KR20030029350A

KR20030029350A - 디젤엔진용 실린더 라이너의 제조방법

Info

Publication number: KR20030029350A
Application number: KR1020010061828A
Authority: KR
Inventors: 송민규
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-10-08
Filing date: 2001-10-08
Publication date: 2003-04-14

Abstract

본 발명은 디젤엔진용 실린더 라이너의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더 라이너의 도금재로 Ni-SiC 복합재를 사용하고, 최적의 Ni 도금욕에 SiC 분말을 적정량 첨가하여 전압을 가하여 실린더 라이너를 제조함으로써, 제조가 용이하면서도 우수한 내마모성, 내진성, 내식성을 가질뿐만 아니라 경량화된 디젤엔진용 실린더 라이너의 제조방법에 관한 것이다.

Description

디젤엔진용 실린더 라이너의 제조방법{Method for cylinder liner for diesel engine}

본 발명은 디젤엔진용 실린더 라이너의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실린더 라이너의 도금재로 Ni-SiC 복합재를 사용하고, 최적의 Ni 도금욕에 SiC 분말을 적정량 첨가하여 전압을 가하여 실린더 라이너를 제조함으로써, 제조가 용이하면서도 우수한 내마모성, 내진성, 내식성을 가질뿐만 아니라 경량화된디젤엔진용 실린더 라이너의 제조방법에 관한 것이다.

실린더 라이너(cylinder liner)는 피스톤이 원활하게 운동을 하기 위한 역할을 하며 피스톤 링과 함께 연소 가스의 기밀을 유지하고 적정량의 유막 형성 및 엔진 작동 중 연소 행정에서 발생하는 열을 적절히 방열 전달하는 역할을 하며, 실린더 헤드, 피스톤과 함께 내연기관의 연소실을 구성하는 중요 부품이다.

종래의 디젤엔진용 실린더 라이너는 내마모용으로 스틸 라이너(steel liner) 또는 슬리브(sleeve)를 사용하였다. 이러한 스틸 라이너는 크롬을 도금하여 라이너의 내마모성을 증진시켜 사용하였다.

그러나, 크롬도금은 전기효율이 극히 나빠 제조시 과도한 전류를 부과하여 전력 낭비를 초래하고 있으며, 최근에 와서는 표면이 얇게 갈라지는 등의 문제가 보고되고 있으며, 유해성으로 인해 최근의 환경친화정책에 역행하는 기술이라 하겠다. 또한, 실린더는 심한 마찰을 받으므로 마찰을 받는 면에 내마모성을 증진시키기 위하여 0.1 mm 이상의 도금을 행하여야 하는 바, 이는 크롬의 가격이 고가임을 고려할 때 원가상승의 주원인으로 작용하고 있다. 이에 크롬도금의 내마모성 및 내식성을 대체할 수 있는 도금공법의 개발이 절실한 실정이다.

한편, 상기 크롬도금의 문제점을 해결하기 위해 현재 사용되고 있는 Ni-SiC 복합도금은 SiC 분말들을 Ni 도금욕에 첨가한 후 강한 교반을 이용하여 강제로 부유시켜 음극에 전착하는 방법으로 도금되는 SiC 분말의 양과 분포를 조절하기 어려우며 내마모성을 위해 약 10 ∼ 20 μm의 크기의 SiC 입자들을 사용하고 있는데 크기가 큰 만큼 중력의 영향을 많이 받아 가라앉기 때문에 고가의 SiC 입자 손실이많아 경제적으로도 불리하다. 또한, 경도가 높은 SiC 입자들이 표면에 노출될 경우 상대재의 마모를 유발하기 때문에 Ni-SiC 복합도금 후 Ni 단독도금을 행하는 2단계 공정으로 구성되어 있어 공정이 복잡하며 전력의 낭비를 초래하고 있다.

이에, 본 발명자는 종래 문제점을 해결하기 위하여 실린더 라이너의 도금재로 Ni-SiC 복합재를 사용하고, 최적의 Ni 도금욕에 SiC 분말을 적정량 첨가하여 전압을 가하여 실린더 라이너를 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 내마모성 및 제조공정을 단축시켜 경제적인 실린더 라이너의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 Ni 도금욕의 pH 변화에 따른 SiC 표면전위를 나타낸 그래프이다.

도 2는 SiC 농도에 따른 Ni-SiC 도금층 내 SiC 함유량을 나타낸 그래프이다.

도 3은 전압에 따른 Ni-SiC 도금층 내 SiC 함유량을 나타낸 그래프이다.

도 4는 전압에 따른 Ni-SiC 도금층 내부와 표면의 SEM 사진을 나타낸 것이다.

도 5는 시간에 따른 실린더 라이너의 내마모 정도를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 디젤엔진용 실린더 라이너의 제조방법에 있어서, NiSO₄·6H₂O 456 g/L, NiCl₂·6H₂O 55 g/L, H₃BO₃35 g/L의 Ni 도금욕에 5 ∼ 30 g/L의 SiC 분말을 첨가하여 전압을 가하여 도금처리한 디젤엔진용 실린더 라이너의 제조방법을 그 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 내마모성이 우수한 디젤엔진용 실린더 라이너의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 이를 위해, Ni 도금욕에 경도가 높은 SiC 분말을 현탁시킨 후, pH 조절로 SiC 표면에 인위적으로 전기를 띄게 한 후 전압을 가하여 Ni가 도금될 때 SiC가 같이 공석되게 하여 제조공정을 1단계로 하여 경제적인 장점을 가진다.

본 발명의 Ni 도금욕의 조성은 NiSO₄·6H₂O 456 g/L, NiCl₂·6H₂O 55 g/L, H₃BO₃35 g/L로 이루어져 있다.

상기 Ni 도금욕에 SiC 분말 5 ∼ 30 g/L을 첨가한 후 교반하여 SiC 표면에 H⁺, OH^-이온의 선택흡착에 의해 표면에 전기를 뜨게한 후, 전압을 가하여 Ni가 도금될 때 SiC도 함께 공석되게 한다.

SiC는 5 ∼ 30 g/L 첨가하는 것이 좋고, 바람직하게는 SiC 16 g/L의 농도로 넣어주었을 때 가장 많은 SiC가 공석되어 좋다. 만일 SiC 분말 첨가량이 30 g/L를 초과하면 점도의 증가로 인한 균일한 현탁이 불가하여 전착량이 오히려 감소하는 문제가 있다. 또한, SiC의 크기가 2 ∼ 3 μm인 것을 사용하는 것이 내마모성을 우수하게 한다.

그리고, 상기 도금 조건은 도금욕의 pH 2.3 ∼ 4.0이 바람직하고, 가해주는 전압은 2.5 ∼ 4.5 V가 바람직하다.

SiC 분말의 표면전압을 측정한 결과 SiC가 pH 2.3이하에서는 양의 하전을 pH 2.3 이상에서는 음의 하전을 가지므로 pH 2.3 이상에서 도금을 행해야 SiC 분말이 음극 도금층내로의 균일한 함침을 얻을 수 있다. 그러나 pH 4 이상에서는 Ni 도금의 내부 응력이 크기 때문에 SiC 분말이 균일한 함침을 할 수 없는 문제가 있다.

가해주는 전압이 높을수록 도금층내에 공석되는 SiC의 양이 증가하나, 고전압에서는 SiC의 양도 증가하지만 Ni의 과도한 성장으로 SiC가 Ni에 파묻히므로 전압은 2.5 ∼ 4.5 V가 적당하다. 또한, 가해주는 전압이 낮을수록 소지와 도금층의 밀착력이 좋고, 표면에 2차로 표면에 Ni 도금하는 번거로움을 방지하게 위해 2.5 ∼ 4.5 V로 경사도금하는 것이 바람직하다. 그러나, 전압이 2.5 V 미만이면 소지와 도금층의 밀착력이 나빠 2차 도금을 하여야하는 문제가 있고, 4.5 V를 초과하면 과전류로 인해 Ni 도금 불량이 발생하는 문제가 있다.

상기한 방법에 따른 실린더 라이너는 Ni-SiC 도금층 내 SiC 분말이 6 ∼ 16 중량% 경사적으로 분포된다.

이와같은 본 발명에 따른 실린더 라이너는 우수한 내마모성을 가지고, 고가의 크롬 및 기존공정의 SiC 손실을 줄임으로써 원가 절감의 효과가 있다.

이하, 본 발명을 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1.

NiSO₄·6H₂O 456 g/L, NiCl₂·6H₂O 55 g/L, H₃BO₃35 g/L로 이루어진 Ni 도금욕에 5 g/L의 SiC 분말(2 ∼ 3 μm)을 첨가하여 Ni-SiC 복합도금된 실린더 라이너를 제조하였다. 이때 도금욕의 pH는 2.3이었고, 전압은 4.0 V이었다.

실시예 2.

NiSO₄·6H₂O 456 g/L, NiCl₂·6H₂O 55 g/L, H₃BO₃35 g/L로 이루어진 Ni 도금욕에 12 g/L의 SiC 분말(2 ∼ 3 μm)을 첨가하여 Ni-SiC 복합도금된 실린더 라이너를 제조하였다. 이때 도금욕의 pH는 3.0이었고, 전압은 4.0 V이었다.

실시예 3.

NiSO₄·6H₂O 456 g/L, NiCl₂·6H₂O 55 g/L, H₃BO₃35 g/L로 이루어진 Ni 도금욕에 30 g/L의 SiC 분말(2 ∼ 3 μm)을 첨가하여 Ni-SiC 복합도금된 실린더 라이너를 제조하였다. 이때 도금욕의 pH는 4.0이었고, 전압은 4.0 V이었다.

시험예 1.

상기 실시예 1 ∼ 3의 실린더 라이너 제조시 도금욕의 pH 변화에 따른 SiC의 표면전위 측정하였으며, 그 결과를 도 1에 나타내었다.

실시예 4 ∼ 10.

NiSO₄·6H₂O 456 g/L, NiCl₂·6H₂O 55 g/L, H₃BO₃35 g/L로 이루어진 Ni 도금욕에 SiC 분말(2 ∼ 3 μm)의 첨가량을 달리하여(7 ∼ 23 g/L)을 첨가하여 Ni-SiC 복합도금된 실린더 라이너를 제조하였다. 이때 도금욕의 pH는 4.0이었고, 전압은 4.0 V이었다.

SiC 함유량은 실시예 4(7 g/L), 실시예 5(13 g/L), 실시예 6(15 g/L), 실시예 7(16 g/L), 실시예 8(18 g/L), 실시예 9(20 g/L), 실시예 10(23 g/L)이었다.

시험예 2.

상기 실시예 4 ∼ 10의 SiC 농도에 따른 Ni-SiC 도금층 내 SiC 함유량을 측정하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.

실시예 11 ∼ 14.

NiSO₄·6H₂O 456 g/L, NiCl₂·6H₂O 55 g/L, H₃BO₃35 g/L로 이루어진 Ni 도금욕에 5 g/L의 SiC 분말(2 ∼ 3 μm)을 첨가하여 Ni-SiC 복합도금된 실린더 라이너를 제조하였다. 이때 도금욕의 pH는 4.0이었고, 각 실시예의 전압을 달리하였다.

전압은 실시예 11(2.5 V), 실시예 12(3 V), 실시예 13(3.5 V), 실시예 14(4.5 V)이었다.

시험예 3.

상기 실시예 11 ∼ 14의 전압에 따른 Ni-SiC 도금층 내 SiC 함유량을 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

시험예 4.

상기 실시예 11과 실시예 14의 전압에 따른 Ni-SiC 도금층 내부와 표면의 SEM 사진을 관찰하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.

시험예 5.

상기 실시예 1 ∼ 3의 시간에 따른 내마모 정도를 측정하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 1 ∼ 5에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실린더 라이너는 Ni-SiC 도금층 내로 SiC 분말이 균일하게 함침되어 SiC 입자가 실린더 라이너 표면에 노출되지 않아 내마모성이 우수함을 확인할 수 있었다.

상술한 바와 같이, 기존의 Ni-SiC 복합도금은 표면에 2단계의 공정으로 Ni 도금을 행하는데 반해, 본 발명은 Ni가 고전압에서 과성장하여 SiC를 파묻어 균일하게 함침시키므로 1단계의 공정으로 제조공정을 축소시킬 수 있으며, 우수한 내마모성을 가진다. 그리고, 크롬 및 스틸 슬리브에 비해 현저한 무게 절감의 효과가 있으며, 우수한 Ni의 열전도성에 의해 엔진내외에 사용할 경우 냉각팬을 사용하지 않아도 좋으며 SiC의 친유성으로 인해 오일 멤브레인을 형성함으로써 오일도절약할 수 있는 장점이 있다.

Claims

디젤엔진용 실린더 라이너의 제조방법에 있어서, NiSO₄·6H₂O 456 g/L, NiCl₂·6H₂O 55 g/L, H₃BO₃35 g/L의 Ni 도금욕에 5 ∼ 30 g/L의 SiC 분말을 첨가하여 전압을 가하여 도금처리하는 것임을 특징으로 하는 디젤엔진용 실린더 라이너의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 도금욕은 pH가 2.3 ∼ 4.0이고, 전압이 2.5 ∼ 4.5 V인 것임을 특징으로 하는 디젤엔진용 실린더 라이너의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 SiC의 크기가 2 ∼ 3 μm 인 것임을 특징으로 하는 디젤엔진용 실린더 라이너의 제조방법.
청구항 1의 제조방법에 따른 실린더 라이너는 Ni-SiC 도금층 내 SiC 분말이 6 ∼ 16 중량% 포함된 것임을 특징으로 하는 디젤엔진용 실린더 라이너.