KR102338144B1 - 내환경성 부재, 그리고, 이것을 사용한 날개차, 압축기 및 엔진 - Google Patents

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마사키 가와노
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Abstract

Al 합금 기재 (41) 와, Al 합금 기재 (41) 의 표면에 형성된 무전해 도금층 (42) 과, 무전해 도금층 (42) 의 표면에 형성된 Si 층 (43) 또는 내식성 금속층 (53) 과, Si 층 (43) 또는 내식성 금속층 (53) 의 표면에 형성된 다이아몬드 라이크 카본층 (44) 또는 세라믹층 (54) 을 구비하는 내환경성 부재에 의해, 압축기의 날개차를 형성함으로써, 그 날개차에 내이로전성 및 내코로전성을 겸비시킬 수 있다.

Description

내환경성 부재, 그리고, 이것을 사용한 날개차, 압축기 및 엔진
본 발명은 내환경성 부재, 그리고, 이것을 사용한 날개차, 압축기 및 엔진에 관한 것이다.
예를 들어, 특허문헌 1 에 나타내는 바와 같이, 선박용 엔진에 있어서, 배기 가스 중의 NOx 를 저감시키는 것으로서, 저압 배기 가스 재순환 (EGR : Exhaust Gas Recirculation) 시스템이 있다. 이 저압 EGR 시스템은, 주기 (主機) 의 과급기 출구로부터 배기용 배관에 배출된 저압 배기 가스의 일부를 재순환 가스로서, 과급기 입구로 되돌리는 것이다. 이로써, 연소용 가스의 산소 농도가 저하되어, 연료와 산소의 반응인 연소의 속도가 느려지게 되고, 연소 온도가 저하됨으로써, NOx 의 발생량을 감소시킬 수 있다.
또, 선박용 엔진에는 S 성분이 많은 연료를 사용하기 때문에, 배기 가스 중에는, 과급기의 압축기의 날개차의 부식 성분이 되는 S 성분 및 Cl 성분이 함유되어 있다. 따라서, EGR 시스템에는, 재순환 가스 중의 S 성분을 세정수로 제거하는 스크러버가 형성되어 있다.
일본 특허공보 제5916772호 일본 특허공보 제5883001호
단, S 성분은, 재순환 가스를 스크러버로 세정한 경우라도 재순환 가스 중에 잔류되는 경우가 있다. 또, 세정 후의 재순환 가스에 함유되는 액적은, 스크러버의 하류에 배치되는 데미스터 유닛 내에 있어서 제거되지만, 데미스터 유닛을 통과한 재순환 가스 중의 수분이 과급기의 압축기에 도달할 때까지 응축될 가능성이 있다.
재순환 가스 중에 응축된 액적은, S 성분 및 Cl 성분이 함유됨으로써, 수소 이온 농도 (pH) 가 1 ∼ 2 정도가 된다. 여기서, 과급기의 압축기의 날개차에는, 경량이면서 또한 고강도인 Al 합금 기재를 사용하고 있는데, 재순환 가스 중에 함유되는 액적에 의해 Al 합금 기재가 부식될 (코로전이 발생할) 우려가 있다.
재순환 가스 중에 응축된 액적은, 압축기의 날개차에 충돌한다. 이로 인해, 날개차가 소성 변형되고, 그 반복에 의해 감모 (減耗) 될 (이로전이 발생할) 우려가 있다.
상기 문제점에 대한 제 1 대책으로서, 날개차의 Al 합금 기재에 양극 산화 처리를 실시하는 방법을 생각할 수 있지만, 이 방법은 내이로전성 및 내코로전성이 충분히 얻어지지 않을 가능성이 있다.
또, 상기 문제점에 대한 제 2 대책으로서, 날개차의 Al 합금 기재 표면에, 물리 증착법 혹은 화학 증착법에 의한 세라믹층을 코팅하는 방법을 생각할 수 있다. 이 세라믹층은, 내코로전성이 있는 고경막 (高硬膜) 이 된다. 그러나, 이 방법에서는, 세라믹층에 액적이 충돌했을 때에, 내측의 Al 합금 기재에까지 충격이 전해져, 그 Al 합금 기재가 변형됨으로써, 세라믹층에 균열이 발생하고, 세라믹층과 Al 합금 기재가 박리될 우려가 있다. 또, 상기 액적이, 균열된 부분 혹은 박리된 부분으로부터 Al 합금 기재에 침투하여, Al 합금 기재를 부식시킬 우려가 있다. 또한, 세라믹층에 처음부터 (코팅 성막의 시점에서) 결함이 존재하여, 상기 액적이 그 결함으로부터 Al 합금 기재에 침투해서, Al 합금 기재를 부식시킬 우려도 있다.
또한, 상기 문제점에 대한 제 3 대책으로서, 날개차의 Al 합금 기재 표면에, Ni-P 합금 등의 무전해 도금을 실시하는 방법을 생각할 수 있지만, 도금 피막 중에 S 성분이 미량 함유되기 때문에, 내코로전성이 충분히 얻어지지 않을 가능성이 있다.
상기 기술적 과제를 감안하여, 본 발명에서는, 내이로전성과 내코로전성을 겸비한 내환경성 부재, 그리고, 이것을 사용한 날개차, 압축기 및 엔진을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 1 발명에 관련된 내환경성 부재는,
Al 합금 기재와,
상기 Al 합금 기재의 표면에 형성된 무전해 도금층과,
상기 무전해 도금층의 표면에 형성된 Si 층과,
상기 Si 층의 표면에 형성된 다이아몬드 라이크 카본층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 2 발명에 관련된 내환경성 부재는,
상기 제 1 발명에 관련된 내환경성 부재에 있어서,
상기 다이아몬드 라이크 카본층의 표면에 형성된 고분자 전착층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 3 발명에 관련된 내환경성 부재는,
상기 제 2 발명에 관련된 내환경성 부재에 있어서,
상기 다이아몬드 라이크 카본층의 표면은, 숏 블라스트, 또는, 점탄성 입자 중에 경질 세라믹 입자를 함유한 미디어에 의한 숏이 실시되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 4 발명에 관련된 내환경성 부재는,
Al 합금 기재와,
상기 Al 합금 기재의 표면에 형성된 무전해 도금층과,
상기 무전해 도금층의 표면에 형성된 Cr 층과,
상기 Cr 층의 표면에 형성된, Cr 을 함유하는 세라믹층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 5 발명에 관련된 내환경성 부재는,
Al 합금 기재와,
상기 Al 합금 기재의 표면에 형성된 무전해 도금층과,
상기 무전해 도금층의 표면에 형성된 Ti 층과,
상기 Ti 층의 표면에 형성된, Ti 를 함유하는 세라믹층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 6 발명에 관련된 내환경성 부재는,
상기 제 4 또는 5 발명에 관련된 내환경성 부재에 있어서,
상기 세라믹층의 표면에 형성된 고분자 전착층을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 7 발명에 관련된 내환경성 부재는,
상기 제 6 발명에 관련된 내환경성 부재에 있어서,
상기 세라믹층의 표면은, 숏 블라스트, 또는, 점탄성 입자 중에 경질 세라믹 입자를 함유한 미디어에 의한 숏이 실시되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 8 발명에 관련된 날개차는,
상기 제 1 내지 7 중 어느 하나의 발명에 관련된 내환경성 부재에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 9 발명에 관련된 압축기는,
상기 제 8 발명에 기재된 날개차와,
상기 날개차를 내부에 수용하는 컴프레서 케이싱을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하는 제 10 발명에 관련된 엔진은,
엔진 본체와,
상기 엔진 본체의 급기측에 접속된 상기 제 9 발명에 기재된 압축기, 및, 그 압축기에 연결되고, 상기 엔진 본체의 배기측에 접속된 터빈을 갖는 과급기와,
상기 터빈의 배기측과 상기 압축기의 급기측 사이에 접속된 EGR 시스템을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관련된 내환경성 부재, 그리고, 이것을 사용한 날개차, 압축기 및 엔진에 의하면, 내이로전성과 내코로전성을 겸비할 수 있다.
도 1 은 본 발명에 관련된 엔진 및 압축기를 설명하는 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예 1 에 관련된 내환경성 부재를 설명하는 모식적 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 실시예 2 에 관련된 내환경성 부재를 설명하는 모식적 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 실시예 3 에 관련된 내환경성 부재를 설명하는 모식적 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 실시예 4 에 관련된 내환경성 부재를 설명하는 모식적 단면도이다.
도 1 은, 본 발명에 관련된 엔진 및 압축기를 설명하는 개략도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 관련된 엔진 (선박용 엔진 (10)) 은, 엔진 본체 (11), 과급기 (12), 에어 쿨러 (냉각기) (13), 및, EGR 시스템 (14) 을 구비하고 있다.
엔진 본체 (11) 는, 예를 들어, 유니플로 소배기식 (掃排氣式) 의 디젤 엔진으로서, 2 스트로크 디젤 엔진이며, 실린더 (11a) 내의 소배기의 흐름을 하방에서 상방으로의 일 방향으로 하여, 배기의 잔류를 없애도록 한 것이다. 엔진 본체 (11) 에는, S 성분이 많은 연료가 사용된다. 엔진 본체 (11) 는, 소기 트렁크 (11b) 내의 연소용 가스를 실린더 (11a) 에 공급하여, 실린더 (11a) 내에서 연료와 함께 연소시키고, 연소에 의해 발생한 배기 가스를 실린더 (11a) 로부터 배기 매니폴드 (11c) 로 배출한다. 본 발명의 엔진 본체 (11) 의 소기 트렁크 (11b) 는 급기용 배관 (G1) 과, 배기 매니폴드 (11c) 는 배기용 배관 (G2) 과 각각 연결되어 있다.
과급기 (12) 는, 엔진 본체 (11) 의 소기 트렁크 (11b) 에 접속된 압축기 (컴프레서 (21)) 와, 엔진 본체 (11) 의 배기 매니폴드 (11c) 에 접속된 터빈 (22) 이 일체로 회전하도록 회전축을 개재하여 연결되어 구성되어 있다. 과급기 (12) 는, 엔진 본체 (11) 에 연결된 배기용 배관 (G2) 으로부터 흘러드는 배기 가스에 의해 터빈 (22) 이 회전하고, 터빈 (22) 의 회전이 전달되어 컴프레서 (21) 가 회전한다. 컴프레서 (21) 가 회전함으로써 연소용 가스가 압축되고, 압축된 연소용 가스는 급기용 배관 (G1) 을 통해서 엔진 본체 (11) 에 공급된다.
컴프레서 (21) 는, 컴프레서 케이싱 (도시 생략) 과, 날개차 (도시 생략) 를 구비하고 있다. 컴프레서 케이싱은, 컴프레서에 의해 압축되는 연소용 가스를 날개차로 유도함과 함께, 압축된 연소용 가스를 급기용 배관 (G1) 으로 유도한다. 날개차는, 컴프레서 케이싱의 내부에 형성되고, 회전축 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 구성되어 있다. 날개차는 Al 합금 (예를 들어, JIS A2618) 을 기재로 하는 후술하는 내환경성 부재에 의해 형성된다. 컴프레서 (21) 의 연소용 가스의 입구측에는, 사일렌서 (21a) 가 추가로 접속되어 있다.
사일렌서 (21a) 는, 도시되지 않은 복수의 사일렌서 엘리먼트를 둘레 방향에 구비한 통형상의 장치이다. 사일렌서는, 컴프레서 (21) 의 구동에 의해 발생하는 소음이, 엔진 본체 (11) 가 배치되는 기관실로 빠지지 않도록 구성되어 있다. 또한, 사일렌서 (21a) 는, 컴프레서 (21) 로 연소용 가스를 유도하기 위한 통로를 형성한다. 여기서, 사일렌서 (21a) 는, 사일렌서 엘리먼트 사이로부터 기관실의 공기를 연소용 공기로서 컴프레서 (21) 로 유도하는 경로를 구비함과 함께, 사일렌서 (21a) 의 축 방향으로부터 재순환 가스를 컴프레서 (21) 로 유도하는 배기 가스 재순환용 배관 (G6) 에 접속되어 있다. EGR 운전시에는, 배기 가스 재순환용 배관 (G6) 으로부터의 재순환 가스와 연소용 공기가 혼합됨으로써, 연소용 가스가 생성된다.
터빈 (22) 은, 터빈 (22) 을 회전시킨 배기 가스를 배출하는 배기용 배관 (G3) 이 연결되어 있고, 이 배기용 배관 (G3) 은, 도시되지 않은 배기 가스 처리 장치를 개재하여 연돌 (펀넬) 에 연결되어 있다.
에어 쿨러 (13) 는, 컴프레서 (21) 에 의해 압축되어 고온이 된 연소용 가스와 냉각수를 열교환함으로써 연소용 가스를 냉각시키고, 연소용 가스에 있어서의 산소 밀도를 높이는 것이다.
EGR 시스템 (14) 은, 배기 가스 재순환용 배관 (G4, G5, G6), 스크러버 (23), 데미스터 유닛 (24), 및, EGR 블로어 (25) 를 구비하고, 터빈 (22) 의 배기측과 컴프레서 (21) 의 급기측 사이에 접속되어 있다. EGR 시스템 (14) 은, 엔진 본체 (11) 로부터 배출되어, 터빈 (22) 을 통과한 배기 가스의 일부를 재순환 가스로서 엔진 본체 (11) 로 재순환시킨다. 재순환 가스는 유해 물질이 제거된 후, 연소용 공기와 혼합한 후, 컴프레서 (21) 에 의해 압축하여, 연소용 가스로서 엔진 본체 (11) 로 재순환시키는 것이다.
스크러버 (23) 는, 재순환 가스에 대해 액체를 분사함으로써, 함유하는 SOx (S 성분) 나 매진 등 미립자 (PM) 와 같은 유해 물질을 제거하는 것이다. 또, 스크러버 (23) 는, 유해 물질이 제거된 재순환 가스 및 배액 (排液) 을 배출하는, 배기 가스 재순환용 배관 (G5) 에 연결되어 있다.
데미스터 유닛 (24) 은, 유해 물질이 제거된 재순환 가스와 배액을 분리하고, 재순환 가스 중의 액적을 제거하는 것이다. 또, 데미스터 유닛 (24) 은, 배액을 스크러버 (23) 에 순환시키는 배액 순환용 배관 (W1) 이 형성되어 있다. 그리고, 이 배액 순환용 배관 (W1) 은, 배액을 일시적으로 저류하는 홀드 탱크 (31), 및, 펌프 (32) 가 형성되어 있다.
EGR 블로어 (25) 는, 스크러버 (23) 로부터의 재순환 가스를 배기 가스 재순환용 배관 (G5) 으로부터 데미스터 유닛 (24) 으로 유도하는 것이다.
본 발명에 관련된 엔진은, 컴프레서 (21) 의 날개차에, 내이로전성과 내코로전성을 겸비하는 본 발명에 관련된 내환경성 부재를 사용한다.
또한, 본 발명에 관련된 엔진은 선박용 엔진에 한정되는 것은 아니고, 저압 EGR 시스템을 갖는 엔진 전반에 적용 가능하다.
이하, 본 발명에 관련된 내환경성 부재에 대해, 각 실시예에 의해 도면을 사용하여 설명한다.
[실시예 1]
도 2 는, 본 실시예에 관련된 내환경성 부재를 설명하는 모식적 단면도이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 관련된 내환경성 부재는, Al 합금 기재 (41), Al 합금 기재 (41) 의 표면 (도면 중 상측. 이하 동일) 에 형성된 무전해 도금층 (42), 무전해 도금층 (42) 의 표면에 형성된 Si 층 (43), 및, Si 층 (43) 의 표면에 형성된 다이아몬드 라이크 카본 (DLC) 층 (44) 을 구비한다.
무전해 도금층 (42) 은, 구체예로서, 무전해 Ni-P 도금 혹은 무전해 Ni-B 도금, 또는, SiC 외의 경질 입자를 복합한 무전해 Ni-P 도금 혹은 무전해 Ni-B 도금을 사용한다. 또한, 무전해 도금에 SiC 외의 경질 입자를 복합함으로써, 경도가 높아져, 보다 변형되기 어려워진다.
또, 무전해 도금층 (42) 은, S 성분을 저감시킨 도금으로 한다. 이것은, 도금을 형성하는 공정에 있어서, S 성분이 낮은 안정제 및 계면 활성제를 사용한 도금액을 사용함으로써 실현된다.
본 실시예에 관련된 내환경성 부재는, 상기 구성으로 함으로써, 내이로전성과 내코로전성을 겸비할 수 있다. 즉, Al 합금 기재 (41) 의 표면에 무전해 도금층 (42) 및 DLC 층 (44) 을 형성함으로써, 액적의 충돌에 의한 균열의 발생을 방지할 수 있다. 즉, 경질인 DLC 층 (44) 을 형성함으로써, 내이로전성 및 내코로전성의 확보가 가능해진다.
또, 무전해 도금층 (42) 은, S 성분을 저감시킴으로써, 무전해 도금층 (42) 자체의 내코로전성을 향상시킬 수 있다. 무전해 도금층 (42) 은, 그 재질에는 한정되는 것이 아니고, Ni-P 혹은 Ni-B 화합물의 비결정 피막을 적용할 수 있다.
또한, 본 실시예에 관련된 내환경성 부재는, DLC 층 (44) 과 무전해 도금층 (42) 사이에 Si 층 (43) 을 형성함으로써, 코팅 성막시의 관통 결함 (Al 합금 기재 (41) 의 표면까지 도달한 결함) 에 의한 부식을 방지할 수 있다.
또, 만일 무전해 도금층 (42) 을 형성하고 있지 않은 경우, DLC 층 (44) 이 내이로전성을 구비하고 있었다고 해도, 액적 충돌시에 내측 (도면 중 하측. 이하 동일) 의 Al 합금 기재 (41) 가 변형되어 버림으로써, DLC 층 (44) 이 변형되고, 균열의 발생 요인이 된다. 그래서, 본 실시예에서는, Al 합금 기재 (41) 와 DLC 층 (44) 사이에, Al 합금 기재 (41) 보다 경질의 무전해 도금층 (42) 을 형성함으로써, 상층인 DLC 층 (44) 의 변형을 억제하고, 균열의 발생을 방지할 수 있다. 즉, DLC 층 (44) 은 단층으로는 균열의 발생을 방지하는 효과가 작지만, 내측에 무전해 도금층 (42) 을 형성함으로써 균열의 발생을 방지할 수 있는 것이다.
그리고, DLC 층 (44) 과 무전해 도금층 (42) 사이에 Si 층 (43) 을 형성함으로써, 무전해 도금층과의 밀착성을 확보하고 (DLC 층 (44) 과 무전해 도금층 (42) 의 중간의 경도를 갖는 Si 층 (43) 에 의해 밀착성이 향상된다), DLC 층 (44) 의 관통 결함을 방지할 수 있다.
또한, DLC 층 (44) 은 Si 계의 가스를 사용한 화학 증착법으로 형성하기 때문에, DLC 층 (44) 과 무전해 도금층 (42) 사이에 형성하는 층으로는, 상기 서술한 바와 같이 Si 층 (43) 을 사용함으로써, 무전해 도금층 (42) 과의 밀착성을 높일 수 있다. 이 점에 있어서, 상기 특허문헌 2 에서는, 탄소 중에 Si 를 함유한 화합물의 중간층이기 때문에, 본 실시예에 비해 도금층과의 밀착성을 향상시킬 수 없다.
이 점에 대해 상세히 서술하면, 무전해 도금층 (42) 표면에 Si 층 (43) 을 사용하는 이유는, 무전해 도금층 (42) 과 DLC 층 (44) 의 각각의 경도의 중간적인 경도의 층을 형성함으로써, 표층을 향해 단계적으로 경도를 증대시키고, 각 층의 계면에서의 박리를 방지하기 위함이다. 이 구성은, 상기 특허문헌 2 의 Si 를 함유한 탄소 화합물층과 비교하여, 균등한 경도의 증가가 가능해져, 액적 충돌시의 충격력에 대한 변형에 대해 대응력이 증가하고, 각 층간에서의 박리 방지 능력이 증가하게 된다.
[실시예 2]
도 3 은, 본 실시예에 관련된 내환경성 부재를 설명하는 모식적 단면도이다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 관련된 내환경성 부재로는, Al 합금 기재 (41), Al 합금 기재 (41) 의 표면에 형성된 무전해 도금층 (42), 무전해 도금층 (42) 의 표면에 형성된 Si 층 (43), Si 층 (43) 의 표면에 형성된 DLC 층 (44), 및, DLC 층 (44) 의 표면에 형성된 고분자 전착층 (61) 을 구비한다.
즉, 본 실시예에 관련된 내환경성 부재는, 실시예 1 에 관련된 내환경성 부재의 최표면 부분인 DLC 층 (44) 의 표면에, 고분자 전착층 (61) 이 형성된 것이다.
고분자 전착층 (61) 의 구체예로서, 에폭시, 폴리이미드, 불소 또는 폴리이미드아미드재를 사용한다. 또, 고분자 전착층 (61) 의 두께는 5 ㎛ 이상으로 한다. 이것은, 두께 5 ㎛ 미만에서는 결함 발생의 가능성이 있기 때문이다. 보다 바람직하게는 10 ∼ 40 ㎛ 이다. 또한, 전착층이기 때문에 제조상의 상한은 대략 50 ㎛ 이다.
또한, DLC 층 (44) 의 표면에, 미립자에 의한 숏 블라스트, 또는, 점탄성 입자 중에 경질 세라믹 입자를 함유한 미디어에 의한 숏을 실시한다. 그 위에 고분자 전착층 (61) 을 형성함으로써, 고분자 전착층 (61) 과 DLC 층 (44) 의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 하여 형성된 고분자 전착층 (61) 은, 액적의 충격력을 완화시키는 역할과 내코로전성을 향상시키는 역할이 있다. 또한, 코팅 성막시의 관통 결함에 의한 부식을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
[실시예 3]
도 4 는, 본 실시예에 관련된 내환경성 부재를 설명하는 모식적 단면도이다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 관련된 내환경성 부재로는, Al 합금 기재 (41), Al 합금 기재 (41) 의 표면에 형성된 무전해 도금층 (42), 무전해 도금층 (42) 의 표면에 형성된 내식성 금속층 (53), 및, 내식성 금속층 (53) 의 표면에 형성된 세라믹층 (54) 을 구비한다.
무전해 도금층 (42) 은, 구체예로서, 무전해 Ni-P 도금 혹은 무전해 Ni-B 도금, 또는, SiC 외의 경질 입자를 복합한 무전해 Ni-P 도금 혹은 무전해 Ni-B 도금을 사용한다. 또, 무전해 도금층 (42) 은, S 성분을 저감시킨 도금으로 한다. 이것은, 도금을 형성하는 공정에 있어서, S 성분이 낮은 안정제 및 계면 활성제를 사용한 도금액을 사용함으로써 실현된다. 이들의 점에 대해서는, 실시예 1 과 동일하다.
또, 세라믹층 (54) 은, 구체적으로는 CrN, TiN, TiCN 또는 TiAlN 등의 질화물 또는 탄질화물로 한다. 그리고, 내식성 금속층 (53) 의 구체예로는, 세라믹층 (54) 이 Cr 을 함유하는 경우에는 Cr 을 사용하고, 세라믹층 (54) 이 Ti 를 함유하는 경우에는 Ti 를 사용하는 것으로 한다.
본 실시예에 관련된 내환경성 부재는, 상기 구성으로 함으로써, 내이로전성과 내코로전성을 겸비할 수 있다. 즉, Al 합금 기재 (41) 의 표면에 무전해 도금층 (42) 및 세라믹층 (54) 을 형성함으로써, 액적의 충돌에 의한 균열의 발생을 방지할 수 있다. 즉, 경질인 세라믹층 (54) 을 형성함으로써, 내이로전성의 확보와 내식성 확보를 향상시킬 수 있다.
또, 실시예 1 과 동일하게, 무전해 도금층 (42) 은, S 성분을 저감시킴으로써, 무전해 도금층 (42) 자체의 내코로전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 관련된 내환경성 부재는, 세라믹층 (54) 과 무전해 도금층 (42) 사이에 내식성 금속층 (53) 을 형성함으로써, 코팅 성막시의 관통 결함에 의한 부식을 방지할 수 있다.
또, 만일 무전해 도금층 (42) 을 형성하고 있지 않은 경우, 세라믹층 (54) 이 내이로전성을 구비하고 있었다고 해도, 액적 충돌시에 내측의 Al 합금 기재 (41) 가 변형되어 버림으로써, 세라믹층 (54) 이 변형되고, 균열의 발생 요인이 된다. 그래서, 본 실시예에서는, Al 합금 기재 (41) 와 세라믹층 (54) 사이에, Al 합금 기재 (41) 보다 경질의 무전해 도금층 (42) 을 형성함으로써, 상층인 세라믹층 (54) 의 변형을 억제하고, 균열의 발생을 방지할 수 있다. 즉, 세라믹층 (54) 은 단층으로는 균열의 발생을 방지하는 효과가 작지만, 내측에 무전해 도금층 (42) 을 형성함으로써 균열의 발생을 방지할 수 있는 것이다.
그리고, 세라믹층 (54) 과 무전해 도금층 (42) 사이에 내식성 금속층 (53) 을 형성함으로써, 무전해 도금층 (42) 과의 밀착성을 확보하고 (세라믹층 (54) 과 무전해 도금층 (42) 의 중간의 경도를 갖는 내식성 금속층 (53) 에 의해 밀착성이 향상된다), 세라믹층 (54) 의 관통 결함을 방지할 수 있다.
또한, 세라믹층 (54) 은, 물리 증착법으로 형성한다. 예를 들어, 세라믹층 (54) 이 CrN 인 경우에는, Cr 판을 아크 방전으로 용해하여 증착시키고, 세라믹층 (54) 이 TiN 인 경우에는, Ti 판을 아크 방전으로 용해하여 증착시킨다. 따라서, 세라믹층 (54) 과 무전해 도금층 (42) 사이에 형성하는 내식성 금속층 (53) 으로는, 세라믹층 (54) 이 Cr 을 함유하는 경우에는 Cr 을 사용하고, 세라믹층 (54) 이 Ti 를 함유하는 경우에는 Ti 를 사용한다. 이로써, 무전해 도금층 (42) 과 세라믹층 (54) 을 강고하게 유지할 수 있다. 이 점에 있어서, 상기 특허문헌 2 에서는, 탄소 중에 Si 를 함유한 화합물의 중간층이기 때문에, 주로 세라믹층 (54) 과의 밀착성을 향상시킬 수 없다.
이 점에 대해 상세히 서술하면, 무전해 도금층 (42) 표면에, 예를 들어, 세라믹층 (54) 이 CrN 인 경우에는 Cr 층, 세라믹층 (54) 이 TiN 인 경우에는 Ti 층을 형성하는 이유는, 무전해 도금층 (42) 과 세라믹층 (54) 의 각각의 경도의 중간적인 경도의 층을 형성함으로써, 표층을 향해 단계적으로 경도를 증대시키고, 각 층의 계면에서의 박리를 방지하기 위함이다. 이 구성은, 상기 특허문헌 2 의 Si 를 함유한 탄소 화합물과 비교하여, 균등한 경도의 증가가 가능해져, 액적 충돌시의 충격력에 대한 변형에 대해 대응력이 증가하고, 각 층간에서의 박리 방지 능력이 증가하게 된다.
[실시예 4]
도 5 는, 본 실시예에 관련된 내환경성 부재를 설명하는 모식적 단면도이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 관련된 내환경성 부재는, Al 합금 기재 (41), Al 합금 기재 (41) 의 표면에 형성된 무전해 도금층 (42), 무전해 도금층 (42) 의 표면에 형성된 내식성 금속층 (53), 내식성 금속층 (53) 의 표면에 형성된 세라믹층 (54), 및, 세라믹층 (54) 의 표면에 형성된 고분자 전착층 (61) 을 구비한다.
즉, 본 실시예에 관련된 내환경성 부재는, 실시예 3 에 관련된 내환경성 부재의 최표면 부분인 세라믹층 (54) 의 표면에, 고분자 전착층 (61) 이 형성된 것이다.
고분자 전착층 (61) 의 구체예로는, 실시예 2 와 동일하게, 에폭시, 폴리이미드, 불소 또는 폴리이미드아미드재로 한다. 또, 고분자 전착층 (61) 의 두께는 5 ㎛ 이상으로 하고, 보다 바람직하게는 10 ∼ 40 ㎛ 로 한다.
또한, 세라믹층 (54) 의 표면에, 미립자에 의한 숏 블라스트, 또는, 점탄성 입자 중에 경질 세라믹 입자를 함유한 미디어에 의한 숏을 실시한다. 그 위에 고분자 전착층 (61) 을 형성함으로써, 고분자 전착층 (61) 과 세라믹층 (54) 의 밀착성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 하여 형성된 고분자 전착층 (61) 은, 액적의 충격력을 완화시키는 역할과 내코로전성을 향상시키는 역할이 있다. 또한, 코팅 성막시의 관통 결함에 의한 부식을 보다 확실하게 방지할 수 있다.
산업상 이용가능성
본 발명은 내환경성 부재, 그리고, 이것을 사용한 날개차, 압축기 및 엔진으로서 바람직하다.
10 : 선박용 엔진
11 : 엔진 본체
12 : 과급기
13 : 에어 쿨러
14 : EGR 시스템
21 : 컴프레서
22 : 터빈
23 : 스크러버
24 : 데미스터 유닛
25 : EGR 블로어
31 : 홀드 탱크
32 : 펌프
41 : Al 합금 기재
42 : 무전해 도금층
43 : Si 층
44 : DLC 층
53 : 내식성 금속층
54 : 세라믹층
61 : 고분자 전착층

Claims (12)

  1. Al 합금 기재와,
    상기 Al 합금 기재의 표면에 형성된 무전해 도금층과,
    상기 무전해 도금층의 표면에 형성된 Si 층과,
    상기 Si 층의 표면에 형성된 다이아몬드 라이크 카본층과,
    상기 다이아몬드 라이크 카본층의 표면에 형성된 고분자 전착층을 구비하는 것을 특징으로 하는 내환경성 부재.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이아몬드 라이크 카본층의 표면은, 숏 블라스트, 또는, 점탄성 입자 중에 경질 세라믹 입자를 함유한 미디어에 의한 숏이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 내환경성 부재.
  4. Al 합금 기재와,
    상기 Al 합금 기재의 표면에 형성된 무전해 도금층과,
    상기 무전해 도금층의 표면에 형성된 Cr 층과,
    상기 Cr 층의 표면에 형성된, Cr 을 함유하는 세라믹층과,
    상기 세라믹층의 표면에 형성된 고분자 전착층을 구비하는 것을 특징으로 하는 내환경성 부재.
  5. Al 합금 기재와,
    상기 Al 합금 기재의 표면에 형성된 무전해 도금층과,
    상기 무전해 도금층의 표면에 형성된 Ti 층과,
    상기 Ti 층의 표면에 형성된, Ti 를 함유하는 세라믹층과,
    상기 세라믹층의 표면에 형성된 고분자 전착층을 구비하는 것을 특징으로 하는 내환경성 부재.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 세라믹층의 표면은, 숏 블라스트, 또는, 점탄성 입자 중에 경질 세라믹 입자를 함유한 미디어에 의한 숏이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 내환경성 부재.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 세라믹층의 표면은, 숏 블라스트, 또는, 점탄성 입자 중에 경질 세라믹 입자를 함유한 미디어에 의한 숏이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 내환경성 부재.
  10. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항, 제 8 항 및 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 내환경성 부재에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 날개차.
  11. 제 10 항에 기재된 날개차와,
    상기 날개차를 내부에 수용하는 컴프레서 케이싱을 구비하는 것을 특징으로 하는 압축기.
  12. 엔진 본체와,
    상기 엔진 본체의 급기측에 접속된 제 11 항에 기재된 압축기, 및, 그 압축기에 연결되고, 상기 엔진 본체의 배기측에 접속된 터빈을 갖는 과급기와,
    상기 터빈의 배기측과 상기 압축기의 급기측 사이에 접속된 EGR 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진.
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