 혼합단계(S1), 상기 혼합단계에서 혼합된 분말을 상온에서 10 내지 12 ton/cm2의 압력으로 가압하여 성형하는 성형단계(S2), 상기 성형단계에서 성형된 성형체를 수소 가스 분위기 속에서 1100 내지 1200℃로 소결하는 소결단계(S3), 상기 소결된 성형체를 170 내지 190 ℃에서 100 내지 150분간 템퍼링하는 열처리 단계(S4), 상기 템퍼링된 성형체를 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르케톤에테르케톤(PEKEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 카바이드 입자(Carbide Particle), 풀러렌(fullerene) 및 디엘씨(DLC:Diamond-like carbon)의 혼합물질로 코팅하는 1차 코팅 단계(S5), 상기 1차 코팅된 성형체를 염화코발트(cobalt chloride), 코발트 탄산염(cobalt carbonate), 오르토인산(orthophosphoric acid), 아인산(phosphorous acid) 혼합액으로 코팅하는 2차 코팅 단계(S6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 로커 암 팁용 소결 합금 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 로커 암 팁용 소결합금에 관한 것이다.
본 발명에 의하면 종래 로커 암 팁보다 내마모성 및 습동 특성이 우수한 고밀도 로커 암 팁을 제조하는 것이 가능하여 고부하의 자동차 엔진 로커 암 팁으로 유용하게 사용할 수 있으며, 그 생산공정이 간소화되어 제조비용의 절감 효과까지 도모할 수 있을 것이다.
자동차용 엔진의 구성품 중 로커 암 팁(Rocker Arm Tip)은 자동차의 헤드 부위에서 캠 샤프트의 캠과 접촉하여 밸브의 개폐작용을 주도한다. 이 경우 고압하에서 캠과 접촉하기 때문에, 접촉하고 있는 캠의 마모를 최소화할 수 있는 내마모성 재질의 로커 암 팁이 요청된다.
종래에는 로커 암 팁의 주재료로 주철 또는 주강을 사용하였고, 캠과 접촉하는 팁 부분은 침탄소입 또는 고주파 열처리를 통하여 경화시킴으로써 내마모성을 증진시켜왔다. 그러나, 상기 소재는 자기 윤활 특성이 부족하고, 마모 및 내구성 면에서 소기의 목적을 달성할 수 없었고, 또한 생산공정이 복잡하고 그 소재의 가격이 고가이기 때문에 생산자 입장에서 많은 문제점이 있었다. 이에 따라, 종래 로커 암 팀의 내마모성을 향상시키되, 그 생산공정을 간소화하고 원가를 절감시키기 위한 제품의 개발을 필요로 하게 되었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 착안된 것으로, 종래의 로커 암 팁용 소결 합금에 비하여 개선된 내마모성, 내열성, 자기 윤활 특성 및 자기 습동 특성을 갖는 로커 암 팁용 소결 합금을 제공하는 것을 그 해결하고자 하는 과제로 한다.
또한, 본 발명은 로커 암 팁용 소결 합금의 생산공정을 간소화하여 원가를 절감시킬 수 있는 제조방법을 제시하는 것을 그 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 탄소(C) 1 내지 3 중량%, 니켈(Ni) 0.5 내지 2 중량%, 크롬(Cr) 5 내지 15 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.5 내지 2 중량%, 규소(Si) 0.5 내지 2 중량%, 인(P) 0.1 내지 0.5 중량%, 황화망간(MnS) 0.5 내지 2.0 중량% 및 잔량의 중량%의 철(Fe)을 혼합하는 혼합단계(S1), 상기 혼합단계에서 혼합된 분말을 상온에서 10 내지 12 ton/cm2의 압력으로가압하여 성형하는 성형단계(S2), 상기 성형단계에서 성형된 성형체를 수소 가스 분위기 속에서 1100 내지 1200℃로 소결하는 소결단계(S3), 상기 소결된 성형체를 170 내지 190 ℃에서 100 내지 150분간 템퍼링하는 열처리 단계(S4), 상기 템퍼링된 성형체를 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르케톤에테르케톤(PEKEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 카바이드 입자(Carbide Particle), 풀러렌(fullerene) 및 디엘씨(DLC:Diamond-like carbon)의 혼합물질로 코팅하는 1차 코팅 단계(S5), 상기 1차 코팅된 성형체를 염화코발트(cobalt chloride), 코발트 탄산염(cobalt carbonate), 오르토인산(orthophosphoric acid), 아인산(phosphorous acid) 혼합액으로 코팅하는 2차 코팅 단계(S6)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 탄소(C), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 인(P), 황화망간(MnS), 철(Fe) 성분은 직경 45 내지 180 마이크로 미터의 분말 형태로 제조하여 혼합하는 것을 특징으로 한다.
나아가 본 발명에 있어서 상기 2차 코팅단계의 혼합액은 염화 코발트 100 중량부 대비 코발트 탄산염 1 내지 5 중량부, 오르토인산 20 내지 30 중량부, 아인산 2 내지 10 중량부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서 상기 1차 코팅단계에 의한 코팅층은 0.5 내지 2 mm이고, 상기 2차 코팅단계에 의한 코팅층은 50 내지 300 ㎛인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 종래의 로커 암 팁용 소결 합금에 비하여 개선된 내마모성, 내열성, 자기 윤활 특성 및 자기 습동 특성을 갖는 로커 암 팁용 소결 합금을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 로커 암 팁용 소결 합금의 생산공정을 간소화하여 원가를 절감시킬 수 있는 제조방법을 제시할 수 있다.
도 1은 본 발명인 로커 암 팁용 특수 소결 합금의 바람직한 제조방법을 보여주는 순서도.
도 2는 본 발명의 바람직한 형상을 보여주는 사진.
이하, 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
본 발명은 내마모성 및 습동 특성이 우수한 로커 암 팁용 소결 합금을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 탄소(C), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo),규소(Si), 인(P), 황화망간(MnS)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 성분 및 철(Fe)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 철(Fe)을 주성분으로 하고, 상기와 같은 탄소(C), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 규소(Si), 인(P), 황화망간(MnS) 중 어느 하나 이상의 성분을 첨가하여 구성되는데, 상기 탄소(C)는 로커 암 팁용 소결 합금의 기지 조직을 강화시키고 내마모성을 향상시키기 위한 성분이다. 상기 전체 중량에서 탄소(C)는 1 내지 3 중량% 포함되는 것이 바람직한데, 이는 탄소(C)의 함량이 1 중량% 미만에서는 기지 조직의 강도 및 경도가 약하고, 3 중량%를 초과하면 로커 암 팁용 소결 합금의 성형성(Compactibility)가 저하되어 요구 밀도 형성시 금형 파손의 위험성이 커지기 때문에 그러하다.
한편, 본 발명에서 사용되는 니켈(Ni)은 기계적 성질과 내식성이 우수하여, 니켈(Ni)을 포함한 로커 암 팁은 고온에서도 강도가 유지되고, 저온에서도 인성과 연성을 향상시키고, 특히 저온에서 연성을 증가시켜 취성(Brittleness)을 방지한다. 상기 효과를 효과적으로 발휘하는 비율을 실험적으로 검토한 바, 그 함량은 전체 로커 암 팁용 소결 합금 조성의 0.2 내지 2.0 중량% 가 되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 크롬(Cr)은 내마멸성 및 절삭성을 증가시키기 위해 첨가되며, 이 경우 상기 소결 합금의 총 중량 대비 5 내지 15 중량 %를 첨가하는 것이 바람직하다. 크롬(Cr)을 과도하게 첨가하면 크롬 탄화물의 석출이 야기되는바, 상대재 공격성을 높여 피삭성을 저하시키고 마모율이 증가될 수 있으므로, 크롬(Cr)의 조성비는 상기 비율로 한정하는 것이다. 한편, 순수한 크롬(Cr) 이외에도 스테인레스 강을 활용하여 크롬(Cr)과 동일한 효과를 유도할 수도 있을 것이다.
몰리브덴(Mo)은 소결 합금의 고체윤활제로서 기능하며, 그 함량은 전체 조성의 0.5 내지 2.0 중량%를 포함하여 사용되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 사용되는 규소(Si)는 탈산제로 기능하고, 본 발명인 로커 암 팁용 소결 합금 제조시 결정입계에 편석 입계 탄화물의 석출을 저지하고, 입계 산화층을 동시에 저감시키는 역할을 한다. 이 경우, 본 발명에서 규소(Si)의 함량은 전체 조성의 0.5 내지 2.0 중량%로 조절하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서 인(P)은 액상소결 온도를 낮추고, 스테다이트(STEADITE) 조직을 형성하기 위하여 첨가된다. 상기 인(P)은 본 발명인 로커 암 팁용 소결 합금을 고밀화 시킬 뿐만 아니라, 소결체 내의 잔류기공을 구형화 시킴으로써, 인성의 감소 없이 로커 암 팁용 소결합금의 기계적 성질을 개선시킨다. 또한, Fe-P-C계 액상소결에서는 인(P)이 철(Fe)과 반응하여 철(Fe)의 소결성을 향상시키는데, 이 경우 인(P)은 총 중량에 대하여 0.1 내지 0.5 중량%로 첨가하는 것이 효과적이다.
마지막으로, 본 발명에서 사용되는 황화망간(MnS)은, 기지 조직에 첨가됨으로써, 절삭 가공시 소결 합금의 피삭성을 개선시킨다. 이 경우 그 함량은 전체 조성의 0.4 내지 2.0 중량 %가 되도록 첨가하는 것이 바람직한데, 0.5 중량% 미만에서는 피삭성 개선 효과가 미미하고, 2.0 중량% 초과에서는 소결단계에서 분말간의 확선을 저해하여 소결 합금의 강도를 저하시키기 때문에 그러하다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
하기 표 1은 로커 암 팁용 소결 합금을 구성하는 성분의 조성을 달리한 다양한 실시예를 도시한 것이고, 하기 표 2는 표 1에 제시된 조성비 별로 경도, 압환강도, 마모량, 소결밀도를 표시한 것이다.
시료

번호		 전체 조성 비 고
Fe C Ni Cr Mo MnS Si P others
합금1 잔부 2.0 0.5 9.5 0.5 0.5 0.5 0.1 <5
합금2 잔부 2.3 0.5 10.0 0.8 0.8 0.8 0.2 <5
합금3 잔부 2.5 0.5 11.0 1.2 1.2 1.2 0.3 <5
합금4 잔부 2.7 0.5 11.5 1.5 1.5 1.5 0.4 <5
합금5 잔부 3.0 0.5 12.0 2.0 2.0 2.0 0.5 <5
합금6 잔부 2.0 0.7 9.5 0.5 0.5 0.5 0.1 <5
합금7 잔부 2.3 0.7 10.0 0.8 0.8 0.8 0.2 <5
합금8 잔부 2.5 0.7 11.0 1.2 1.2 1.2 0.3 <5
합금9 잔부 2.7 0.7 11.5 1.5 1.5 1.5 0.4 <5
합금10 잔부 3.0 0.7 12.0 2.0 2.0 2.0 0.5 <5
합금11 잔부 2.0 0.9 9.5 0.5 0.5 0.5 0.1 <5
합금12 잔부 2.3 0.9 10.0 0.8 0.8 0.8 0.2 <5
합금13 잔부 2.5 0.9 11.0 1.2 1.2 1.2 0.3 <5
합금14 잔부 2.7 0.9 11.5 1.5 1.5 1.5 0.4 <5
합금15 잔부 3.0 0.9 11.0 1.0 0.5 0.5 0.3 <5
합금16 잔부 2.0 1.2 9.5 1.3 0.7 0.7 0.1 <5
합금17 잔부 2.3 1.2 10.0 0.8 0.9 0.9 0.2 <5
합금18 잔부 2.5 1.2 11.0 1.2 1.2 1.2 0.3 <5
합금19 잔부 2.7 1.2 11.5 1.5 1.5 1.5 0.4 <5
합금20 잔부 3.0 1.2 12.0 2.0 2.0 2.0 0.5 <5
합금21 잔부 2.0 1.5 9.5 0.5 0.5 0.5 0.1 <5
합금22 잔부 2.3 1.5 10.0 0.8 0.8 0.8 0.2 <5
합금23 잔부 2.5 1.5 11.0 1.2 1.2 1.2 0.3 <5
합금24 잔부 2.7 1.5 11.5 1.5 1.5 1.5 0.4 <5
합금25 잔부 3.0 1.5 12.0 2.0 2.0 2.0 0.5 <5
합금26 잔부 2.0 2.0 9.5 0.5 0.5 0.5 0.1 <5
합금27 잔부 2.3 2.0 10.0 0.8 0.8 0.8 0.2 <5
합금28 잔부 2.5 2.0 11.0 1.2 1.2 1.2 0.3 <5
합금29 잔부 2.7 2.0 11.5 1.5 1.5 1.5 0.4 <5
합금30 잔부 3.0 2.0 12.0 2.0 2.0 2.0 0.5 <5
시료
번호		 평가 항목 비 고
경도 (HRC) 압환강도
(N/mm2)		 마모량
(μm)		 소결밀도
(g/cm3)
최소치 최대치
합금 1 51 52 695 138 7.15 972
합금 2 51 52 944 135 7.22 965
합금 3 52 53 883 140 7.45 986
합금 4 55 57 651 140 7.40 1001
합금 5 58 61 763 142 7.42 952
합금 6 48 49 835 128 7.14 991
합금 7 50 51 875 125 7.21 835
합금 8 55 57 861 122 7.54 875
합금 9 56 58 872 121 7.51 861
합금 10 55 60 880 126 7.51 915
합금 11 51 52 891 119 7.21 968
합금 12 50 53 893 115 7.25 1022
합금 13 53 57 902 117 7.45 853
합금 14 55 61 934 121 7.45 977
합금 15 58 62 930 105 7.46 1010
합금 16 55 60 951 102 7.22 1032
합금 17 53 59 956 105 7.15 1041
합금 18 56 60 961 110 7.54 1110
합금 19 57 59 968 106 7.55 1143
합금 20 54 60 970 109 7.51 700
합금 21 51 55 972 108 7.12 695
합금 22 52 57 965 104 7.11 944
합금 23 57 62 986 103 7.51 883
합금 24 56 60 991 108 7.53 651
합금 25 58 63 1001 115 7.51 763
합금 26 52 53 1010 117 7.13 875
합금 27 54 56 1032 106 7.10 927
합금 28 58 60 1041 109 7.48 892
합금 29 58 58 1110 110 7.50 870
합금 30 59 60 1143 103 7.50 914
상기 표2에서, 경도는 로크웰 경도 시험기를 사용하여 그 최대치와 최소치를 측정하였다.
한편, 마모량은 engine simulation 시험 장치(KATECH, KOREA)를 사용하여 측정하였으며, 실제 엔진 실린더 환경과 유사하도록 구성하여 시험을 진행하였다. 본 시험에서 로커암팁의 내마모성 평가를 시험 전, 후의 침하량으로 표시하여 평가하였으며, 시험은 열처리 및 기계가공이 완료된 각 시편을 전용 치구에 장착하고 하기 표3에 제시된 조건으로 실시한 것이다.
시험 조건
하중 0.9 kN
속도 800 rpm
온도 상온
시간 6 hr
윤활조건 엔진오일(5W-40)
데이터 취득(데이터 취득 구간) 1회 / 10 sec(최대 하중, 속도 도달 후)
상기 표 2에서 보는 바와 같이, 인(P)의 함량이 많아지면 경도가 급증하여 로커 암 팁의 마모량이 급감하고 밀도 및 경도가 증가한다. 이 경우, 인(P)의 양은 0.1 내지 0.5 중량%가 적당하지만, 바람직하게는 0.2 내지 0.3 중량%로 제한하여 사용함으로써 최상의 효과를 발휘할 수 있을 것이다.
한편, 니켈(Ni)은 0.5 내지 2 중량%에서 기지 조직이 단단해지고, 로커 암 팁의 경도 및 압환강도를 증가되며, 캠과 로커 암 팁의 마모량이 감소되는 효과를 발휘하였다.
또한, 크롬(Cr)의 경우, 5 내지 15 중량%에서 로커 암 팁의 경도가 증가되고, 마모도가 감소되며, 압환강도가 증가되는 것으로 확인되었다.
탄소(C)는 1 내지 3 중량%의 범위에서 탄화물의 석출물이 많아져 로커 암 팁의 경도가 증가하고, 캠과 로커 암 팁 사이의 마모율이 감소하며, 압환강도가 증가되었다.
상기와 같은 조성으로부터 본 발명에서는 내마모성 및 경도가 향상된 로커 암 팁용 소결 합금을 얻을 수 있었으며, 캠과의 매칭성 및 습동 특성이 더욱 향상된 로커 암 팁용 소결 합금을 제공할 수 있게 되었다.
이하에서는, 본 발명인 로커 암 팁용 소결 합금의 바람직한 제조방법에 대해 설명한다.
우선, 탄소(C) 1 내지 3 중량%, 니켈(Ni) 0.5 내지 2 중량%, 크롬(Cr) 5 내지 15 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.5 내지 2 중량%, 규소(Si) 0.5 내지 2 중량%, 인(P) 0.1 내지 0.5 중량%, 황화망간(MnS) 0.5 내지 2.0 중량% 및 잔량의 중량%의 철(Fe)을 혼합한다.
이 경우, 상기 탄소(C), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 인(P), 황화망간(MnS), 철(Fe) 성분은 직경 45 내지 180 마이크로 미터의 분말 형태로 제조하여 혼합하는 것이 바람직하다. 이는 상기 직경 45 내지 180 마이크로 미터의 분말 형태가 이후 로커 암 팁을 성형하는 단계에서 성형체 성형이 용이하기 때문에 그러하다.
다음으로, 상기 혼합단계에서 혼합된 분말을 상온에서 10 내지 12 ton/cm2의 압력으로 가압하여 성형한다. 이 경우 성형체의 형상은 도2에 도시된 것과 같으며, 그 크기는 가로 16 내지 18 mm, 세로 15 내지 17 mm, 하단의 높이는 6 내지 8 mm, 상단의 높이는 15 내지 17 mm로 성형하는 것이 바람직하다.
이후, 상기 성형단계에서 성형된 성형체를 수소 가스 분위기 속에서 1100 내지 1200℃로 소결한다. 상기 소결 분위기는 암모니아 가스(NH3) 4 내지 8 m3, 질소 가스(N2) 2 내지 5 m3가 유동적인 비율로 혼합되어 주입되는데, 이 경우 질소(N2)는 외부 공기를 차단하는 역할을 하고, 상기 암모니아 가스(NH3)는 분해되어 수소(H2) 가스가 되어 본 소결단계에 관여하는 것이다.
그 후, 상기 소결된 성형체를 170 내지 190 ℃에서 100 내지 150분간 템퍼링하는 열처리 단계를 진행한다.
그리고 마지막으로 본 발명인 로커 암 팁 소결합금의 내마모성을 향상시키기 위한 코팅단계를 진행한다. 코팅단계는 크게 2 단계로 진행되는 것이 바람직하다.
1차 코팅단계는 상기 템퍼링된 성형체를 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르케톤에테르케톤(PEKEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 카바이드 입자(Carbide Particle), 풀러렌(fullerene) 및 디엘씨(DLC:Diamond-like carbon)의 혼합물질로 코팅하는 것이다.
상기 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르케톤에테르케톤(PEKEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK)는 합금의 마찰로 발생하는 과도한 열에도 상기 합금의 기계적 강도를 유지시키고 안정성을 유지시키는 폴리아릴에테르케톤(Polyaryletherketone)의 일종으로, 상기 합금의 마찰로 발생하는 마모도를 감소시킨다.
여기에 카바이드 입자(Carbide Particle)를 추가하면 합금의 마모도를 감소시키지는 않으나 합금의 강도를 강화시킨다. 이 경우 카바이드 입자는 세멘타이트(Fe3C) 입자를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 풀러렌(fullerene)은 흑연 조각에 레이저를 쏘았을 때 남아 있는 그을음에서 발견한 물질로, 주로 탄소 원소가 축구공 모양으로 결합하여 생긴 탄소의 크러스터를 말한다. 본 발명에서 풀러렌은 그 구조적 특징 및 크기에 기인하여 C60을 사용하는 것이 바람직하나, C70이나 기타 C76, C78, C82, C90, C94, C96과 같은 고차(高次) 풀러렌도 사용할 수 있을 것이다.
한편, 디엘씨(DLC:Diamond-like carbon)는 수소를 포함한 아몰퍼스(Amorphous)인 카본으로부터 만들어지는데, 고경도, 고내마모성, 고내식성, 고절연성의 특징을 가지고 있다.
상기 풀러렌과 디엘씨(DLC:Diamond-like carbon)를 혼합한 혼합물질로 로커 암 팁용 소결합금을 코팅하면, 로커 암 팁의 구름 마찰(rolling friction)을 줄여줌으로써 내마모성을 향상시키고, 상기 풀러렌을 나노 입자로 함유시키는 경우 금속과 금속간의 접촉에 의해 발생하는 심각한 마모를 방지할 수 있으며, 금속 간 접촉에 의해 접착(sticking)하는 경향을 완화시킨다. 즉, 풀러렌과 디엘씨(DLC:Diamond-like carbon)를 혼합하여 사용한다면 마찰계수를 현저히 낮출 수 있을 것이다.
이 경우, 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르케톤에테르케톤(PEKEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 카바이드 입자(Carbide Particle), 풀러렌과 디엘씨(DLC:Diamond-like carbon)의 혼합 비율은 폴리에테르케톤(PEK) 10 중량부 대비, 폴리에테르케텐에테르케톤(PEKEK) 5 내지 10 중량부, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 3 내지 5 중량부, 카바이드 입자(Carbide Particle) 0.5 내지 1.5 중량부, 풀러렌 10 내지 20 중량부, 디엘씨(DLC:Diamond-like carbon) 1 내지 2 중량부가 바람직하고, 코팅층은 0.5 내지 2 mm가 적당하며, 1차 코팅층은 스프레이 등을 이용한 직접 분사에 의하는 것이 바람직하다.
상기 1차 코팅된 성형체를 염화코발트(cobalt chloride), 코발트 탄산염(cobalt carbonate), 오르토인산(orthophosphoric acid), 아인산(phosphorous acid) 혼합액으로 2차 코팅하는 것으로 내마모성을 더욱 향상시킬 수 있다.
이 경우, 상기 2차 코팅단계의 혼합액은 염화 코발트 100 중량부 대비 코발트 탄산염 1 내지 5 중량부, 오르토인산 20 내지 30 중량부, 아인산 2 내지 10 중량부로 구성되는 것이 바람직하고, 2차 코팅단계에 의한 코팅층은 50 내지 300 ㎛가 바람직하다.
상기 방법에 의한 습동 특성이 우수한 고밀도 로커 암 팁용 특수 소결 합금은 그 기지 조직을 템퍼드 마텐자이트(Tempered Martensite)로 하고, 인화철(Fe3P)을 경질입자로 균일하게 포함하고 있으며, 몰리브덴(Mo)이 고체윤활제로 균일하게 분포되어 있는 특징을 갖는다.
이상에서는 도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 탄소(C) 1 내지 3 중량%, 니켈(Ni) 0.5 내지 2 중량%, 크롬(Cr) 5 내지 15 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.5 내지 2 중량%, 규소(Si) 0.5 내지 2 중량%, 인(P) 0.1 내지 0.5 중량%, 황화망간(MnS) 0.5 내지 2.0 중량% 및 잔량의 중량%의 철(Fe)을 혼합하는 혼합단계(S1);
    상기 혼합단계에서 혼합된 분말을 상온에서 10 내지 12 ton/cm2의 압력으로 가압하여 성형하는 성형단계(S2);
    상기 성형단계에서 성형된 성형체를 수소 가스 분위기 속에서 1100 내지 1200℃로 소결하는 소결단계(S3);
    상기 소결된 성형체를 170 내지 190 ℃에서 100 내지 150분간 템퍼링하는 열처리 단계(S4);
    상기 템퍼링된 성형체에 폴리에테르케톤(PEK) 10 중량부 대비, 폴리에테르케텐에테르케톤(PEKEK) 5 내지 10 중량부, 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 3 내지 5 중량부, 카바이드 입자(Carbide Particle) 0.5 내지 1.5 중량부, 풀러렌(Fullerene) 10 내지 20 중량부, 디엘씨(DLC:Diamond-like carbon) 1 내지 2 중량부의 비율로 혼합된 혼합물질을 0.5 내지 2mm 두께로 코팅하는 1차 코팅단계(S5);
    상기 1차 코팅된 성형체에 염화 코발트(cobalt chloride) 100 중량부 대비, 코발트 탄산염(cobalt carbonate) 1 내지 5 중량부, 오르토인산(orthophosphoric acid) 20 내지 30 중량부, 아인산(phosphorous acid) 2 내지 10 중량부의 비율로 혼합된 혼합물질을 50 내지 300 ㎛ 두께로 코팅하는 2차 코팅단계(S6);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 로커 암 팁용 소결 합금 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탄소(C), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 인(P), 황화망간(MnS), 철(Fe) 성분은 직경 45 내지 180 마이크로 미터의 분말 형태로 제조하여 혼합하는 것을 특징으로 하는 로커 암 팁용 소결 합금 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 의해 제조된 로커 암 팁용 소결합금.
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