KR20060086873A - 고효능 운동에 대한 표면복층의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고효능 운동에 대한 표면복층의 제조방법이다. 이 방법은 서브 미크론과 나노 레벨의 테트라플루오로에틸렌 고분자 분말과립을 적당한 비례와 배합기술을 통해 니켈-인(Ni-P)계의 화학도금액 중에 골고루 뿌리고 전기화학반응을 통해 그로 하여금 나노레벨로부터 미크론 레벨의 서로 다른 입경들로 성형된 동-주석계 분말야금 소결체의 표면에 피복되게 하고 양자(兩者)의 초 미립화 과립의 고활화성 작용을 통해 테트라플루오로에틸렌과 동-주석계 성형체 표면의 미소 분말과립이 저온하에서 직접 복합반응을 완성하게 한다. 이 기술로 제조한 제품은 낮은 마찰계수를 가지고, 마모에 견디고, 경도가 높으며, 크기가 정밀하고, 제조비용이 비교적 낮으며, 시스템의 동력에너지 효능을 제고시킨다.

분말야금, 표면복층, 분말과립, 소결체, 니켈-인(Ni-P)계, 동-주석계

Description

고효능 운동에 대한 표면복층의 제조방법{Manufacturing method of overlap surface for high efficiency movement}

도 1은 종래의 DU 완전 무급유 베어링의 단면 구조도

도 2는 본 발명의 제조공정도

도 3은 본 발명의 분말소결 표면조직 구조의 확대도

도 4는 본 발명의 복층 표면의 밀착성 처리 후의 표면 상황도

도 5는 본 발명의 회전운동에 대한 실제 제품도

도 6은 본 발명의 실험용 선풍기의 회전부분 조립 후의 실체도

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 금속 분말입도 선별 20 : 적당량 윤활제와 결합제 첨가

30 : 분말혼합처리 40 : 고밀도 압축성형

50 : 성형체 검증 60 : 환원분위기하에서 소결처리

70 : 성형체 크기 최종정리 80 : 초음파 기름제거 처리

90 : 표면 열탈지 처리

100 : 실온에서 교반,통풍,여과 등 제조공정을 진행

200,400 : 표면활화처리 300,500 : 표면개질처리

600 : 전기화학반응처리 700 : 열풍건조

800 : 표면 밀착성 처리 900 : 초음파 처리

1000 : 완성품

본 발명은 고효능 운동에 대한 표면복층의 제조방법에 관한 것이다.

지금 산업계에서 사용하는 운동시스템은 접촉식과 비 접촉식 두 개의 유형으로 나눌 수 있다. 그 중에서 비 접촉식은 대부분이 자기부상과 공기압 부상을 위주로 한다. 그러나 제조비용이 높고 시스템의 통제와 설비보수의 복잡성의 영향으로 인해 고정밀, 고가의 설비에만 사용하고 있을 뿐이며, 일반적인 운동 구성부품에 대해서는 여전히 회전식이나 미끄럼 식의 접촉식 운동설계를 주요한 응용기술로 하고 있다.

미끄럼 식 운동의 설계는 일반적으로 두 개의 미끄럼 구성부품 간에 윤활유, 자기윤활성 함유패드 또는 연질의 과도재(transition material)를 첨가하는 것을 위주로 이용한다.

그 중에서도 윤활유를 첨가하는 방법이 비교적 경제적이지만 윤활유를 첨가할 수 없는 밀봉식 구조나 기름때의 오염을 피해야하는 구조를 설계할 때에는 사용할 수 없다. 연질의 과도재는 그 자체가 쉽게 마모하거나 교체할 수 있는 특성을 가지고 있으므로 미끄럼 운동의 본체에 대한 훼손을 대체할 수 있다. 그러나 연질의 과도재는 마모 문제가 비교적 선명하기에 사이즈 정밀도를 결정할 때 변화가 비 교적 클 뿐만 아니라 연질재료의 마모로 인해 생기는 대량의 미세 과립 시스템을 놓고 말하면 여전히 엄중한 오염이라 할 수 있다.

자기윤활성 함유패드나 베어링은 일반적으로 말하면 평균가격이 비교적 낮으며 윤활유가 자동적으로 스며나와 직선운동과 회전운동을 윤활시키는 운동 구성부품의 기능을 가지고 있어 산업계에서 대량으로 사용되고 있다. 회전축과 베어링 조합의 사이즈 공차 설계가 적당하면 회전할 때 나는 소음이 매우 작으므로 소형 냉각선풍기에 광범히 응용되고 있다.

그러나 윤활유의 기름소모나 기름의 함침율(含浸率)은 작업온도, 기초재의 구조 밀도와 기초재료 표면의 비교적 높은 마찰 계수값 등의 영향을 받으므로 비교적 빠른 운동속도의 운동에 대해서는 수명이 길지 못하다. 예를 들면, 자기윤활성 베어링의 평균수명은 약 20000시간으로서 볼 베어링의 50000시간에 비하면 훨씬 차이가 있으므로 적용에 제한을 받는다.

회전식 운동에 대한 설계는 전통적인 롤러 베어링을 많이 사용하고 있다. 롤러 베어링은 비교적 좋은 사용수명을 가지고 있으며, 축을 조합할 때 약간의 경각(傾角) 편차를 허용하고 비교적 무거운 반지름 방향의 부하를 받아낼 수 있어 회전운동의 반지름 방향이나 부분 축방향의 받침용 구성부품으로 쓰이고 있다. 직선운동의 설계를 놓고 말하면, 반드시 몇 개의 롤러 베어링을 고정된 직선 활주로 위에 설치하는 것을 이용하여 직선운동의 목적을 달성한다. 그러나 롤러와 궤도의 접촉과 충격으로 인한 소음문제, 자기윤활형 함유 베어링보다 높은 평균가격, 여러 개의 일렬의 구슬(ball)선 조립과정에서의 맞춤, 교정기술에 대한 높은 요구의 제한 을 크게 받고 있다.

현재 시중에는 영국,일본,미국,캐나다,프랑스,이탈리아,독일,스위스 등 국가의 특허(일본의 특허번호 223605 및 438282)를 받은 THE GLACIER METAL CO, LTD.에서 개발한 DU 완전 무 급유 베어링이 있다.

이 베어링은 강철이면금속(steel-back metal) 위에 청동분말을 소결하여 다공질로 되게 하고, 테프론-납 혼합물을 충전시켜 함침표면으로 하여금 테프론-납의 박피막(薄披膜)으로 되게 하여 베어링 면에 항상 테프론-납이 존재하여 마찰을 낮춤으로서 윤활유가 필요 없게 한다. 상기 테프론-납이 함침된 청동소결 층의 두께는 약 0.3mm이다. 이 조직의 기능으로 인해 초기 회전운동할 때 약 0.01mm의 마손(磨損)이 있다. 상기 강철이면금속은 베어링의 고정성, 사이즈의 정밀도, 안정성과 정확한 비틀림의 긴장도가 필수의 강도를 확보하는 역할을 한다.

이 제조기술을 적용한 제품으로는 보통 부싱, 트러스트베어링, 플랜지 부싱, 미끄럼판 등이 있다. 도 1이 바로 그 제조과정 제품의 단면 구조도이다.

이 기술은 먼저 가공된 강철이면금속 기초재료(base material) 표면에 한 층의 청동분말을 도포한 후 소결을 진행하여 그 표면에 한 층의 다공성 조직이 형성되게 한다. 다음에 테프론-납의 혼합물을 충전하여 함침표면이 테프론-납 박피막으로 되게 한다. 그 중 청동계의 분말과립을 테프론-납의 충전재로 여긴다.

이 제조과정기술에서 다공성 표면을 소결할 때 반드시 기초재료와 청동분말의 고온결합성을 고려하여야 한다. 그렇지 않으면 쉽게 벗겨지거나 분리되는 상황이 발생한다. 또한 청동계 분말 소결온도는 일반적으로 760℃ 좌우에 도달하여야 하므로 강철이면금속 기초재료에 열변형 현상이 쉽게 발생한다.

테프론-납의 혼합물을 다공성 표면에 충전한 후, 온도를 360℃이상으로 되게 해야만 테프론-납과 청동계 충전재가 서로 결합되게 할 수 있다. 그러나 이 고온 제조과정은 테프론으로 하여금 유해기체를 쉽게 방출하게 한다.

그 외에 0.3mm 두께의 소결층과 초기 0.01mm의 마모량은 정밀도에 대한 요구가 미크론 레벨에 도달해야 하는 운동에서는 실제는 실행할 만하지 않다.

동시에 제조과정의 원료 중에 함유한 납 성분도 종래 제품의 친환경적 기초재료에 대한 규정(예를 들면, 유럽이 2006년에 실시하려는 ROHS 규정)을 위반하므로 그 사용가치가 큰 영향을 받고 있다.

상술한 종래의 문제점에 근거한 본 발명의 목적은 롤러 베어링과 견줄 수 있는 수명, 낮은 마찰계수(일반적인 종래 부싱의 마찰계수는 약 0.15~0.30사이 이다), 마모에 견디고, 자기윤활형 함유 구성부품의 저소음, 윤활 유지(油脂)에 의해 형성된 오염의 낮춤과 롤러 베어링의 제조비용의 낮춤, 무 급유 베어링 제조기술을 제고시키는 기술을 보유하고, 운동에 대한 낮은 마찰계수를 가지며, 내마모, 고경도, 크기(size)를 정밀하게 하였으며, 제조비용을 낮추고, 시스템 동력에너지의 효능을 제고시키는데에 있다.

본 발명의 제조공정도는 도 2에서 도시한 바와 같다.

분무법(噴霧法)을 직접 이용하여 청동계 합금 분말과립을 만들고, 초보적인 선별(10)을 거친 후, 입경(粒徑) 범위(0.5~30㎛)가 서로 다른 분말에 약간의 미량 합금금속재를 넣고 일정한 비례방식으로 배합한다.

제조공정의 수요에 따라 적당한 양의 윤활제(20)(예를 들면： 흑연, 스테아린류 등) 등을 첨가하고 충분한 분말혼합작업을 진행한다(30).

분말혼합절차는 원료화학과 물리성질의 균등성을 증진하기 위하여 입자이동의 원리를 이용하여 여러 가지 종류의 서로 다른 직경의 분체를 골고루 혼합되게 한다. 그러므로 혼합속도, 혼합기구 등의 설계는 기초재료(base material) 원료의 분말혼합절차의 균등화 정도에 영향을 주게 된다.

그래서 분말을 혼합할 때 반드시 분말의 특성에 따라, 예를 들면 입경 크기의 분포차이, 비중차이 등 요소를 고려하여 편석현상의 발생을 방지하는 혼합작업을 채택하여야 한다.

상술한 특성에 따라 본 발명은 직립식(直立式) 나선형 혼합기(screw mixer)를 사용하고, 적당한 회전속도(60~120rpm)와 배합시켜 분말혼합의 균등성에 도달하도록 하였다.

분말혼합절차를 충분히 완성한 기초재료 분말을 프레스기의 속이 빈 금형공동(die cavity)의 안에 주입하여 충전시킨 후, 상ㆍ하의 펀치와 금형(die) 간에 압력을 가해 성형체를 만드는 원리를 이용하여 압박의 방식으로 분말이 압박을 받아 압축성형되게 한다(40). 그 중 성형압력과 펀치 접촉면적 및 제조되는 성형체의 밀도값은 상당한 관련성을 가지고 있다.

본 발명으로 제조되는 성형체의 검증(50) 결과를 분석해 얻어진 최종 만들어 지는 성형체의 밀도는 7.9~8.0g/cm³을 유지하지는 것이 가장 바람직하다. 만약 만들어진 성형체의 밀도값이 상술한 기준에 도달하지 못한다 해도 최종제품은 여전히 상당한 설계요구를 만족시킬 수 있지만 계속되는 제조공정의 처리절차를 증가시키고 품질의 안정성(stability)에도 영향을 주게 된다. 그러므로 성형밀도의 최적화를 요구하는 것은 제품을 대량생산할 때 제품 품질의 안정성과 제작비용을 낮추는데 매우 필요한 것이다.

성형제조공정에서 사용하는 윤활제는 주로 성형체가 금형 내에서 빠지는데 도움을 주고 탈막(脫膜)의 압력을 감소하는데 쓰인다.

일반적으로 아래와 같은 두 가지 종류의 윤활방법을 채용할 수 있다.

하나는 건조한 윤활제를 금속분말과 먼저 충분히 혼합한 후, 직접 금형공동안에 충전시키고 압력을 가해 성형시키는 것이고, 다른 하나는 금형 벽 윤활방식을 채용하는 것인데, 금속분말을 금형공동 속에 충전하기 전에 용이한 휘발성의 유기용제 내에 용해되어 있는 액체 윤활제를 바르거나 금형 벽과 펀치 표면에 분사하여 도포하면 유기용제가 휘발하여 건조해진 후, 한 층의 윤활표면이 형성되어 윤활효과를 볼 수 있다.

본 발명의 실험수치에 의하면, 만약 전기분해한 동합금 분말 또는 분말 입도 크기 정합(match)이 합당한 분체를 사용하고 적당한 성형압력과 배합하면 윤활제를 첨가하지 않은 상황에서도 성형체가 성형된 후의 밀도가 7.97g/cm³에 도달하게 할 수 있다. 이처럼 쉽게 상술한 성형체의 성형제조공정의 비교적 훌륭한 밀도요구를 만족시킬 수 있다.

성형 후의 성형체를 소결로(sintering furnace)에 넣고 환원 분위기하에서 소결처리(60)을 진행한다. 소결은 기본적으로 열역학과 확산학의 연장으로서 분말로 하여금 온도의 상승, 노(furnace) 내 분위기의 유효한 통제에 의해 부분적 고체상태 또는 액체상태의 확산현상이 발생하게 함으로써 분체 간에 서로 결합되게 한다.

일반적으로 말하면 소결 제조공정의 중요한 변수에는 시간, 온도곡선, 노내 분위기의 선택, 기체의 유량, 고온 중에서 머무는 시간과 노체(furnace body) 구조설계 등이 포함된다. 그러므로 성공적인 소결을 확보하려면 상술한 각 항목요소에 대한 통제가 하나라도 빠져서는 안 된다.

소결 제조공정 집행의 3가지 절차를 순서에 따라 보면:

1. 예열공정: 이 공정에서는 특히 열에너지를 이용하여 탈지(脫脂,degreasing)하고 랍(蠟,wax)을 제거하는 효과에 도달하는 것을 희망한다. 동시에 탈랍(脫蠟,dewaxing) 공정 중에서 분체는 탈랍으로 인해서는 변형되지 않는다.

2. 소결공정: 이 공정에서의 주요한 목적은 성형체가 전 단계 예열공정의 탈 랍 처리공정을 거친 후, 더욱 높은 온도의 열에너지 효과를 통해 성형체로 하여금 조밀화(compaction)에 도달하게 하는 것이다.

3. 냉각공정: 고온 열에너지 처리를 거친 후의 성형소결은 점차적 냉각시의 냉각속도 통제를 통해 성형체의 금속조직과 성질특성을 결정한다.

임의의 소결은 모두 우선 탈랍하고 탈지하는 공정이 필요하다. 그러므로 적 당한 예열 탈지는 양호한 소결결과에 도달하는 선결조건이며 예열공정에서의 온도설정은 일반적으로 윤활제의 종류에 근거하여 결정한다.

예를 들면, 일반적으로 잘 사용되고 있는 스테아린산 아연은 130℃에서 용해하고, 260℃에서 기화하며，약 427℃에서 완전히 제거된다.

본 발명은 예열공정의 온도설정을 윤활제의 특성을 고려하여 450℃를 조작표준으로 하였다. 동시에 모든 소결의 진행과정에서 만약 가열속도가 너무 빠르거나 온도가 너무 높으면 전단계의 예열공정에서 윤활제는 화합물성분의 분해로 인해 성형체 표면에 탄소가 누적되는 현상이 생기게 되며, 성형체가 변형하거나 심지어 파열되는 현상도 쉽게 발생하므로 소결속도의 통제는 매우 중요하다. 본 발명은 정확한 실험결과 분석을 통해 성형체의 소결진행 속도를 45~55mm/min로 통제하는 상황에서 양호한 소결체를 얻었다.

소결공정의 설계는 기본적으로 소결재료의 성질에 의해 진행하여야 하며, 서로 다른 재료성분은 서로 다른 소결온도, 소결분위기와 기체유량을 택해야 한다.

본 발명은 소결제조공정에 수송벨트(conveyor belt) 방식의 연속로를 이용하여 반복적인 실험분석을 통해 예열공정으로부터 정식 소결공정으로의 전이온도(transition temperature)를 710℃~730℃로 설정하고 정식 소결공정의 온도는 약 800±5℃로 설정하였으며 소결시간은 25~35분으로 통제하였다.

소결로 분위기를 통제하는 면에서, 본 발명은 분해암모니아(decomposition ammonia)를 노(furnace) 기체의 조작수요(operation demand)로 채용하였다. 왜냐하면 이 노 기체는 암모니아 기체에 열을 가해 분해하여 얻은 것으로서 매우 강한 환 원성을 가질 뿐만 아니라 침탄성(cementation)이 없어 구리계 부품의 소결요구에 적합하다.

냉각공정의 설계는 일반적으로 천천히 냉각하는 서냉 공정과 급히 냉각하는 급냉 공정이 포함된다. 서냉 공정의 주요한 목적은 고온 소결공정에서 급냉 공정으로 올 때, 급속한 온도 변화로 인해 노체(furnace body)의 변형을 초래하는 것을 방지하는 것이다. 급냉 공정의 설계는 소결제품으로 하여금 요구하는 시간 내에 운송하거나 처리하는 온도에 도달하게 하기 위해서이다.

본 발명의 실험에서 얻은 것은 소결체가 상술한 소결속도 하에서 냉각공정에 약 30분 머무르면 된다.

소결처리를 거친 성형체는 일반적으로 말하면 모두 약간의 변형이 있다. 만약 성형체의 정밀도 요구가 높지 않은 상황에서는 그 소결체에 대하여 직접 계속되는 표면개질 처리나 복층처리를 진행할 수 있다. 반대로 성형체의 크기(size)에 대한 정밀도 요구가 비교적 높을 때에는 성형체 크기 최종정리(70) 절차를 진행하여 성형체의 크기에 대하여 정밀한 교정을 거친 후 계속되는 복층처리를 진행하여야 한다.

성형체 크기 최종정리(70) 절차 후의 소결체에 대해서는 표면 열탈지(熱脫脂) 처리(90)를 진행하여야 한다. 유지(油脂)의 종류에 따라 서로 맞는 수성(水性) 또는 산류 용제(acids solvent)를 선택하여 깨끗이 씻는 청결세척 또는 초음파 기름제거(탈지) 처리(80)를 진행하여 성형체 표면의 유지를 제거해야 한다. 그렇지 않으면 복층표면의 품질에 영향을 주게 된다. 도 3이 소결체의 표면 구조도 이다.

소결, 성형체 크기 최종정리 절차 등 앞의 제조공정의 처리를 거친 제품은 그 표면 분말과립의 밀도특성을 이용하여 이후에 계속되는 제조공정의 충전재 본체로 삼고 표면 복층처리를 진행한다.

통상의 화학니켈도금액 중에 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 위주의 미크론과 나노레벨의 미립(微粒)으로 제조한 약간의 펄프원료를 넣고 미립이 도금액 중에 골고루 분포되게 한다. 그 미립의 평균 입경은 90~500nm이고 복합도금액 총량에서 3％~10％ 비례를 차지하며 동력교반기로 골고루 교반한다(100). 교반속도는 도금액 중의 모든 입자가 골고루 부상하는 것을 표준으로 하여 금속 니켈이온과 나노 미립으로 구성된 균등한 도금액을 얻는다.

지속적으로 외부전압을 가할 필요가 없는 상황 하에서 용액 중의 금속이온을 자촉매 작용(auto catalysis)의 화학반응 방식을 통해 도금액 중의 환원제와 공동으로 존재하게 한다. 고체표면 위에서의 화학반응을 통해 금속이온은 고체상태의 금속으로 환원되며 약 15％~30％의 폴리테트라플루오로에틸렌 초 미립과 뒤섞여 층 차적으로 고체표면 위에 퇴적된다. 이러한 반응절차의 반응이 발생할 때 전자전달은 외부 도선을 거치지 않고 용액 중의 물질이 고체표면상에서 반응을 발생하는 동시에 직접 전달을 진행한다. 그러므로 제조공정의 온도는 보통 90℃를 유지하면 된다.

이 제조공정기술을 통해 경도가 집중되고, 마찰에 견디며, 낮은 마찰계수를 가진 복합 도금 층을 얻을 수 있다. 그 평균 마찰계수는 Ni-P도금 층의 1/2이다. 그러나 복층 처리 전 기초재료 표면에 각 항목의 청결절차를 진행하여야 한다. 예 를 들면, 표면 활화(活化)처리(200)(400), 표면 개질(改質)처리(300)(500), 각각의 수세(水洗)처리(110)(210)(310)(410)(510) 등 청결과 활성화 처리를 모두 확실히 해야 한다. 그렇지 않으면 복층의 품질에 심각한 영향을 주게 된다.

화학도금액의 주요 구성은 아래와 같다.

1.금속이온(metal ions): 도금 층 금속의 출처로 한다.

2.환원제(reducing agent): 금속이온을 금속으로 환원시킨다.

3.촉매제(catalyst): 기초재료 표면으로 하여금 촉매 성을 가지게 한다.

4.착합제(complexing agent): 수산화물의 침전을 방지하고, 분석속도를 조절하며, 도금욕(鍍金浴,bath)의 분해를 방지하고, 도금욕을 안정하게 한다.

5.안정제(stabilizer): 미립 불순물을 흡수하여 도금욕의 자연분해를 방지하여 도금욕의 수명을 연장시킨다.

6.완충제(buffer): pH값을 조작범위 내에 통제한다.

7.습윤제(wetting agent): 표면작용을 양호하게 한다.

8.분산(Dispersion): 마찰에 견디는 초 미립 재를 골고루 피복되게 한다.

환원제는 일반적으로 차아인산나트륨(Sodium hypophosphite)을 사용한다. PH는 도금층 P의 함량을 통제한다. 일반적으로 PH가 비교적 높고, P함량은 비교적 적으면 복층성질에 다소 변화가 있다. 낮은 P함량은 높은 P함량보다 내식성이 비교적 악화되며, P함량이 8%보다 높으면 복층이 자성(磁性)을 가지지 않는다.

본 발명의 표면 복층재료 중 만약 P함량이 6%, 폴리테트라플루오로에틸렌의 용적비가 30%에 달할 때 표면 복층은 검은 색상에 가까우며, 만약 P함량이 9%, 폴 리테트라플루오로에틸렌의 용적비가 20%일 때 복층 표면은 밝은 회색 색상에 가깝다. 그러나 복층 전체적 효능의 실험결과는 매우 비슷한 것으로 나타났다. 표면 복층이 검은 색상에 가깝고, 열처리를 거치지 않은 복층의 경도값이 280~380VHN에 도달가능하게 복층처리 후의 성형체를 300℃~350℃ 고온의 베이킹(baking)(열풍건조)(700) 환경하에서 10~15분 시간을 유지하여 복층 표면이 더욱더 밀착해지는 밀착성 처리(800)를 한다. 그 후의 포스트 베이킹(post-baking) 처리는 복층의 결정구조에 대하여 현저한 영향을 미친다.

마지막으로 밀착성 처리(800)를 거친 성형체를 제조공정 정밀도의 수요에 따라 초음파의 청결세척(900)을 약 2~5분 다시 진행할 수 있으며, 다시 한번 전기화학반응(600) 후에 기초재료 표면에 완전히 피복되지 못한 미세과립(微細顆粒)을 제거하고, 성형체의 회전운동 초기에 단단하지 못하여 벗겨진 미세과립에 의해 조성된 크기변화를 유지하면 복층 두께를 일반적으로 6~12㎛범위로 통제할 수 있다. 그러므로 제조공정을 거친 완성품(1000)에 대하여 상당히 높은 크기 정밀도 통제를 할 수 있다. 도 4는 복층 표면이 밀착성 처리를 거친 후의 표면 상황이다.

(실험결과)

본 발명을 이용하여 제조한 고 효능 미끄럼운동에 대한 실험 테스트로부터 얻은 결과를 보면, 이는 낮은 마찰계수를 만족시킬 뿐만 아니라, 마모에 견디고(내마모), 경도가 높으며(고경도), 크기가 정밀하며, 제작비용이 비교적 낮으며, 시스템의 동력에너지 효능을 제고시킨다. 동시에 복층 표면의 초기 마모량은 약 0.1~0.2㎛에 불과하다.

본 발명을 이용하여 제조한 완성품의 이론상 물리기초와 화학성질은 아래와 같다.

1.작업온도는 약 -30℃~200℃이다.

2.불활성 보호층을 구비하고 있으므로 일반적인 화학반응과 산화부식 작용에 견딜 수 있다.

3.낮은 마찰계수, 냉각선풍기 테스트 실험 부하(load) 하에서 30일 운전한 후의 측정을 보면, 마모가 거의 발생하지 않았으며, 극소량의 윤활유 환경하에서 250일 연속 운전한 후의 마모량은 ＜1㎛이다.

4.표면 기계의 저항강도는 200Kgf/㎝²에 도달할 수 있다.

5.열전도계수는 약 0.5이고, 열팽창계수는 성분의 통제를 거쳐 약 5~10/℃에 분포되게 하였다.

6.표면개질층은 두께가 비교적 균등할 뿐만 아니라 쉽게 박리되지 않으며 장기간의 회전운동 하에서도 제품의 정밀도를 비교적 잘 유지할 수 있다.

7. 조밀화(compaction)로 인한 결과, 표면에는 미세한 구멍이 없다.

동시에 본 발명은 쉽게 이용할 수 있다. 이 기술을 DC 선풍기의 회전베어링의 제작에 적용하였는데, 도 5와 6에 나타낸 바와 같다.

실제로 테스트한 결과, 그 평균 무고장 시간(MTBF) 값은 50000시간을 초과하였는데, 그 테스트 결과는 첨부한 보고서에 나타낸 바와 같다.

이렇듯 그 수명은 현재 광범히 응용되고 있는 롤러 베어링과 비길 수 있다는 것을 보여준다. 동일한 이유로 그를 직선운동에 적용하여도 효과는 마찬가지이다.

이 기술을 이용하여 제조한 제품은 직접 한 번에 동-주석계 부품(성형체) 표면의 미소 분말과립을 테트라플루오로에틸렌 고분자 재료의 충전재로 할 수 있으며, 제품으로 하여금 낮은 마찰계수 가지며, 마모에 견디고, 경도가 높으며, 크기가 정밀하고, 제조비용이 낮고, 시스템 동력에너지 효능을 제고하게 한다. 그러므로 직선운동이나 회전운동의 미끄럼 운동시스템에 효과적으로 적용될 수 있으며 동시에 제조공정 정밀도의 향상에서도 현존하는 제조공정 기술보다 훨씬 우월하다.

동시에 만약 앞에서 언급한 분말야금 제조공정의 기초재료를 금속절삭(切削) 방식처리로 바꾸어도 본 발명은 제조공정 기초재료 표면의 거칠기 값(Ra 값은 약 0.6~0.8 사이)을 적당히 통제하기만 하면 기초재료 표면의 적당한 각도의 단면 고저 윤곽의 변화를 통해 후반부 제조공정의 충전재로 하면 여전히 상술한 제조공정을 거쳐 만든 제품과 동일한 물리,화학성질을 구비한다. 그러나 그 제조비용은 상술한 분말야금 제조공정보다 높다. 그러므로 높은 품질을 추구하고 낮은 비용 제조공정 기술을 요구할 때, 본 발명이 제시한 제조공정 기술은 산업의 수요를 만족시키는 해결방안의 하나이다.

Claims (5)

1. (a) 분무법을 이용하여 청동계 합금 분말과립을 만들고, 초보적인 선별을 거친다.

   (b) 서로 다른 입경 범위의 분말에 약간의 미량 합금금속재료를 넣고, 일정한 비례방식으로 배합시키며 제조공정의 수요에 따라 일정량의 윤활제를 첨가한다.

   (c) 분말혼합 작업을 실시한다.

   (d) 분말혼합 절차를 완성한 기초재료 분말을 프레스의 금형공동 안에 주입하여 충전시킨 후, 상ㆍ하의 펀치와 금형(die) 간에 압력을 가해 성형체를 만드는 원리를 이용하여 압박의 방식으로 분말이 압력을 받아 압축성형되게 한다.

   (e) 성형압력과 펀치 접촉면적 및 제조되는 성형체의 밀도값은 상당한 관련성을 가지므로 제조되는 성형체에 대해 검증을 진행한다.

   (f) 성형 후의 성형체를 소결로에 넣고 환원 분위기 하에서 소결처리를 진행한다.

   (g) 소결처리를 거친 후, 표면개질처리와 복층처리를 진행하고, 이어서 크기 최종정리 절차를 진행한다.

   (h) 표면 열 탈지처리를 진행하고, 유지의 종류에 따라 서로 맞는 수성 또는 산류용제를 선택하여 청결세척 또는 초음파 기름제거 처리를 진행하여 성형체 표면의 유지를 제거한다.

   (i) 실온에서 교반, 통풍, 여과의 제조공정을 진행하고, 동력교반기로 골고 루 교반한다.

   (j) 표면활화처리, 표면개질처리, 그 각각의 청결을 위한 수세처리와 활성화처리를 한다.

   (k) 열처리를 거치지 않은 복층은 복층처리 후에 성형체를 고온의 베이킹 환경하에서 복층표면이 더욱더 밀착해지도록 밀착성 처리를 한다.

   (l) 마지막으로 밀착성 처리 후의 성형체를 제조공정 정밀도 수요에 따라 초음파 청결세척을 다시 진행하고, 다시 한번 전기화학반응 후에 기초재료 표면에 완전히 피복되지 못한 미세과립을 제거한다.

   상기 (a)∼(l)공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효능 운동에 대한 표면복층의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 (c)공정의 분말혼합 작업은 직립식 나선형 혼합기를 사용하되, 그 회전속도는 60~120rpm으로 한 것을 특징으로 하는 고효능 운동에 대한 표면복층의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 (e)공정에서 성형체의 밀도값이 7.9~8.0 g/cm³으로 유지되도록 한 것을 특징으로 하는 고효능 운동에 대한 표면복층의 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 (k)공정에서 열처리를 거치지 않은 복층은 그 경도 가 280~380VHN이 되게 복층처리 후의 성형체를 300℃~350℃ 고온의 베이킹 환경하에서 10~15분을 유지토록 한 것을 특징으로 하는 고효능 운동에 대한 표면복층의 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 (l)공정의 초음파 청결세척을 2~5분 진행하는 것을 특징으로 하는 고효능 운동에 대한 표면복층의 제조방법.

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