KR19990016287A - 내마모성 부품 표면 코팅방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내마모성 부품 표면 코팅방법에 관한 것으로, 내마모성을 필요로하는 부품을 일반탄소강으로 가공하여 모재를 준비하는 단계와; 상기 모재의 마찰접촉면에 내마모성 피복제의 농도를 단계적으로 조절하여 경사 피복층을 형성하는 경사코팅단계와, 상기 경사 피복층 및 모재의 계면간 소성변형 및 표면확산을 위해 소정온도에서 열처리하는 확산접합단계;를 포함한다.

이와같은 본 발명에 따르면 로커암 팁과 밸브 리프터의 마모부위에 내마모 특성을 갖는 피복제 성분의 조성이 점진적으로 증가하는 경사코팅이 되어 계면간의 열팽창 차이를 최소화한 상태에서 확산접합되므로 접합력이 뛰어나며, 표면 코팅 공정의 재현성이 뛰어나며, 내마모특성이 향상된다.

Description

내마모성 부품 표면 코팅방법

본 발명은 내마모성 부품 표면 코팅방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일반탄소강 모재에 내마모성 피복제를 경사코팅 및 확산접합하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 내연기관에서 로커암과 밸브 리프터는 도 1 에 도시된 바와 같이, 내마모성 및 상당한 압력과 열에 견딜 수 있는 특성을 필요로 하는 부품이다.

밸브 리프터(valve lifter; 1)는 캠 축의 회전운동을 상하운동으로 바꾸는 부분으로 엔진이 작동중 밸브 리프터(1)의 밑면은 끊임없이 캠(2)과 접촉하고 있으므로 내마모성 및 내열성을 필요로 한다.

로커암(rocker arm; 3)은 실린더 헤드(4)에 장치된 로커암축(5)에 그 중앙부 부근을 지지하고 일단이 푸시로드(6)로 밀려 올라가면 반대의 끝은 밸브 스템을 눌러 밸브(8)를 열도록 작동하며, 로커암(3)이 푸시로드(6)와 접하는 부분은 강한 충격을 받으므로 내마모성을 필요로한다.

이와같은 밸브 리프터(1)와 로커암(2)의 접촉면 내마모성 증가를 위해 고주파 열처리 또는 침탄 질화처리를 하고 있으나, 접촉면의 마찰에 장기간 견디기 힘들어 마모가 진행되며, 이와같은 마모는 밸브 간극의 차이로 나타나게 되어 엔진의 불완전 연소 및 소음을 일으키게 된다. 따라서 운전자가 수시로 밸브의 간극을 조정하여야만 하였다.

한편, 벌크 세라믹(bulk ceramic)을 이용하여 내마모성을 더욱 더 증가시킬 수 있으나 인서트(insert)재를 접합하는 공정이 매우 까다로우며, 생산불량률이 높아 실용화하기에 어려운 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 내마모성을 필요로 하는 부품 즉, 로커암과 밸브 리프터의 마모부위의 내마모성을 간단한 처리공정을 통해 크게 향상시킬 수 있는 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 내마모성을 필요로하는 부품을 일반탄소강으로 가공하여 모재를 준비하는 단계와; 상기 모재의 마찰접촉면에 내마모성 피복제의 농도를 단계적으로 조절하여 경사 피복층을 형성하는 경사코팅(Gradient Coating)단계와, 상기 경사 피복층 및 모재의 계면간 소성변형 및 표면확산을 위해 소정온도에서 열처리하는 확산접합단계;를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 피복제의 성분은 모재 성분에 내마모금속 또는 세라믹이 일정량 함유되어 이루어지며, 상기 내마모금속 또는 세라믹은 Cr₃C₂, TiO₂, Al₂O₃, ZrO_2,Y₂O₃중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피복제의 농도구배는 상기 모재의 표면으로부터 단계적으로 내마모금속 또는 세라믹의 성분비가 30% ; 50% ; 100%로 단계적으로 증가하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 확산접합단계는 용융온도 이하의 계면 열적활성화 온도로 열처리되며, 열적 분사 코팅(Thermal Spray Coating) 방법, 바람직하게는 플라즈마 코팅이나 HVOF(High Velocity Oxygen Fuel)방법으로 이루어진다.

이와같은 본 발명에 따르면 로커암 팁과 밸브 리프터의 마모부위에 내마모 특성을 갖는 피복제 성분의 조성이 점진적으로 증가하는 경사코팅이 되어 계면간의 열팽창 차이를 최소화한 상태에서 확산접합되므로 접합력이 뛰어나며, 표면 코팅 공정의 재현성이 뛰어나며, 내마모특성이 향상된다.

도 1은 일반적인 밸브 리프터와 로커암의 설치상태를 보인 내연기관의 일부를 발췌한 단면도,

도 2는 본 발명의 내마모성 부품 표면 코팅방법에 따른 표면의 현미경 조직을 보인 조직도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명

10 ; 모재 20 ; 피복층

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내마모성 부품 표면 코팅방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 내마모성 부품 표면 코팅방법을 순차적으로 도시한 개략도이다.

본 발명은 내마모성을 필요로하는 부품, 예컨대 자동차의 내연기관에 결합되는 로커암 또는 밸브 리프터를 일반탄소강으로 가공한 모재(10)를 준비한다.

상기 밸브 리프터(valve lifter)의 밑면은 끊임없이 캠과 접촉하고 있으며, 상기 로커암(rocker arm)은 푸시로드와 접하는 부분에 강한 충격을 받으므로 상당한 내마모성을 필요로함은 주지하는 바와 같다.

따라서, 상기 모재(10)의 접촉면의 내마모특성을 부여하기 위해 상기 모재(10)의 마찰접촉면에 내마모성 피복제의 농도를 단계적으로 조절하여 경사 피복층(20)을 형성한다.

경사 피복층(20)을 형성하는 방법은 플라즈마 코팅 또는 HVOF(High Velocity Oxygen Fuel) 방법을 이용한다.

상기 플라즈마 코팅 방법에 따르면, 먼저 플라즈마 건의 애노드 및 캐소드에 고전압을 인가한 후 불활성가스를 주입시켜 가스방전에 의한 가스 플라즈마 이온으로 고온(약 16000℃) 및 고압의 가스이온을 발생시키고, 이와같은 가스이온을 노즐을 통하여 고속으로 분사시키면 화염이 발생되며, 이 때 분말상의 피복제를 플라즈마 화염에 공급하면 고온의 에너지에 의해 용융된 상태로 모재(10)의 표면에 피복된다.

이때, 피복제의 농도구배를 조절하여 모재(10) 성분과 피복제 성분이 점진적인 농도구배, 바람직하게는 모재(10)의 표면으로부터 단계적으로 내마모금속 또는 세라믹의 성분비가 30% ; 50% ; 100%로 단계적으로 증가하는 것이 바람직하다.

상기 피복제의 성분으로는 Cr₃C₂, TiO₂, Al₂O₃, ZrO_2,Y₂O₃중 어느 하나로 이루어진다.

이와같이 경사 코팅된 피복층(20)의 계면간 결합을 위해 확산접합한다.

상기 확산접합은 모재(10)나 피복제의 용융온도 이하의 소성변형 온도로 가열하면 계면에서 열적 에너지에 의해 확산이 일어나 원자간 이동이 일어나면서 확산접합된다. 이때, 모재(10)인 일반탄소강과 피복제인 세라믹재간의 열팽창계수가 서로 상이하여 확산열처리 온도에서 박리될 염려가 있으나 선행공정에서 모재(10)와 피복제의 성분 조성이 점진적으로 경사 코팅되어 있어 계면간 열팽창 차이를 최대한 줄여서 원활한 확산결합이 이루어진다.

즉, 모재(10) 및 피복제의 소성변형 및 표면확산작용으로 피복제에 형성된 공공(Void)이 소멸되어 계면간의 접촉면적이 확대되며, 모재(10) 표면으로 피복제의 용질들이 고용확산되는 확산접합층을 형성하여 계면접합이 이루어진다.

이와같이 밸브 리프터와 로커암의 접촉면 내마모성 증가를 위해 내마모 특성을 갖는 피복제 성분의 조성이 점진적으로 증가하는 경사코팅이 되어 계면간의 열팽창 차이를 최소화한 상태에서 확산접합되므로 접촉면의 마찰에 대한 내성이 강해져 초기에 설정된 밸브 간극을 장기간 유지할 수 있어 밸브 간극의 변경으로 인한 엔진의 불완전 연소 및 소음을 방지할 수 있으며, 운전자가 수시로 밸브의 간극을 조정할 필요가 없어 정비성이 향상된다.

특히, 엔진의 출력을 향상시키기위한 방안으로 최근들어 멀티 밸브 시스템을 지향하고 있는 바, 기존의 밸브 시스템은 밸브 간극이 마모로 변경됨으로 인해 적용하기에 어려움이 있었으나, 본 발명의 표면 코팅된 밸브는 장기간 정밀도를 유지할 수 있어 적용하기에 유리한 장점이 있다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

따라서 본 발명은 로커암 팁과 밸브 리프터의 마모부위에 내마모 특성을 갖는 피복제 성분의 조성이 점진적으로 증가하는 경사코팅이 되어 계면간의 열팽창 차이를 최소화한 상태에서 확산접합되므로 접합력이 뛰어나며, 표면 코팅 공정의 재현성이 뛰어나며, 내마모특성이 향상된다.

Claims (9)

1. 내마모성을 필요로하는 부품을 일반탄소강으로 가공하여 모재를 준비하는 단계와;

   상기 모재의 마찰접촉면에 내마모성 피복제의 농도를 단계적으로 조절하여 경사 피복층을 형성하는 경사코팅(Gradient Coating)단계와,

   상기 경사 피복층 및 모재의 계면간 소성변형 및 표면확산을 위해 소정온도에서 열처리하는 확산접합단계;를 포함하는 내마모성 부품 표면 코팅방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 피복제의 성분은 모재 성분에 내마모금속 또는 세라믹이 일정량 함유되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 내마모성 부품 표면 코팅방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 내마모금속 또는 세라믹은 Cr₃C₂, TiO₂, Al₂O₃, ZrO_2,Y₂O₃중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내마모성 부품 표면 코팅방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 피복제의 농도구배는 상기 모재의 표면으로부터 단계적으로 내마모금속 또는 세라믹의 성분비가 30% ; 50% ; 100%로 단계적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 내마모성 부품 표면 코팅방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 확산접합단계는 용융온도 이하의 계면 열적활성화 온도로 열처리되는 것을 특징으로 하는 내마모성 부품 표면 코팅방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 확산접합단계는 열적 분사 코팅(Thermal Spray Coating) 방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내마모성 부품 표면 코팅방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 열적 분사 코팅은 플라즈마 코팅이나 HVOF(High Velocity Oxygen Fuel)방법으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내마모성 부품 표면 코팅방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 내마모성 부품이 자동차의 로커암 팁(Rocker Arm Tip)인 것을 특징으로 하는 내마모성 부품 표면 코팅방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 내마모성 부품이 자동차의 밸브 리프터(Valve Lifter)인 것을 특징으로 하는 내마모성 부품 표면 코팅방법.