KR20010062009A

KR20010062009A - 경사판 압축기용으로서 비스무쓰를 함유한 납 없는 구리기코팅

Info

Publication number: KR20010062009A
Application number: KR1020000071863A
Authority: KR
Inventors: 빈펭
Original assignee: 레슬리 씨. 호지스; 비스테온 글로벌 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 1999-12-01
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2001-07-07
Also published as: US6926779B1; EP1106704A1

Abstract

본 발명은 중량비로 0.2 내지 15%의 비스무쓰와, 5 내지 40%의 니켈, 1 내지 20%의 크롬, 1 내지 20%의 철 및 1 내지 10%의 코발트를 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속과, 구리가 55% 이상인 잔부를 포함하는 납 없는 구리기 코팅층이 적어도 일 부분에 코팅된 알루미늄 합금 또는 철 합금의 표면에 관한 것이다. 이 표면은 경사판(swashplate)형 압축기에서 사용되는 경사판의 표면일 수도 있다.

Description

경사판 압축기용으로서 비스무쓰를 함유한 납 없는 구리기 코팅{LEAD-FREE COPPER-BASED COATINGS WITH BISMUTH FOR SWASHPLATE COMPRESSORS}

본 발명은 교착 방지(anti-seizure) 및 내마모 능력(wear capabilities)을 표면에 제공하는데 유용한 합금 코팅에 관한 것이다. 대부분의 구리 합금 코팅은 비스무쓰와 니켈, 크롬 및 철 중의 적어도 하나를 포함하고 납이 없는 코팅이다. 이러한 구리기 합금은 경사판을 회전시켜 냉매를 압축하는 경사판형 압축기에 사용되는 경사판 상의 코팅로 특히 유용하다. 경사판 몸체는 알루미늄 합금 또는 철 합금이다.

종래에는, 경사판형 압축기는 자동차의 공조 장치와 같은 시스템에 사용되었다. 공지의 경사판형 압축기에 따르면, 구동력의 전달은 경사판이 회전하여 피스톤이 왕복 운동함으로써 가스를 흡입, 압축 및 배기하여 이루어졌다. 경사판은 통상 알루미늄 합금 또는 철 합금으로 구성된다. 경사판이 회전할 때 그 경사판과 미끄럼 접촉하는 슈(shoe)는 철 합금 또는 구리 합금으로 구성된다. 슈 및 경사판의 접경면에서의 금속 대 금속 접촉은 경사판에 대한 슈의 부적절한 마모와 교착 가능성을 방지하기 위해 특별한 주의가 취해져야 한다. 이 문제에 대한 양호한 대처 방안은 경사판에 윤활 코팅을 가하는 것이었다.

중합체기 코팅(polymer based coating)이 알루미늄 경사판 코팅용으로 제안되었다. 미국 특허 제5,655,432호는 알루미늄에 직접 접착된 교차 결합된 폴리플루오르-탄성 중합체, 윤활 첨가제 및 붕소 탄화물과 같은 하중 지지용 첨가제를 함유한 혼합물의 코팅으로써 경사판을 처리하고 있다. 이 부분은 코팅을 소정의 영역에만 가하기 위해 마스킹된다. 일본 특허 출원 (소)58-129646호는 붕소 질화물,수지와 함께 고형화된 플루오르화 수지와 같은 고체 윤활제로 코팅된 경사판을 개시한다. 이것은 또한 주석 및 납과 같은 연질 금속(soft metal) 코팅을 개시한다. 중합체기 코팅은 중합체의 물리적 특징에 기인한 건조 조건에서 뛰어난 마찰 감소와 교착 저항을 제공하면서 소정의 내마모 저항(내구성)보다는 작은 내마모 저항(내구성)을 갖는다. 즉, 중합체기 코팅은 이들이 접촉하는 대응부, 일반적으로 철금속인 대응부에 비해 연하고, 고온에서는 보다 더 연해지기 때문이다.

금속 코팅은 통상 경사판 표면을 처리하는 데에 이용된다. 예를 들면, 미국 특허 제5,056,417호는 구리, 니켈, 아연, 납 및 인듐으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속과 주석으로 제조된 표면 코팅층으로써 경사판 몸체를 처리한다. 미국 특허 제5,864,745호는 경사판 코팅에 유용한 납을 포함하는 구리기 재료로 분무된 플레임을 개시한다. 납을 함유한 청동은 내마모 제품에 적합하도록 높은 하중 지지 성능과 교착 방지 저항을 갖는다. 그러나, 코팅 재료로부터 납을 제거하는 것은 환경 및 건강 인식으로 인해 많은 산업에서 연구의 촛점이 되어왔다. 본원 발명자들은 현저한 내마모성을 가지고 종래 코팅의 결함을 극복하는 신규한 납 없는 구리기 코팅 재료를 발견하였다.

본 발명은 알루미늄기 합금 또는 철기 합금으로 구성된 표면 코팅 합금에 관한 것이다. 이 표면은 경사판형 압축기에 사용되는 경사판의 코팅 합금일 수도 있다. 이 코팅은 중량비로 0.2 내지 15%의 비스무쓰와, 5 내지 40%의 니켈, 1 내지 20%의 크롬, 1 내지 20%의 철 및 1 내지 10%의 코발트를 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 포함하며 잔부의 구리가 55% 이상이며 보다 양호하게는 구리는 코팅의 62 내지 74%를 구성하는 납 없은 구리기 합금이다. 양호하게는, 그 코팅은 0.2 내지 5%의 흑연, 0.2 내지 5%의 몰리브덴 이황화물(MoS₂), 0.5 내지 8%의 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 및 0.5 내지 8%의 인듐으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 재료를 더 포함한다.

철 합금 또는 알루미늄 합금의 표면은 경사판형 압축기의 경사판 표면 또는 개선된 내마모성과 윤활성이 도움이 되는 다른 표면일 수도 있다. 이러한 경사판 압축기는 통상 실린더 블록의 축과 평행하게 배치된 실린더 보어를 갖는 실린더 블록을 포함한다. 회전 샤프트는 실린더 블록 내에 회전 가능하게 장착되고, 경사판은 실린더 블록 내에서 회전 샤프트와 함께 회전하기 위해 회전 샤프트에 연결된다. 피스톤은 실린더 보어 내에서 왕복하도록 장착된다. 슈는 피스톤과 경사판 사이에서 미끄럼 가능하게 개재한다.

유리하게는, 구리기 코팅은 뛰어난 마모 저항과 높은 교착 방지 저항을 갖는 표면을 제공한다. 최적으로는, 이러한 표면은 납 없는 코팅에 의해 제공된다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사판 압축기의 분해도.

도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 코팅을 가지는 경사판 표면의 개략도.

도3은 비교 실시예의 재료 및 본 발명의 실시예의 재료의 한계 윤활 시험 결과를 나타내는 그래프.

도4는 도3의 코팅 재료의 윤활 조건하의 하중 지지 성능 시험 결과를 나타내는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 압축기

12, 14 : 실린더 블록

16 : 피스톤

20 : 경사판

24 : 슈

30 : 코팅층

본 발명의 표면 코팅층은 임의의 알루미늄기 또는 철기 합금 표면 상에 가해질 수도 있다. 이 표면은 경사판(20)의 표면 또는 향상된 마모 저항과 교착 방지 능력이 도움이 되는 부싱과 같은 다른 부품의 표면일 수도 있다. 본 발명의 코팅의 일 사용예를 설명하기 위해, 경사판형 압축기의 경사판 표면의 코팅이 보다 상세히 설명된다. 압축기는 하나의 실린더 블록과 일방향 피스톤을 가진 고정 용량형 또는 가변 용량형 압축기일 수 있다. 도1은 냉각 회로를 통해 냉매를 추진시키는 자동차의 경사판형 압축기(10)의 분해 사시도이다. 압축기(10)는 복수의 왕복 운동하는 피스톤(16)이 제공된 2개의 부품의 실린더 블록(12, 14)을 포함한다. 도1에는 도시를 명료하게 하기 위해 왕복 피스톤(16) 중 단지 하나만 도시하였다. 실제로는, 각 피스톤(16)은 실린더 보어(18) 내에서 왕복운동한다.

각 피스톤(16)은 축방향으로 연장된 회전 가능한 샤프트(22) 상에 고정적으로 장착된 경사판(20)과 통해 있다. 해당 실린더 보어 내에서의 각 피스톤(16)의 왕복운동은 냉매 가스를 연속적으로 흡입, 압축 및 배출한다. 한 쌍의 선회 슈(24)들은 각각의 피스톤(16) 및 경사판(20) 사이에 위치한다. 슈(24)는 경사판(20)의 회전 운동을 피스톤(16)의 직선 운동으로 변환시킨다. 경사판(20)은 슈(24)에 접촉하는 2개의 면향 표면(26)(도시를 명료하게 하기 위해 단지 하나만 도시됨)들을 구비한다.

샤프트(22)의 회전은 경사판(20)이 실린더 블록(12, 14) 사이에서 회전하게 한다. 면향 표면(26)은 슈(24)와 접촉하여 슈(24)와 전단 마찰 접촉을 받는다. 단부면(28)은 피스톤(16)이 약간 빗나가거나 구부러지면 피스톤(16)과 접촉될 수 있다. 상술한 바와 같이, 면향 표면(26) 및 단부면(28)은 피스톤(16) 및 슈(24)와의 접촉으로부터 초래될 수도 있는 경사판 표면의 마모를 방지하기 위해 코팅되어 있다. 주지하는 바와 같이, 이러한 코팅은 압축기의 효율을 증가시키기 위해 낮은 마찰 계수를 가져야 한다. 본 발명에 따른 경사판(20)의 형상은 종래의 경사판들의 형상과 같을 수도 있다. 경사판 몸체(20)의 기지(matrix)를 구성하는 재료는 알루미늄 합금 또는 철 합금이다. 예를 들어, 알루미늄 합금은 알루미늄-고실리콘계 합금, 알루미늄-실리콘-마그네슘계 합금일 수 있다. 예를 들어, 철 합금은 AISI 4130 또는 주철일 수 있다.

만일 경사판에 코팅층이 없다면, 경사판 몸체는 슈즈(24)와 직접 접촉한다. 그러나, 본 발명에 따르면 작동 중에 표면 코팅층(30)이 경사판 몸체(20)에 존재하여 낮은 윤활 작용 또는 무 윤활 작용 상태에서의 교착 가능성이 크게 감소하도록 슈(24)와 접촉한다. 본 발명에 따르면, 도2에서의 표면 코팅층(30)은 적어도 슈(24)와 미끄럼 가능하게 접촉하는 경사판 몸체(20)의 표면에 형성된다. 이 설명에서 알 수 있듯이, 표면의 전체 또는 일부분이 코팅될 수도 있다. 경사판의 경우에는, 코팅은 압축기의 작동 중에 슈와 접촉하는 적어도 경사판 표면에 통상 가해진다. 본 발명의 코팅을 경사판에 사용함으로써, 경사판(20)과 슈(24) 사이의 마찰은 경사판(20) 상의 슈(24)의 매끄러운 미끄럼이 보장되도록 작아진다. 그러므로, 표면 코팅층(30)은 강도 면에서 우수하여 코팅층 상에서 일어나는 마멸량을 감소시킨다.

본 발명의 합금 코팅은, 중량비로 0.2 내지 15%의 비스무쓰와, 5 내지 40%의 니켈, 1 내지 20%의 크롬, 1 내지 20%의 철 및 1 내지 10%의 코발트를 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속과, 구리가 55% 이상인 잔부를 포함하는 납 없는 구리기 코팅이다. 이 코팅은 0.2 내지 5%의 흑연, 0.2 내지 5%의 몰리브덴 이황화물(MoS₂), 0.5 내지 8%의 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE) 및 0.5 내지 8%의 인듐을 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 선택적 재료를 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 구리기 코팅의 양호한 실시예에서는, 코팅은 0.5 내지 6%의 비스무쓰, 15 내지 30%의 니켈, 1 내지 5%의 크롬, 1 내지 5%의 철, 0.5 내지 4%의 흑연, 0.5 내지 4%의 몰리브덴 이황화물, 1 내지 5%의 PTFE 및 1 내지 5%의 인듐을 포함한다. 양호한 코팅에서는 구리는 62 내지 74%의 중량을 함유하는 것이 최적이다. 흑연, MoS_2,PTFE 및 인듐은 코팅의 마찰을 줄이고 교착 방지 성질을 향상시키는 데에 유용하다. 본 발명에 사용된 PTFE는 이 기술 분야에서 주지의 재료이다.

본 발명의 조성의 다른 중요한 태양은 특정 적용예에 바람직한 최적의 특성을 제공하기 위해 상술한 바와 같이 비스무쓰의 양이 변할 수 있다는 것이다. 즉, 비스무쓰가 윤활성을 개선할 수 있으므로 코팅 구성에서는 보다 많은 양의 비스무쓰가 바람직할 수도 있다. 그러나, 만일 코팅이 열 스프레이에 의해 가해진다면 비스무쓰는 코팅 공정중에 연소하여 바람직하지 못하게 코팅의 미세 구조에 공극(porosity)을 줄 수 있다. 구체적 적용예에서는, 잔부는 첨가된 비스무쓰의 양을 기초로 코팅의 윤활성 및 기계적 강도와 집적도 사이에서 좌우된다. 본원에서 정의된 범위 내에서 최적의 양을 선택하는 것은 본 발명의 개시 내용을 고려한 당해 기술 분야의 통상인에게는 명확할 것이다.

코팅 형성의 한 공정에 따르면, 바람직한 코팅에서의 요소들이 분말이나 와이어의 형태로 혼합 및 제조된다. 그 후, 이 재료는 다양한 열 스프레이 코팅 공정 또는 분말 야금법에 의해 요소 표면에 가해질 수도 있다. 양호한 경사판 실시예에서는, 전기 와이어 아크 공정, 플라즈마 공정 및 고속 산소 연료(HVOF; high velocity oxygen fuel) 공정을 포함하는 열 스프레이법이 사용된다. 후 코팅 열처리는 코팅 내의 잔류 열응력을 완화하기 위해 그리고 계면 접착을 향상시키기 위해 행해질 수 있다.

와이어 아크 스프레이 공정에서는, 공급 재료는 고체 합금 와이어 또는 코드 와이어일 수 있는 와이어 형태이다. 코드 와이어는 금속 시트/포일로 그 중심에 분말을 감싸서 형성된다. 스프레이 도중, 전기 아크에 의해 생성된 고온이 와이어 선단을 용융시키고, 용융된 금속 입자들이 채널을 통과하는 공기 젯에 의해 생성된다. 그 후, 용융된 입자들은 타겟(target)으로 추진되고 표면에 부딪혀 코팅층을 형성한다. 이러한 스프레이 공정에서는 초기 재료가 용융, 산화, 신속한 고체화 및 확산 과정을 거치므로 코팅의 조성이 공급 재료의 조성과는 다르다는 사실을 주목해야 한다. 코드 와이어 사용은 초기 공급 와이어의 비균질성으로 인하여 다른 열 스프레이법과 비교해서 보다 덜 균질한 미세구조를 생성한다는 것이 발견되었다. 또한, 고온 전기 아크에서는 구리 및 니켈에 비교하여 보다 더 낮은 용융점을 갖는 비스무쓰가 연소되므로, 코팅층에서의 비스무쓰 함량은 초기 재료 성분보다 감소한다.

반면에, HVOF 및 플라즈마 스프레이 공정은 공급 재료로 분말을 사용한다. 분말 입자는 고속으로 진행하고 적용 온도는 와이어 아크 스프레이 공정에서의 온도와 비교해서 낮다. 그 결과, 이러한 공정에서의 코팅의 질과 결합 강도는 와이어 아크 스프레이 공정에서보다 한층 더 높다. 와이어 아크는 통상 4% 이상의 공극율이 생성되는 반면 HVOF로부터의 공극율은 1% 미만일 수 있다. 그러나, HVOF 또는 플라즈마 공정의 비용은 매우 높아서, 상업적으로는 덜 양호하다. 그러므로, 적용 방법을 선택할 때 이러한 고려 사항들의 득실을 고려해야 한다.

위에서 지적한 바와 같이, 각각의 코팅 방법의 독특한 물리적 및 화학적 특성들은 다양한 미세구조를 갖는 코팅을 초래한다. 예를 들면, 와이어 아크 스프레이에 있어서는 타겟 표면에 부딪히는 통상 큰 용융 액적이 생성된다. HVOF 및 플라즈마 기술은 통상 잘 한정된 입자 크기 범위의 분말을 사용하고 스프레이 동안 입자는 융융 또는 반용융 입자를 형성한다. 이러한 후자의 적용 방법에 의해 생성된 코팅의 미세구조는 와이어 아크 공정에 의해 생성된 것보다 통상 미세규모에서 보다 더 균일하다. 그러므로, 코팅의 임의의 지점에서의 케미칼(chemical)의 특정 미세 분포, 미세구조 상의 형태 및 크기, 및 공극율 수준은 특정 공정과 공정 변수에 따른다. 열 스프레이 법은 간편성, 용이한 설치, 미세구조의 제어 능력, 기판에 대한 낮은 교란(disturbance) 및 높은 코팅 배치 효율때문에, 본원에서는 경사판에 새로운 코팅 재료를 가하는 데에 사용된다. 열 스프레이 법은 또한 제조에 양호한 공정이다. 본 발명의 개시 내용을 고려한 당해 기술 분야의 숙련자에게는 다른 적용 기술도 명백하다.

철기 합금 또는 알루미늄기 합금에 대한 본 발명의 합금 코팅의 접착력은 필요할 때 기판과 상술한 코팅 사이에 중간 접착 코팅을 첨가함으로써 개선될 수 있다. 이것은 사용 코팅의 내구성과 표면 마감 작업 중의 코팅의 기계 가공성을 향상시킨다. 그러나, 중간 접착 코팅의 삽입에는 항상 비용 증가가 수반된다. 접착 코팅은 예를 들면 니켈-알루미늄 및 구리-알루미늄 합금으로 제조될 수도 있다. 본 발명의 개시 내용을 고려한 당해 기술 분야의 숙련자에게는 다른 접착 코팅 재료도 명백하고 그 코팅 재료 중의 대다수는 열 스프레의 산업에 관련된 문헌에서 찾을 수 있다.

본 발명에서는 코팅은 대략 200 내지 500㎛의 두께로 가해질 수도 있다. 표면 마무리 후에, 이러한 두께는 종종 75 내지 350㎛의 두께, 보다 양호하게는 100 내지 250 ㎛의 두께로 감소한다. 두꺼운 코팅이 필요한 경우에는, 타겟 표면 위로 스프레이를 하는 단계 또는 스프레이 건(spray gun)을 타겟 표면 위로 이동시키며 스프레이를 하는 것을 수 회 반복할 수 있다. 재료가 철 합금 또는 알루미늄 합금 표면에 코팅된 후, 미세구조의 요소 분리를 줄이기 위해 열처리가 될 수 있다. 필요하다면, 코팅될 표면은 코팅 하기 전에 샌드 블러스팅, 화학적 에칭 또는 다른 방법으로 처리될 수도 있다. 이러한 사전 처리는 바람직하게는 표면 크레이터(crater)의 가장자리와 코팅 재료 사이에 상호 결합 작용에 의해 코팅의 표면에 대한 결합 강도를 개선하는데 도움을 줄 수 있는 Ra 4 마이크론 내지 20 마이크론의 표면 조도 수준을 제공한다.

본원에서 개시된 납 없는 구리기 코팅은 뛰어난 내마모성과 윤활성을 제공한다. 결과적으로, 본 발명에 따른 경사판 압축기는 매우 혹독한 사용에도 만족할 만하게 견딜 수 있어서 긴 수명을 얻을 수 있다. 예를 들면 구리, 니켈 및 비스무쓰를 포함하는 본 발명의 구리기 코팅은 압축기의 경사판 및 유사한 적용예에서 사용되는 납을 함유하는 청동을 대체하여 사용될 수 있다는 것이 발명자에 의해 뜻밖에 발견되었다. 뜻밖에도, 신규 발명된 합금은 실시예들에서 상세히 기술된 바와 같이 동일한 조건에서 시험해 보면 종래의 납 청동보다 한층 더 나은 교착 방지 저항과 이와 유사한 하중 지지 성능을 가진다. 납을 사용하지 않는 본 발명의 합금의 이러한 뛰어한 마찰적 특성(tribological property)은 비스무쓰의 독특한 성질과, 그 비스무쓰의 구리와의 야금학적 상호 작용 및 예를 들면 니켈과 같은 다른 코팅 금속에서 기인한 것으로 생각된다. 높은 교착 방지 성능과 마모 저항은 코팅 형성 중에 특수한 미세구조의 형성에 의해 성취된다. 예를 들면, 본 발명의 코팅의 제1 실시예에 의하면, 구리, 니켈 및 비스무쓰를 상호 조합할 때, 신규 발명된 코팅은 독특한 미세구조를 가진다. 구리와 니켈은 상호 용해 가능해서 임의의 비율로도 완벽한 고용체를 형성할 수 있다. 이러한 특성은 구리 및 니켈이 풍부한 상이 교대로 배열되어 보이는 바람직한 구조를 제공한다. 각각의 상은 구리 대 니켈의 비율의 차이로 인해 다른 강도를 갖는다. 니켈이 풍부한 견고한 상은 코팅이 뛰어난 마모 저항을 갖도록 한다. 실질적으로 비스무쓰를 함유하는 상 또는 순수 비스무쓰 상은 상대적으로 부드럽고 강 표면에 대한 점착성이 없지만, 혹독한 조건 하에서도 윤활성을 제공하여 내구성이 있다. 그러므로, 비스무쓰를 함유한 본 발명의 코팅은 뛰어난 교착 방지 저항을 갖는다. 그러나, 위에서 제공된 이론의 진실 또는 이해 중 어느 것도 본 발명의 실행에 불필요하다. 이 이론은 본 발명의 납 없는 코팅에 의해 얻는 뛰어난 결과를 설명하기 위한 시도로 제시되었다.

실시예 1

본 발명의 일 실시예에 따른 코팅은 67%의 구리, 26%의 니켈, 5.4%의 비스무쓰 및 1.6%의 흑연의 조성을 갖는 와이어로부터 제조되었다. TAFA사의 TAFA 8835와 같은 트윈 와이어 전기 아크 열 스프레이 시스템은 강제 시험 디스크를 대략 0.4㎜의 두께로 코팅하기 위해 사용되었다. 이어서, 그라인딩 후의 최종 두께는 0.25㎜로 감소되었다. 코팅 공정은 대기압에서 실행되었다. 가해진 코팅의 화학 조성은 와이어의 조성에 따라 다소 변했고, 미세 규모로 코팅은 코팅층 내에서의 균일한 요소 분포를 가지지 않았다. 코팅의 일 평가 영역에서는, 이러한 시료 #1의 코팅은 중량비로 구리, 니켈 및 비스무쓰가 각각 74%, 22% 및 2.1%인 조성을 갖는다. 코팅의 다른 영역에서는, 그 조성이 70.8%의 구리, 24.5%의 니켈, 0.5%의 비스무쓰 및 4.2%의 산소이었다. 이러한 평가에 의하면, 산소는 열 스프레이 공정 중에 주위 대기로부터 혼입되었다는 것이 명백하다. 비록 열 스프레이 코팅에서 산화물을 발견하는 것은 통상적이지만, 양호한 성능을 얻기 위해 그 함량은 조절될 필요가 있다. 코팅 내의 비스무쓰는:(1) 비스무쓰가 풍부한 상과, (2)구리-니켈의 고용체에 분산된 형태의 2가지 형태를 가진다. 비스무쓰 형태 모두는 자체 윤활성을 제공하여 코팅 재료의 교착 방지 저항을 향상시킨다. 뛰어난 내마모성을 가지므로 코팅 조성의 이러한 미세 변화는 코팅의 마찰적 성질에 뚜렷한 영향을 주지 않는다.

실시예 2

본 발명의 다른 실시예에 따른 다른 코팅 재료는 분말 형태로 제조되었다.고속 산소 연료(HVOF)는 65%의 구리, 30%의 니켈 및 5%의 비스무쓰(코팅 시료 #2)의 조성을 가지는 분말을 가하기 위해 사용되었다. 플라즈마는 또한 분말로부터 코팅을 가하기 위해 사용될 수 있었다. 코팅은 강제 시험 디스크에 0.35㎜의 두께로 가해졌다. 이것은 와이어 아크 스프레이 공정에 의해 실시예 1에서 생산된 것보다 약간 더 얇다. 그 후에, 코팅은 0.25㎜의 두께로 폴리싱 되었다.

실시예 1 및 실시예 2의 코팅의 성능 시험 결과는 도3 및 도4에서 평균치로 나타나 있다. 한계 윤활 벤치 시험(초 단위의 교착 시간)과 하중 지지 성능 실험(㎏ 단위의 교착 하중)에 대한 경사판 코팅의 성능이 도시되어 있다. 도3의 한계 윤활 실험의 결과는 교착 방지 저항이 구리-니켈 합금에 비스무쓰를 첨가함에 따라 실질적으로 증가하였는 것을 나타낸다. 실제로는 본 실시예의 신규 발명 코팅에 대한 교착 시간은 종래의 구리-납-주석 코팅의 교착 시간의 몇 배에 해당 되었다. 도4는 납-청동 코팅과 본 발명의 코팅의 하중(교착 하중) 지지 성능이 윤활 조건 하에서는 상호 유사하다는 것을 나타낸다. 도3 및 도4로부터, 코팅에서 니켈의 양이 증가함에 따라 하중 지지 성능은 향상되는 반면 교착 방지 저항은 희생된다는 사실을 또한 알 수 있다. 그러므로, 니켈 및 비스무쓰의 비율을 조절하여 특정 적용예에 최적화된 특정 성능의 타겟이 얻어질 수 있다.

후속의 표에 나타나 있듯이, 코팅 경도는 해당 위치에서의 코팅의 정확한 화학 조성에 따라, 코팅 상의 다양한 미세 위치들 사이에서 변화할 수 있다. 한 코팅의 예를 들면, 코팅 전역에서의 경도 변화가 표1에서 나타나 있다.

[표 1] 다양한 코팅 상에서의 경도치

지역	Ni 풍부	Cu 풍부	Bi 풍부
경 도(Hv)	174	123	91

후속하는 청구범위의 요지와 범주를 벗어나지 않는 다양한 변형예가 전술한 발명에 적용될 수 있다는 것이 이 기술 분야의 숙련자에게는 명백할 것이다.

본 발명은 양호한 내마모성을 가지고 종래의 코팅 기술의 결함을 극복하는 코팅을 제공한다.

Claims

중량비로 0.2 내지 15%의 비스무쓰와, 5 내지 40%의 니켈, 1 내지 20%의 크롬, 1 내지 20%의 철 및 1 내지 10%의 코발트를 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속과, 구리가 55% 이상인 잔부를 포함하는 납이 없는 구리기 코팅층이 적어도 일 부분에 코팅된 알루미늄기 합금 또는 철기 합금의 코팅면.
제1항에 있어서, 상기 코팅은 0.2 내지 5%의 흑연, 0.2 내지 5%의 몰리브덴 이황화물(MoS₂), 0.5 내지 8%의 폴리테트라플루오르에틸렌(PTPE) 및 0.5 내지 8%의 인듐을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅면.
제1항에 있어서, 상기 비스무쓰는 상기 코팅의 0.5 내지 6%로 구성되는 것을 특징으로 하는 코팅면.
제1항에 있어서, 상기 니켈은 상기 코팅의 15 내지 30%로 구성되는 것을 특징으로 하는 코팅면.
제1항에 있어서, 상기 철은 상기 코팅의 1 내지 5%로 구성되는 것을 특징으로 하는 코팅면.
제2항에 있어서, 상기 흑연은 상기 코팅의 0.5 내지 4%로 구성되는 것을 특징으로 하는 코팅면.
제2항에 있어서, 상기 몰리브덴 이황화물은 상기 코팅의 0.5 내지 4%로 구성되는 것을 특징으로 하는 코팅면.
제2항에 있어서, 상기 폴리테트라플루오르에틸렌(PTPE)은 상기 코팅의 3 내지 8%로 구성되는 것을 특징으로 하는 코팅면.
제2항에 있어서, 상기 인듐은 상기 코팅의 2 내지 5%로 구성되는 것을 특징으로 하는 코팅면.
제1항에 있어서, 상기 코팅면은 경사판형 압축기의 경사판 표면인 것을 특징으로하는 코팅면.