KR20030091994A

KR20030091994A - 내마모성 슬라이딩 부재

Info

Publication number: KR20030091994A
Application number: KR10-2003-7010936A
Authority: KR
Inventors: 다까무라히로유끼
Original assignee: 닛뽕 피스톤 링 가부시끼가이샤; 맨 비 앤드 더블유 디젤 에이/에스
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2002-02-22
Publication date: 2003-12-03
Also published as: JP4790135B2; JP2004107678A; CN1501986A; RU2245472C1; SE526621C2; SE0302260L; EP1375695B1; CN1209483C; KR100531995B1; EP1375695A4; SE0302260D0; EP1375695A1; JPWO2002068706A1; WO2002068706A1

Abstract

엄격한 조건하에서 사용되는 대형 선박용 디젤 엔진에 사용될 뿐만 아니라, 내마모성 및 내스커프성이 우수한 내마모성 슬라이딩 부재로서, 슬라이딩 부재 (10) 의 모재 (M) 의 슬라이딩면에, 몰리브덴 분말 30∼70 질량%, 니켈-크롬 합금 분말 10∼40 질량%, 세라믹스 분말 3∼40 질량%, 고체윤활제 분말 2∼15 질량% 로 이루어지는 혼합 분말을 용사하여 용사 피막 (C) 을 형성한다.

Description

내마모성 슬라이딩 부재{WEAR-RESISTANT SLIDING MEMBER}

최근 내연기관이 고출력화, 고성능화가 더욱 요망됨에 따라 피스톤링, 실린더라이너 등의 슬라이딩 부재가 더욱 고온에 노출되어, 더욱 엄격한 환경하에서 사용되게 되었다. 따라서 슬라이딩 부재에는 보다 우수한 내마모성 및 내스커프성이 요구된다. 종래에는 슬라이딩 부재의 내마모성을 향상시키기 위해 경질 크롬 도금이 사용되었으나, 경질 크롬 도금은 내스커프성이 떨어지기 때문에, 용사에 의한 표면처리로 이행되고 있다. 예를 들어, 일본 공개특허공보 평6-221438호는 내마모성, 내스커프성이 우수한 피스톤링으로서 몰리브덴, 니켈-크롬 합금, 및 미세한 탄화 크롬으로 이루어지는 플라스마 용사 피막을 제안하고 있다.

그러나 미세한 세라믹스 분말의 탄화 크롬을 함유하는 용사 피막은, 슬라이딩 저항이 크고, 실린더라이너 등의 상대재를 공격하여 마모시킨다는 문제가 있었다.

본 발명은 내연기관에 사용되는 피스톤링, 실린더라이너 등의 슬라이딩 부재에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명에 관련되는 피스톤링의 요부단면도이다.

도 2 는 마찰계수에 사용한 회전식 평면 슬라이딩 마찰마모 시험기의 약도이다.

도 3 은 스커프 시험의 결과를 나타낸 도면이다.

도 4 는 마모시험의 마모량 측정결과를 나타낸 도면이다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 과제는 내마모성 및 내스커프성이 우수한 슬라이딩 부재의 용사 피막으로서 상대재에 대한 공격성이 낮은 것을 제공하는 데에 있다.

상기 서술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명이 채용하는 수단은, 슬라이딩 부재의 모재 슬라이딩면에, 몰리브덴 분말 30∼70 질량%, 니켈-크롬 합금 분말 10∼40 질량%, 세라믹스 분말 3∼40 질량%, 고체 윤활제 분말 2∼15 질량% 로 이루어지는 혼합 분말을 용사하여 용사 피막 (C) 을 형성한 것에 있다.

이 성분의 한정 이유는 다음과 같다.

몰리브덴 분말은, 비율이 30 질량% 미만이 되면 피막층은 내스커프성이 떨어지고, 70 질량% 를 초과하면 충분한 경도가 얻어지지 않기 때문에, 몰리브덴 분말의 비율은 30∼70 질량% 로 한다.

니켈-크롬 합금 분말은, 비율이 10 질량% 미만이 되면 피막층은 충분한 인성이 얻어지지 않고, 40 질량% 를 초과하면 내스커프성이 떨어지기 때문에, 니켈-크롬 합금 분말의 비율은 10∼40 질량% 로 한다.

세라믹스 분말은, 산화 크롬 또는 탄화 크롬으로, 비율이 3 질량% 미만인 경우 피막층은 충분한 경도가 얻어지지 않고, 40 질량% 를 초과하면 너무 단단해져 상대재를 공격해 버리기 때문에, 세라믹스 분말의 비율은 3∼40 질량% 로 한다.

고체 윤활제 분말은, 황화 망간 또는 이황화 몰리브덴 혹은 불화 칼슘으로, 비율이 2 질량% 미만인 경우 그 윤활효과를 충분히 얻을 수 없고, 15 질량%를 초과하면 피막층은 약해지기 때문에, 고체 윤활제 분말의 비율은 2∼15 질량% 로 한다.

상기와 같이, 본 발명의 슬라이딩 부재는, 슬라이딩면에 형성한 용사 피막이, 몰리브덴, 니켈-크롬 합금, 세라믹스, 고체 윤활제의 각 분말로 이루어지는 혼합 분말을 용사하여 이루어지기 때문에, 내마모성 및 내스커프성이 우수할 뿐만 아니라, 공지된 용사 피막을 구비한 슬라이딩 부재에 비하면, 상대공격성은 낮으므로, 보다 엄격한 조건하에서 사용되는 슬라이딩 부재, 예를 들어 고성능 대형 선박용 디젤 엔진의 피스톤링 등에 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 엔진 전체의 수명을 연장시킬 수 있다는 특별한 효과를 갖는다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 실시형태를 도 1 에 나타낸 피스톤링에 의거하여 설명한다.

도 1 의 피스톤링 (10) 은 모재 (M) 의 외주 슬라이딩면에, 용사 피막 (C) 을 갖는다. 이 용사 피막 (C) 은 몰리브덴 분말 30∼70 질량%, 니켈-크롬 합금 분말 10∼40 질량%, 산화 크롬 또는 탄화 크롬의 세라믹스 분말 3∼40 질량%, 황화 망간 또는 이황화 몰리브덴 혹은 불화 칼슘의 고체 윤활제 분말 2∼15 질량% 로 이루어지는 혼합 분말을 용사하여 형성한 것이다.

이 용사 피막 (C) 은, 우수한 내스커프성과 내마모성을 갖고, 고체 윤활제 분말을 함유하기 때문에, 슬라이딩 저항이 비교적 작고, 상대공격성은 낮다.

예

이하 본 발명의 내마모성 슬라이딩 부재를, 실시예와 공지 비교예에 대하여 실시한 각종 시험에 의해 설명한다.

동일한 피스톤링용 주철재의 모재 상에, 표 1 에 나타낸 성분의 혼합분말을 플라스마 용사하여 14 종류의 두께 300㎛ 의 용사 피막을 형성하고, 14 종류의 실시예 및 비교예 시험편으로 하였다. 2개의 시험편 No.1, No.2 는 상기 공보에 제안된 공지 비교예이고, 12 개의 시험편 No.3, No.4, No.5, No.6, No.7, No.8, No.9, No.10, No.11, No.12, No.13, No.14 는 본 발명의 실시예이다.

표 1

시험편구별 분말성분(질량%)

MoNi-Cr합금세라믹고체윤활제

No.1비교예452035(CrC)

No.2비교예65305(CrC)

No.3실시예401530(CrC)15(CaF₂)

No.4실시예60305(CrC)5(CaF₂)

No.5실시예401530(Cr₂O₃)15(CaF₂)

No.6실시예60305(Cr₂O₃)5(CaF₂)

No.7실시예401530(CrC)15(MnS)

No.8실시예60305(CrC)5(MnS)

No.9실시예401530(Cr₂O₃)15(MnS)

No.10실시예60305(Cr₂O₃)5(MnS)

No.11실시예401530(CrC)15(MoS₂)

No.12실시예60305(CrC)5(MoS₂)

No.13실시예401530(Cr₂O₃)15(MoS₂)

No.14실시예60305(Cr₂O₃)5(MoS₂)

용사 피막은 플라스마 용사에 의한 것이다. 그 용사 조건은 다음과 같다.

사용 건 : 스루더메테코사 제조의 9MB 플라스마 용사 건

전압 : 60∼70V

전류 : 500A

각 시험편에 대해 스커프 시험 및 마모시험을 실시하였다.

스커프 시험

도 2 에 나타낸 회전식 평면 슬라이딩 마찰마모시험에 의해, 각 시험편의 스커프 한계 면압을 측정하였다. 일정 속도로 회전하는 라이너재 (12) 의 회전면에 시험편 (11) 을 일정 시간 소정 면압 (P) 으로 압접하고, 스커프가 발생했을 때의 면압을 한계 면압으로 하였다. 면압 조작은, 초기 면압을 2.45㎫ 로 하고, 30분 후에 면압을 4.9㎫, 그리고 5분마다 0.98㎫ 씩 점점 증가시켜 가는 방법으로 실행하였다.

시험조건은 이하와 같다.

슬라이딩 속도 : 5m/sec

윤활유 : SAE30+백등유 (1;1)

유량 : 무급유, 초기 도포만

상대재 : 타카로이 (닛뽕피스톤링(주) 의 상품명으로 알려진 보론 주철)

측정결과는 도 3 에 나타낸 바와 같다. 실시예의 시험편 No.3∼No.14 의 스커프 한계 면압은 7.8∼8.8㎫ 의 범위이고, 비교예의 시험편 No.1 및 No.2 의 스커프 한계 면압은 6.9∼7.8㎫ 의 범위이기 때문에, 실시예의 내스커프성은 비교예와 동등하거나 혹은 더 뛰어나다.

마모시험

도 2 에 나타낸 회전식 평면 슬라이딩 마찰마모시험에 의해, 각 시험편의 링재의 마모량과 라이너재의 마모량을 측정하였다. 일정 속도로 회전하는 라이너재 (12) 의 회전면에 시험편 (11) 을 일정 시간 소정 면압 (P) 을 가하여 시험하였다. 윤활유를 회전하는 라이너재 (12) 에 적하하였다.

시험조건은 이하와 같다.

슬라이딩 속도 : 6m/sec

면압 : 6㎫

윤활유 : 스피녹스S-2 베어링 오일 (닛뽕석유주식회사의 상품명으로 알려진 베어링 오일)

유온 : 60±10℃

유량 : 10^-4㎥/min

시험시간 : 100시간

상대재 : 타카로이 (닛뽕피스톤링 주식회사의 상품명으로 알려진 보론 주철)

측정결과는 도 4 에 나타낸 바와 같다. 실시예의 시험편 No.3∼No.14 의 링재 마모량은 12.6∼17.1㎛ 의 범위이고, 비교예의 시험편 No.1 및 No.2 의 링재 마모량은 17.5∼22.3㎛ 의 범위이기 때문에, 실시예의 링재의 내마모성은 비교예보다도 양호하다. 또 실시예의 시험편 No.3∼No.14 의 라이너재 마모량은 1.1∼2.1㎛ 의 범위이고, 비교예의 시험편 No.1 및 No.2 의 라이너재 마모량은 2.8∼4.3㎛ 의 범위이기 때문에, 실시예의 내마모성 및 상대재 공격성은 비교예보다 현저하게 양호하다.

Claims

슬라이딩 부재 (10) 의 모재 (M) 의 슬라이딩면에, 몰리브덴 분말 30∼70 질량%, 니켈-크롬 합금 분말 10∼40 질량%, 세라믹스 분말 3∼40 질량%, 고체윤활제 분말 2∼15 질량% 로 이루어지는 혼합 분말을 용사하여 용사 피막 (C) 을 형성한 것을 특징으로 하는 내마모성 슬라이딩 부재.
제 1 항에 있어서, 상기 세라믹스 분말은 산화 크롬 또는 탄화 크롬인 것을 특징으로 하는 내마모성 슬라이딩 부재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 고체 윤활제 분말은 불화 칼슘, 황화 망간, 이황화 몰리브덴 중에서 선택된 1 종류의 분말인 것을 특징으로 하는 내마모성 슬라이딩 부재.