KR102383142B1 - 마찰방지 코팅층 형성방법, 이에 의해 형성된 마찰방지 코팅층을 포함하는 부품 - Google Patents

마찰방지 코팅층 형성방법, 이에 의해 형성된 마찰방지 코팅층을 포함하는 부품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마찰방지 코팅층 형성방법, 이에 의해 형성된 마찰방지 코팅층을 포함하는 부품에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 마찰방지 코팅층 형성방법은 기재 표면에 레이저를 조사하여, 복수 개의 딤플(dimple)이 소정 간격으로 이격된 패턴을 형성하는 단계; 상기 딤플이 형성된 기재의 표면에 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 도포하는 단계; 및 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 건조하여 마찰방지 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물은 윤활성분 및 소듐 실리케이트 및 용매를 포함하며, 상기 윤활성분은 이황화몰리브덴(MoS2), 이황화텅스텐(WS2), 흑연 및 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE) 중에서 하나 이상 포함한다.

Description

마찰방지 코팅층 형성방법, 이에 의해 형성된 마찰방지 코팅층을 포함하는 부품 {FORMING METHOD FOR ANTI-FRICTION COATING LAYER AND ARTICLE COMPRISING ANTI-FRICTION COATING LAYER THEREOF}
본 발명은 마찰방지 코팅층 형성방법, 이에 의해 형성된 마찰방지 코팅층을 포함하는 부품에 관한 것이다.
자동차 산업에서 금속 및 비금속으로 이루어진 부품들의 표면 재질 보호 및 내구성 증가를 개선시키기 위한 다양한 시도가 이루어져 왔으며, 부재 표면에 코팅층을 형성시키는 방법은 이 중 하나이다. 상기 목적을 위해 수많은 코팅소재 및 방법 등이 연구 개발되었으나, 더욱 엄격해지는 환경규제 등으로 인하여, 현재 코팅층을 형성하기 위해 이용되는 조성물 중 특히 유기용매 등의 사용은 머지않아 제약 받을 수 있으며, 코팅층과 모재 사이의 결합력을 향상시키기 위해 모재의 표면을 불규칙한 요철 상태로 가공하는 방법은 마찰력 및 마모에 대해 역효과를 미칠 수 있다.
한편, 자동차 부품 내 접동부에 적용되는 내마모성 코팅 소재 중 모재와 코팅물의 접착력을 향상시켜주는 바인더를 녹이는 용매는 주로 유독성 물질인 N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone, NMP) 등을 사용하여 환경오염을 유발하는 문제점이 있었다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2006-0066135호(2006.06.15. 공개, 발명의 명칭: 접착성이 개선된 코팅 조성물, 코팅된 기재 및 관련 방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 마찰계수 및 내마모 특성이 우수한 마찰방지 코팅층 형성방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 기재와 코팅층 사이의 부착력이 우수한 마찰방지 코팅층 형성방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 친환경성 및 경제성이 우수한 마찰방지 코팅층 형성방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 마찰방지 코팅층 형성방법에 의해 형성된 마찰방지 코팅층을 포함하는 부품을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 마찰방지 코팅층 형성방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 마찰방지 코팅층 형성방법은 기재 표면에 레이저를 조사하여, 복수 개의 딤플(dimple)이 소정 간격으로 이격된 패턴을 형성하는 단계; 상기 딤플이 형성된 기재의 표면에 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 도포하는 단계; 및 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 건조하여 마찰방지 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물은 윤활성분, 소듐 실리케이트 및 용매를 포함하며, 상기 윤활성분은 이황화몰리브덴(MoS2), 이황화텅스텐(WS2), 흑연 및 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE) 중에서 하나 이상 포함한다.
한 구체예에서 상기 딤플은 상기 기재 표면에 10%~35%의 면적밀도로 형성될 수 있다.
한 구체예에서 상기 딤플의 크기는 50㎛~150㎛이며, 상기 딤플의 깊이는 20㎛~50㎛일 수 있다.
한 구체예에서 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물은 상기 윤활성분 30~45 부피% 및 소듐 실리케이트 20~30 부피% 및 용매 30~40 부피%를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물은 기능성 성분 및 첨가제 중 하나 이상을 더 포함하며, 상기 기능성 성분은 아세트산(CH3COOH), 산화리튬(Li2O), 산화칼륨(K2O) 및 알칼리 토금속 중에서 하나 이상 포함하고, 상기 첨가제는 소포제 및 분산제 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 건조는 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물이 도포된 기재를 50℃~80℃에서 1차 건조하고, 그리고 100℃~250℃에서 2차 건조하여 이루어질 수 있다.
한 구체예에서 상기 마찰방지 코팅층은 20㎛~100㎛ 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 마찰방지 코팅층 형성방법에 의해 형성된 마찰방지 코팅층을 포함하는 부품에 관한 것이다.
한 구체예에서 상기 부품은 표면에 복수 개의 딤플(dimple)이 소정 간격으로 이격된 패턴이 형성된 기재; 및 상기 딤플이 형성된 기재의 표면에 형성된 마찰방지 코팅층;을 포함하며, 상기 마찰방지 코팅층은 전술한 마찰방지 코팅층 형성방법에 의해 형성된다.
한 구체예에서 상기 딤플은 상기 기재 표면에 10%~35%의 면적밀도로 형성될 수 있다.
한 구체예에서 상기 딤플의 크기는 50㎛~150㎛이며, 상기 딤플의 깊이는 20㎛~50㎛일 수 있다.
한 구체예에서 상기 마찰방지 코팅층은 20㎛~100㎛ 두께로 형성될 수 있다.
본 발명의 마찰방지 코팅층 형성방법에 의해 형성된 코팅층은, 마찰계수 및 내마모 특성이 우수하며, 기재와 마찰방지 코팅층 사이의 부착력이 우수하고, 유기 바인더 및 용매를 사용하지 않아 친환경성이 우수하며, 제조 단가가 저렴하여 경제성이 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 마찰방지 코팅층 형성방법을 나타낸 것이다.
도 2(a)는 본 발명의 한 구체예에 따른 패턴이 형성된 기재를 나타낸 것이며, 도 2(b)는 상기 기재의 단면을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 마찰방지 코팅층을 포함하는 부품을 나타낸 것이다.
도 4(a)는 본 발명의 한 구체예에 따른 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 기재 표면에 도포한 것을 나타낸 사진이며, 도 4(b)는 상기 도포된 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 건조하여 형성된 마찰방지 코팅층을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 한 구체예에 따른 마찰방지 코팅층을 포함하는 부품 표면의 광학 현미경 사진이다.
도 6(a) 본 발명에 대한 비교예의 기재 표면을 나타낸 사진이며, 도 6(b) 내지 도 6(d)는 본 발명에 따른 실시예의 기재 표면을 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 실시예 및 본 발명에 대한 비교예 기재 표면의 마찰력 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명에 따른 실시예 및 본 발명에 대한 비교예에 대한 마찰력 테스트 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
마찰방지 코팅층 형성방법
본 발명의 하나의 관점은 마찰방지 코팅층 형성방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 마찰방지 코팅층 형성방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 본 발명의 마찰방지 코팅층 형성방법은 (S10) 기재 표면에 레이저를 조사하여, 복수 개의 딤플(dimple)이 소정 간격으로 이격된 패턴을 형성하는 단계; (S20) 상기 딤플이 형성된 기재 표면에 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 도포하는 단계; 및 (S30) 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 건조하여 마찰방지 코팅층을 형성하는 단계;를 포함한다.
이하, 본 발명의 마찰방지 코팅층 형성방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 레이저 패턴 형성단계
상기 단계는 기재 표면에 레이저를 조사하여, 복수 개의 딤플(dimple)이 소정 간격으로 이격된 패턴을 형성하는 단계이다.
본 발명에서 상기 기재는 금속 재질, 세라믹 재질 또는 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 한 구체예에서 상기 금속으로 니켈, 티타늄, 알루미늄, 구리, 철, 스테인레스 스틸 및 이들의 합금을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
한 구체예에서 상기 플라스틱으로 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리비닐클로라이드(Polyvinyl chloride, PVC), 폴리비닐리덴클로라이드(Polyvinylidene chloride, PVDC), 폴리에틸렌터프탈레이트(Polyethylene terphthalate, PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 및 나일론(Nylon) 중 하나 이상을 사용할 수 있다.
도 2(a)는 본 발명의 한 구체예에 따른 패턴이 형성된 기재를 나타낸 것이며, 도 2(b)는 상기 기재의 단면을 나타낸 것이다. 상기 도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 한 구체예에서 상기 레이저 조사는, 코팅 대상 모재를 준비하여 알코올 등으로 표면을 세척하고, 레이저 가공 장비를 이용하여, 상기 모재가 딤플 형상의 요철 단면을 갖도록 가공할 수 있다. 한 구체예에서 레이저 가공 장비를 이용하여 펄스드 모드(pulsed mode)에서 수행될 수 있다.
한 구체예에서 상기 딤플 주변에 형성된 버(burr)의 높이는 0.1~3㎛로 존재할 수 있으며, 필요에 따라 샌드페이퍼로 상기 버를 제거할 수 있다.
상기 도 2(a) 및 도 2 (b)를 참조하면, 기재(10) 표면에는 복수 개의 딤플(12)이 소정의 간격으로 이격하여 배열될 수 있다. 예를 들면 서로 격자 형태로 배열될 수 있다. 상기 딤플은, 깊이가 반구형의 형태로 형성될 수 있다.
한 구체예에서 딤플(12)은, 기재(10) 표면에 10%~35%의 면적밀도로 형성될 수 있다. 이때, 상기 면적밀도는 하기 식 1에 의해 도출될 수 있다:
[식 1]
딤플 면적밀도(%)=(기재 표면에 형성된 딤플 단면적의 합/기재 표면의 면적) x 100
상기 면적밀도로 딤플 패턴 형성시, 본 발명의 마찰방지 코팅층의 부착력이 우수하고, 마찰계수를 저감하는 효과가 우수하다.
상기 도 2(b)를 참조하면, 상기 딤플의 크기(d)는 50㎛~150㎛일 수 있다. 여기서, 상기 “크기”는 딤플의 최대 길이를 의미하는 것으로 정의하도록 한다. 상기 범위로 형성시, 후술할 마찰방지 코팅층의 부착력이 우수하며, 마찰계수를 저감하는 효과가 우수하다.
또한 상기 도 2(b)를 참조하면, 상기 딤플의 깊이(h1)는 상기 딤플 크기(d)에 대하여, 5%~30%로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 딤플 크기(d)에 대하여 5%~20%로 형성될 수 있다. 한 구체예에서 상기 딤플의 깊이(h1)는 20㎛~50㎛일 수 있다. 상기 깊이로 형성시, 후술할 마찰방지 코팅층의 부착력이 우수하며, 마찰계수를 저감하는 효과가 우수하다.
(S20) 마찰방지 코팅층 형성용 조성물 도포단계
상기 단계는 상기 딤플이 형성된 기재 표면에 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 도포하는 단계이다. 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물은, 본 발명의 마찰방지 특성을 향상시키는 목적으로 포함된다.
마찰방지 코팅층 형성용 조성물
한 구체예에서 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물은 윤활성분 및 실리케이트계 바인더를 포함한다. 이하, 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물의 구성 성분을 상세히 설명하도록 한다.
윤활성분
상기 윤활성분은 본 발명 코팅층의 윤활성을 부여하는 목적으로 포함된다. 한 구체예에서 상기 윤활성분은 이황화몰리브덴(MoS2), 이황화텅스텐(WS2), 흑연 및 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE) 중에서 하나 이상 포함한다. 상기 폴리테트라플루오로에틸렌은, 분말 형태로 사용할 수 있다.
한 구체예에서 상기 윤활성분의 크기는 0.1~300㎛ 일 수 있다. 여기서, 상기 “크기”는 상기 윤활성분의 최대 길이를 의미하는 것으로 정의하도록 한다. 상기 크기에서 윤활성 향상 효과가 우수할 수 있다. 예를 들면, 0.1~50㎛ 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 윤활성분으로 상기 이황화텅스텐(WS2) 및 흑연을 1:0.1~2 부피비로 포함할 수 있다. 상기 부피범위로 포함시 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물의 상용성 및 윤활 효과가 우수할 수 있다.
상기 윤활성분은 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물 전체부피에 대하여 30~45 부피% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 코팅층의 부착력을 저해하지 않으면서, 윤활특성 및 내구성이 우수할 수 있다. 예를 들면 30~40 부피% 포함될 수 있다.
소듐 실리케이트
상기 소듐 실리케이트(sodium silicate, Na2O·nSiO2·nH2O 또는 Na2SiO3)는 본 발명의 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 기재 표면에 접착하기 위한 목적으로 포함된다. 기존의 접착제와는 달리 공해를 유발시키지 않아 환경 친화적이며, 접착력이 우수할 수 있다.
상기 소듐 실리케이트는 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물 전체부피에 대하여 20~30 부피%로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시, 상기 소듐 실리케이트 및 윤활성분의 혼합성 및 분산성이 우수하여, 후술할 마찰방지 코팅층의 윤활성과, 기재와의 부착성이 우수할 수 있다. 예를 들면 23~26.2 부피%로 포함될 수 있다.
용매
상기 용매는 상기 윤활성분 및 소듐 실리케이트를 혼합과는 과정에서, 조성물의 점도를 조절하여, 상기 조성물의 구성 성분들의 균일한 혼합성 및 작업성을 확보하기 위한 목적으로 포함된다. 예를 들면 상기 용매로는 물을 사용할 수 있다.
한 구체예에서 상기 용매는 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물 전체부피에 대하여 30~40 부피%로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물의 혼합성 및 작업성이 우수할 수 있다. 예를 들면 34~39.4 부피%로 포함될 수 있다.
기능성 성분
본 발명에서 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물은 기능성 성분을 더 포함할 수 있다. 상기 기능성 성분은, 상기 조성물의 내수성을 향상시키기 위한 목적으로 포함될 수 있다.
한 구체예에서 상기 기능성 성분은 아세트산(CH3COOH), 산화리튬(Li2O), 산화칼륨(K2O) 및 알칼리 토금속 중에서 하나 이상 포함할 수 있다. 상기 알칼리 토금속은, 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba) 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 종류의 기능성 성분을 포함시, 마찰방지 코팅층의 내수성이 향상될 수 있다.
한 구체예에서 상기 기능성 성분은 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물 전체부피에 대하여 0.1~5 부피%로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 마찰방지 코팅층의 내수성이 우수할 수 있다. 예를 들면 3~4 부피% 포함될 수 있다.
첨가제
본 발명에서 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는 소포제 및 분산제 중에서 하나 이상을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 첨가제는 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물 전체부피에 대하여 0.01~5 부피%로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 조성물을 이용한 마찰방지 코팅층 형성시, 기포 발생 및 성분 응집현상을 방지할 수 있다. 예를 들면 0.01 내지 0.2 부피% 포함될 수 있다.
한 구체예에서 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물은, 전술한 성분을 고형분 함량이 30~80 부피%가 되도록 하여 호모게나이저에 투입하여 혼합하거나, 볼 밀링(ball milling)한 다음, 5~15분 동안 초음파 처리하여 제조할 수 있다. 예를 들면, 고형분 함량은 30~40 부피%가 될 수 있다. 한 구체예에서 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물은, 기재(10)의 표면 형태(기재의 겉표면 및 기재에 형성된 딤플의 표면)를 따라 도포할 수 있다. 한 구체예에서 상기 조성물을 상기 딤플 패턴이 형성된 기재 표면에 스프레이할 수 있다. 다른 구체예에서 상기 조성물을 기재(10) 표면에 닥터 블레이드 또는 스크린 프린팅 공정을 이용하여 도포할 수 있다.
(S30) 마찰방지 코팅층 형성단계
상기 단계는 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 건조하여 마찰방지 코팅층을 형성하는 단계이다.
한 구체예에서 상기 건조는 급격한 승온에 의한 코팅층의 균열 및 내구성 저하를 방지하기 위해 수 회에 걸쳐 단계적으로 승온하여 건조 및 경화시킬 수 있다. 예를 들면 상기 건조는 마찰방지 코팅층 형성용 조성물이 도포된 기재를 50℃~80℃에서 1차 건조하고, 100℃~250℃에서 2차 건조하여 이루어질 수 있다. 상기와 같이 조건으로 건조시, 마찰방지 코팅층의 외관성, 표면 윤활 특성 및 내구성이 우수할 수 있다.
상기 2차 건조시 100℃ 미만의 온도로 상기 도포된 조성물을 건조시키면, 건조 시간의 지연되며, 코팅층과 기재 사이의 결합 및 고착 상태가 불량하며, 250℃를 초과하는 온도로 건조시킬 경우에는 급격한 승온에 의한 코팅층 표면의 균열이 발생하거나, 코팅층의 내구성이 저하될 수 있다.
예를 들면, 상기 건조는 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물이 도포된 기재를 50℃~80℃에서 30분 내지 1 시간 동안 1차 건조하고, 그리고 100℃~250℃에서 1 시간 내지 2 시간 동안 2차 건조하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 조성물의 도포 및 건조는 1회 이상 반복하여 상기 마찰방지 코팅층을 형성할 수 있다.
한 구체예에서 상기 마찰방지 코팅층은 20㎛~100㎛ 두께로 형성될 수 있다. 상기 두께 범위로 코팅층 형성시 내마모 특성 및 내구성이 우수할 수 있다.
본 발명에 따른 마찰방지 코팅층 형성용 조성물로부터 형성된 마찰방지 코팅층은, 기존 유기 바인더 코팅층과 동등한 수준의 마찰계수 및 내마모성 특성을 가지며, 코팅 용액을 제조하기 위한 시간 및 비용을 절감할 수 있고, 공정 단계를 줄일 수 있어, 경제성이 우수하며, 기존 바인더 성분에 포함되는 유기 용매 등으로 인한 폐기물 및 그에 따른 환경 오염을 방지할 수 있다. 특히, 자동차 부품 등에 적용하는 경우, 내구성 및 연비 향상 등의 성능을 극대화시킬 수 있다.
마찰방지 코팅층을 포함하는 부품
본 발명의 다른 관점은 상기 마찰방지 코팅층 형성방법에 의해 형성된 마찰방지 코팅층을 포함하는 부품에 관한 것이다.
도 3은 본 발명의 한 구체예에 따른 부품을 나타낸 것이다. 상기 도 3을 참조하면, 부품(100)은 표면에 복수 개의 딤플(dimple)(12)이 소정 간격으로 이격된 패턴이 형성된 기재(10); 및 상기 딤플(12)이 형성된 기재(10)의 표면에 형성된 마찰방지 코팅층(20);을 포함하며, 마찰방지 코팅층(20)은 상기 마찰방지 코팅층 형성방법에 의해 형성된다.
한 구체예에서 딤플(12)은 기재(10) 표면에 10%~35%의 면적밀도로 형성될 수 있다. 상기 면적밀도에서, 본 발명의 마찰방지 코팅층의 부착력이 우수하고, 마찰계수를 저감하는 효과가 우수하다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 딤플의 크기(d)는 50㎛~150㎛일 수 있다. 상기 범위로 형성시 마찰방지 코팅층의 부착력이 우수하며, 마찰계수를 저감하는 효과가 우수하다.
상기 도 3을 참조하면, 상기 딤플의 깊이(h1)는 상기 딤플 크기(d)에 대하여, 5%~30%로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 딤플 크기(d)에 대하여 5%~20%로 형성될 수 있다. 한 구체예에서 상기 딤플의 깊이(h1)는 20㎛~50㎛일 수 있다. 상기 깊이로 형성시, 후술할 마찰방지 코팅층의 부착력이 우수하며, 마찰계수를 저감하는 효과가 우수하다.
상기 도 3을 참조하면, 마찰방지 코팅층(20)의 두께(h2)는 20㎛~100㎛ 일 수 있다. 상기 두께에서 본 발명의 내마모 특성 및 내구성이 우수할 수 있다.
본 발명에 따라 형성되는 마찰방지 코팅층을 포함하는 부품은, 금속 및 비금속, 세라믹 재질 등의 표면에 적용될 수 있으며, 특히 내연기관 피스톤, 피스톤 링(piston ring), 및 캠샤프트(camshaft) 등의 접동 부품에 적용할 경우에는 마찰 및 마모 효과가 우수하여 부품의 내구성 및 연비 향상 등에 큰 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 및 비교예
실시예 1
기재 표면에 레이저를 조사하여, 도 2와 같이 크기(d)가 70㎛이고, 깊이가 20㎛인 딤플(dimple) 복수 개가 소정 간격으로 이격된 패턴을 형성하였다. 이때, 하기 식 1과 같이 계산되는 상기 딤플의 면적밀도가 11%가 되도록 딤플 패턴을 형성하였다:
[식 1]
딤플 면적밀도(%)=(기재 표면에 형성된 딤플 단면적의 합/기재 표면의 면적) x 100
윤활성분(이황화텅스텐) 35 부피%, 소듐 실리케이트 25 부피%, 용매(증류수) 36 부피%, 기능성 성분(아세트산(CH3COOH) 및 산화리튬(Li2O) 1:1 부피비로 포함) 3.8 부피%, 소포제 0.1 부피% 및 분산제 0.1 부피%를, 호모게나이저에 투입하여 30분~1시간 균일하게 혼합한 다음, 초음파 분산 공정을 약 5~15분 정도 진행하여 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 제조하였다.
그 다음에, 상기 딤플이 형성된 기재의 표면(기재의 겉표면 및 기재에 형성된 딤플의 표면)에 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 도포하고, 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 50℃~80℃에서 30분~1시간 동안 1차 건조하고, 그리고 100℃~250℃에서 1~2시간 동안 2차 건조하여, 도 3과 같이 두께(h2) 20㎛의 마찰방지 코팅층을 형성하여 부품을 제조하였다.
실시예 2
기재 표면에 딤플 패턴을 21%의 면적밀도로 형성한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 부품을 제조하였다.
실시예 3
기재 표면에 딤플 패턴을 35%의 면적밀도로 형성한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 부품을 제조하였다.
비교예 1
기재 표면에 딤플 패턴을 형성하지 않은 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 마찰방지 코팅층을 형성하여 부품을 제조하였다.
도 4(a)는 본 발명의 한 구체예에 따른 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 기재 표면에 도포한 것을 나타낸 사진이며, 도 4(b)는 상기 도포된 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 건조하여 형성된 마찰방지 코팅층을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 한 구체예에 따른 마찰방지 코팅층을 포함하는 부품 표면의 광학 현미경 사진이다.
도 6(a)는 상기 비교예 1의 기재 표면을 나타낸 것이고, 도 6(b)는 실시예 1의 기재 표면을 나타낸 것이며, 도 6(c)는 실시예 2의 기재 표면을 나타낸 것이고, 그리고 도 6(d)는 실시예 3의 기재 표면을 나타낸 것이다.
도 7은 상기 실시예 1~3 및 비교예 1 기재 표면의 마찰력 테스트 결과를 나타낸 그래프이다. 좀 더 구체적으로 상기 실시예 1~3 및 비교예 1에 대하여, TE77 마찰마모 시험기를 이용하여, 윤활 조건에서 마찰력 테스트를 실시하였다.
상기 도 6 및 도 7을 참조하면, 표면에 딤플 패턴을 형성한 실시예 1~3의 기재 표면은, 딤플 패턴을 형성하지 않은 비교예 1보다 마찰 계수가 낮게 유지되는 것을 알 수 있었다.
본 발명에 따른 실시예 3 및 본 발명에 대한 비교예 1, 비교예 2(표면에 딤플 및 코팅층을 형성하지 않은 기재)에 대하여, 마찰력 테스트를 실시하여 그 결과를 도 8에 나타내었다. 구체적으로, 상기 실시예 3 및 비교예 1~2에 대하여, TE77 마찰마모 시험기를 이용하여, 윤활유 없는 건식 조건에서 100N의 하중 및 20Hz의 왕복속도로 마찰력 테스트를 실시하였다.
상기 도 8을 참조하면, 상기 실시예 3은 내구성이 우수한 코팅층이 형성되어, 마찰력 테스트 시간이 300초 이상 경과하여도 마찰계수가 낮게 유지된 반면, 비교예 2의 경우 약 70초 만에 기재 표면이 파열되었고, 비교예 1의 경우 약 200초 만에 코팅층이 파열되어, 마찰계수가 크게 증가하는 것을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
10: 기재 12: 딤플
20: 마찰방지 코팅층 100: 부품

Claims (11)

  1. 기재 표면에 레이저를 조사하여, 복수 개의 딤플(dimple)이 소정 간격으로 이격된 패턴을 형성하는 단계;
    상기 딤플이 형성된 기재의 표면에 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 도포하는 단계; 및
    상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물을 건조하여 마찰방지 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 건조는 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물이 도포된 기재를 50℃~80℃에서 1차 건조하고, 그리고 100℃~250℃에서 2차 건조하여 이루어지며,
    상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물은 윤활성분 30~45 부피%, 소듐 실리케이트 20~30 부피% 및 용매 30~40 부피%를 포함하고,
    상기 윤활성분은 이황화몰리브덴(MoS2), 이황화텅스텐(WS2), 흑연 및 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE) 중에서 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰방지 코팅층 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 딤플은 상기 기재 표면에 10%~35%의 면적밀도로 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰방지 코팅층 형성방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 딤플의 크기는 50㎛~150㎛이며, 상기 딤플의 깊이는 20㎛~50㎛인 것을 특징으로 하는 마찰방지 코팅층 형성방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 마찰방지 코팅층 형성용 조성물은 기능성 성분 및 첨가제 중 하나 이상을 더 포함하며,
    상기 기능성 성분은 아세트산(CH3COOH), 산화리튬(Li2O), 산화칼륨(K2O) 및 알칼리 토금속 중에서 하나 이상 포함하고,
    상기 첨가제는 소포제 및 분산제 중에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 마찰방지 코팅층 형성방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 마찰방지 코팅층은 20㎛~100㎛ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 마찰방지 코팅층 형성방법.
  8. 표면에 복수 개의 딤플(dimple)이 소정 간격으로 이격된 패턴이 형성된 기재; 및
    상기 딤플이 형성된 기재의 표면에 형성된 마찰방지 코팅층;을 포함하며,
    상기 마찰방지 코팅층은 제1항 내지 제3항, 제5항, 제7항중 어느 한 항의 마찰방지 코팅층 형성방법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 부품.
  9. 제8항에 있어서, 상기 딤플은 상기 기재 표면에 10%~35%의 면적밀도로 형성되는 것을 특징으로 하는 부품.
  10. 제8항에 있어서, 상기 딤플의 크기는 50㎛~150㎛이며, 상기 딤플의 깊이는 20㎛~50㎛인 것을 특징으로 하는 부품.
  11. 제8항에 있어서, 상기 마찰방지 코팅층은 20㎛~100㎛ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 부품.
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