KR20080061793A - Production method of air-foil bearing having excellent wear resistivity - Google Patents

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KR20080061793A
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Abstract

A manufacturing method of an air-foil bearing with excellent wear resistance is provided to coat a bonding material on an object with enough coupling strength. A manufacturing method of an air-foil bearing with excellent wear resistance includes the steps of: preparing coating powder consisting of amorphous alloy, a bonding material, mixed with solid lubricant; and coating the coating powder on a surface of a journal of an air-foil bearing without a reinforcement material by spraying mixed gas of nitrogen and helium heated at a low temperature ranging 300~500°C.

Description

내마모성이 우수한 에어포일 베어링의 제조방법{PRODUCTION METHOD OF AIR-FOIL BEARING HAVING EXCELLENT WEAR RESISTIVITY}Production Method of Air Foil Bearing With Excellent Abrasion Resistance

도 1은 에어포일 베어링의 형태를 설명하는 개념도,1 is a conceptual diagram illustrating the shape of an airfoil bearing;

도 2는 저온분사코팅 공정을 설명하기 위한 개략도,2 is a schematic view for explaining a low temperature spray coating process,

도 3은 본 발명의 실시예에서 사용된 Ni계 비정질 합금의 형태를 촬영한 주사전자현미경(SEM) 사진,3 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the shape of the Ni-based amorphous alloy used in the embodiment of the present invention,

도 4는 본 발명의 실시예에서 사용된 Ag 고상윤활물질의 형태를 촬영한 주사전자현미경 사진,Figure 4 is a scanning electron micrograph of the form of the Ag solid lubricating material used in the embodiment of the present invention,

도 5는 본 발명의 실시예에서 사용된 BaF2/CaF2 공정상 분말을 촬영한 주사전자현미경 사진,FIG. 5 is a scanning electron microscope photograph of the BaF 2 / CaF 2 process powder used in the embodiment of the present invention,

도 6은 본 발명의 발명예와 비교예의 베어링 저널을 촬영한 사진,6 is a photograph photographing a bearing journal of the invention example and comparative example of the present invention,

도 7은 발명예와 비교예의 마찰계수를 비교한 그래프,7 is a graph comparing the coefficient of friction of the invention example and the comparative example,

도 8은 에어포일 베어링에서 발생되는 마찰전류를 측정하기 위한 장치,8 is an apparatus for measuring a friction current generated in the airfoil bearing,

도 9는 마찰전류 측정시 에어포일 베어링의 작동 싸이클을 설명하는 그래프, 그리고9 is a graph illustrating an operating cycle of an airfoil bearing during friction current measurement, and

도 10은 에어포일 베어링의 작동 싸이클이 진행됨에 따라 마찰전류가 변동하 는 것을 나타내는 그래프이다.10 is a graph showing that the friction current varies as the operating cycle of the airfoil bearing proceeds.

본 발명은 내마모성이 우수한 에어포일 베어링의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저온 분사법을 이용하여 비정질 코팅소재의 산화나 결정화를 초래하는 일 없이 건전하고 양호한 비정질 코팅 층을 에어포일 베어링의 저널부 표면에 형성시킴으로서 내마모성이 현저히 향상된 에어포일 베어링을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an airfoil bearing having excellent abrasion resistance, and more particularly, to a healthy and good amorphous coating layer without causing oxidation or crystallization of an amorphous coating material by using a low temperature spraying method. The present invention relates to a method for manufacturing an airfoil bearing having a markedly improved wear resistance by forming on the secondary surface.

베어링이라 함은 회전하고 있는 기계의 축(軸)을 일정한 위치에 고정시키고 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축을 회전시키는 역할을 하는 기계요소를 일컫는 용어로서, 하중이 걸리는 부위의 마찰을 최소화 시키는 역할을 수행한다. 베어링 부의 마찰을 최소화 하기 위해서는 마찰을 발생시키지 않은 형상을 가질 것을 요구할 뿐만 아니라, 마찰을 감소시키는 윤활물질이 베어링 부에 도포되어 있을 필요가 있다. Bearing is a term that refers to a mechanical element that plays a role in rotating a shaft while fixing the shaft of a rotating machine at a fixed position and supporting the weight of the shaft and the load on the shaft. Play a role of In order to minimize the friction of the bearing part, it is necessary not only to have a shape that does not generate friction, but also to reduce the friction, a lubricating material that needs to be applied to the bearing part needs to be applied.

종래에는 상기 베어링에 윤활유를 비롯한 액상 윤활제가 도포되는 것이 일반적이었다. 그러나, 액상 윤활제의 경우에는, 베어링이 고온에서 작동할 때 기화하 거나 또는 변질되는 등의 문제가 있어 가혹한 조건에서의 베어링 사용에 한계로 작용하였다.Conventionally, a liquid lubricant including lubricant is generally applied to the bearing. However, in the case of liquid lubricants, there are problems such as vaporization or deterioration when the bearings are operated at high temperatures, which limits the use of the bearings in harsh conditions.

이러한 문제점을 해결하기 위해 NASA에서는 윤활유 등을 사용하지 않는 에어포일 베어링을 개발하게 되었는데, 그 개략적인 형상을 도 1에 나타내었다. 에어 포일 베어링은 도 1에서 볼 수 있듯이, 슬리브 내표면의 특이한 형상으로 인하여 베어링 저널부가 회전할 때 저널 주위에 공기층이 저널을 감싸게 되어 윤활제의 역할을 수행하도록 하여 종래의 액상 윤활제가 필요 없도록 고안된 형태의 베어링이다.In order to solve this problem, NASA has developed an airfoil bearing that does not use lubricating oil, etc., and a schematic shape thereof is shown in FIG. 1. As shown in FIG. 1, the air foil bearing is designed to eliminate the need for a conventional liquid lubricant by allowing the air layer to surround the journal as the lubricant rotates around the journal due to the unusual shape of the inner surface of the sleeve. Is a bearing.

상기와 같은 베어링을 사용할 경우에는 액상 윤활제를 사용하는 경우에서와 같이 윤활제의 변질 등의 문제가 일어나지 않아 유리하다. 그러나, 상기와 같이 공기층 형성효과는 베어링의 회전속도가 정상상태(steady state)에 도달한 경우에만 얻을 수 있는 것으로서 정지상태에서 상기 정상상태에 도달할 때까지 또는 정상상태로부터 감속될 때(다른 말로 하면 비정상상태)에는 충분한 공기층 형성효과를 얻을 수 없기 때문에 슬리브(sleeve) 부와 심한 마찰이 발생할 수 있다.In the case of using the bearing as described above, the problem such as deterioration of the lubricant does not occur as in the case of using a liquid lubricant is advantageous. However, as described above, the air layer forming effect is obtained only when the rotational speed of the bearing reaches a steady state, and when the speed decreases from the steady state or when the speed decreases from the steady state (in other words, If there is no sufficient air layer forming effect in the abnormal state), severe friction with the sleeve may occur.

이러한 비정상상태에서 발생하는 마찰에 의해 베어링의 온도가 상승될 뿐만 아니라 마찰이 발생하는 부위가 마모되어 베어링의 수명이 감소될 우려가 있으므로, 상기 비정상상태를 대비하여 표면에 코팅층을 형성할 필요가 있다.Because of the friction that occurs in such an abnormal state not only increases the temperature of the bearing but also wears out the site where the friction occurs, so as to reduce the life of the bearing, it is necessary to form a coating layer on the surface in preparation for the abnormal state. .

상기 코팅층은 크게 보아 베어링 저널부의 마찰계수를 감소시켜 비정상상태의 마찰을 감소시키기 위한 윤활물질과 마찰이 발생하더라도 마모에 의해 저널부 형상이 급격하게 변동되지 않도록 내마모성을 부여하기 위한 소재로 구성되어 있다. 상기 윤활물질은 종래의 액상 윤활제와는 달리 코팅된 고상으로 베어링 저널에 코팅된 상태로 존재한다. 또한, 내마모성을 부여하기 위한 소재는 통상적으로는 코팅층이 베어링 저널에 용이하게 부착되도록 하는 역할을 하는 본딩 소재와 코팅층의 경도를 높여 내마모성을 향상시키기 위한 강화소재로 이루어져 있다.The coating layer is made of a material for providing wear resistance so that the shape of the journal portion is not changed abruptly due to abrasion even when friction occurs with a lubricating material for reducing friction coefficient of the bearing journal part and reducing friction in an abnormal state. . The lubricant is present in the bearing journal as a coated solid phase, unlike conventional liquid lubricants. In addition, the material for imparting wear resistance is usually made of a bonding material that serves to easily attach the coating layer to the bearing journal and a reinforcing material to improve the wear resistance by increasing the hardness of the coating layer.

상기 코팅층을 형성시키기 위한 방법으로서 미국특허 5,866,518호에 플라즈마 용사코팅(plasma thermal spray) 방법이 개시되어 있다. 상기 특허문헌에는 본딩 소재로서 NiCr 합금을, 강화상 소재로서 Cr2O3 분말, 그리고 고상 윤활물질로서 Ag 및 BaF2/CaF2(BaF2와 CaF2의 공정(eutectic)상)을 사용하고 있다.As a method for forming the coating layer, US Pat. No. 5,866,518 discloses a plasma thermal spray method. The patent document uses a NiCr alloy as a bonding material, Cr 2 O 3 powder as a reinforcing phase material, and Ag and BaF 2 / CaF 2 (eutectic phase of BaF 2 and CaF 2 ) as a solid lubricant. .

그러나, 상기 방법과 같이 강화상 성분을 사용하여 분사할 경우에는 강화상 성분의 사용에 따른 제조비용이 증가할 뿐만 아니라 여러가지 성분들이 단순 혼합된 상태로 용사되기 때문에 분사시 각 성분들간의 열 물리적 특성에 따른 비행거동이 차이나 코팅층이 불균질해질 우려도 존재한다.However, in the case of spraying using the reinforcement phase component as in the above method, the manufacturing cost according to the use of the reinforcement phase component increases, as well as the thermal physical properties between the components during the spraying because the various components are simply sprayed in a mixed state. Due to the difference in flight behavior, there is a concern that the coating layer becomes inhomogeneous.

또한, 강화상 성분을 사용하지 않기 위해서는 본딩 소재를 경질의 소재로 할 필요가 있는데, 이때에는 부착되는 모재(즉, 베어링 저널부)와의 양호한 부착성을충족하여야 할 뿐만 아니라 충분한 경도를 가지도록 모재의 조성을 제어할 필요가 있다. 그러나, 이 방법 역시 플라즈마 용사코팅 방법을 이용할 경우에는 적합하지 않다. 즉, 용사코팅 방법에 의하면 금속질인 본딩 소재가 용융된 상태로 분사되게 되는데, 노즐에서부터 피사체까지 본딩소재가 비행할 때 주위 분위기에 의해 산화될 가능성이 높게 되며 그 뿐만 아니라 최초에 설정한 본딩 소재의 조성이 그대로 피사체 표면에서 유지되기도 어렵다는 단점이 있다.In addition, in order not to use the reinforcing phase component, it is necessary to use a bonding material as a hard material. In this case, the base material must not only satisfy good adhesion with the base material (that is, the bearing journal part) to be attached, but also have sufficient hardness. It is necessary to control the composition of. However, this method is also not suitable when using the plasma spray coating method. That is, according to the thermal spray coating method, the bonding material, which is metallic, is sprayed in a molten state. When the bonding material flows from the nozzle to the subject, it is more likely to be oxidized by the surrounding atmosphere. There is a disadvantage that the composition of is hard to be maintained on the surface of the subject as it is.

그 뿐만 아니라, NiCr과 같은 결정성 합금을 본딩소재로 이용하여 베어링 저널의 표면을 코팅할 경우에는 사용시 코팅층의 박리가 일어나기 쉽다는 문제도 가지고 있다.In addition, when coating the surface of the bearing journal using a crystalline alloy such as NiCr as a bonding material, there is a problem that peeling of the coating layer easily occurs during use.

따라서 본 발명의 일측면에 의하면, 강화상 성분을 사용하지 않으면서도 충분한 내마모성을 가지는 에어포일 베어링의 제조방법이 제공된다.Therefore, according to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an airfoil bearing having sufficient abrasion resistance without using a reinforcing phase component.

또한, 본 발명의 또다른 일측면에 의하면, 본딩소재가 초기조성으로부터 조성변화나 산화가 일어나지 않은 상태로 충분한 결합강도를 가지고 피사체 표면에 코팅될 수 있도록 하는 에어포일 베어링의 제조방법이 제공된다.In addition, according to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an airfoil bearing in which the bonding material can be coated on the object surface with sufficient bonding strength in a state in which no composition change or oxidation occurs from initial composition.

상기 본 발명의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 한가지 태양으로서, 본 발명의 에어포일 제조방법은 비정질 합금 및 고상윤활물질이 혼합된 코팅 분말을 준비하는 단계; 및 상기 코팅분말을 저온분사방식으로 에어포일베어링 저널 표면에 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.As one aspect of the present invention for solving the problems of the present invention, the method of manufacturing an air foil of the present invention comprises the steps of preparing a coating powder mixed with an amorphous alloy and a solid lubricant material; And coating the coating powder on the surface of the airfoil bearing journal in a low temperature spraying manner.

이때, 상기 고상윤활물질은 Ag 및 BaF2/CaF2의 고용체를 포함하는 것이 바람직하다.At this time, the solid lubricating material preferably includes a solid solution of Ag and BaF 2 / CaF 2 .

그리고, 상기 BaF2/CaF2의 고용체는 공정상 조성을 가지는 것이 바람직하다.In addition, the solid solution of BaF 2 / CaF 2 preferably has a composition in process.

또한, 상기 고상윤활물질은 Ag 입자와 BaF2/CaF2의 고용체를 기계적 합금화 방법으로 균질혼합시켜 제조되는 것이 효과적이다.In addition, the solid phase lubrication material is effectively prepared by homogeneously mixing a solid solution of Ag particles and BaF 2 / CaF 2 by mechanical alloying method.

또한, 상기 코팅 분말은 비정질 합금 : 65~95중량%, Ag : 2.5~20 중량%, BaF2/CaF2의 고용체 : 2.5~20중량%로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the coating powder is preferably made of an amorphous alloy: 65 to 95% by weight, Ag: 2.5 to 20% by weight, solid solution of BaF 2 / CaF 2 : 2.5 to 20% by weight.

또한, 상기 비정질 합금은 Ni를 45% 이상 함유한 것이 바람직하다.In addition, the amorphous alloy preferably contains 45% or more of Ni.

그리고, 상기 비정질 합금은 평균입도가 5~90㎛인 것이 효과적이다.In addition, it is effective that the amorphous alloy has an average particle size of 5 ~ 90㎛.

또한, 상기 저온분사시 사용되는 가스는 질소, 헬륨 또는 이들의 혼합가스인 것이 좋다.In addition, the gas used during the low-temperature injection is preferably nitrogen, helium or a mixture thereof.

그리고, 상기 캐리어 가스의 노즐 직전에서의 압력은 상기 캐리어 가스가 헬륨일 경우에는 20~25 바(bar), 질소일 경우에는 20~29 바, 질소와 헬륨의 혼합가스일 경우에는 20~(25+질소유량분율/4) 바인 것이 바람직하다.In addition, the pressure immediately before the nozzle of the carrier gas is 20 to 25 bar when the carrier gas is helium, 20 to 29 bar when nitrogen, and 20 to 25 when the mixed gas of nitrogen and helium is used. It is preferable that it is + nitrogen flow fraction / 4) bar.

그리고, 상기 저온분사시 사용되는 코팅 분말의 유량은 10~30g/min인 것이 효과적이다.And, the flow rate of the coating powder used during the low-temperature spraying is effective to 10 ~ 30g / min.

그리고, 상기 저온 분사시 노즐과 에어포일 베어링 저널 사이의 거리는 20~50mm인 것이 바람직하다.In addition, the distance between the nozzle and the airfoil bearing journal during the low temperature injection is preferably 20 ~ 50mm.

또한, 상기 저온 분사시 사용되는 가스는 300~500℃에서 가열되는 것이 효과적이다.In addition, the gas used during the low temperature spray is effective to be heated at 300 ~ 500 ℃.

또한, 상기 저온 분사시 코팅 분말은 546~597℃에서 미리 예열되어 분사되는 것이 바람직하다.In addition, the coating powder during the low temperature spraying is preferably pre-heated and sprayed at 546 ~ 597 ℃.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 발명자들은 상술한 종래기술의 문제점에 착안하여 이를 해결하기 위해 연구하던 중 강화상 성분을 사용하지 않고서도 양호한 내마모성을 가지는 코팅층을 에어포일 베어링의 저널 표면에 형성시키기 위해서는 본딩 소재가 비정질로 구성될 필요가 있다는 결론에 도달할 수 있었다. 즉, 본 발명의 에어포일 스프링 제조에 사용되는 코팅재는 비정질 합금으로 이루어진 본딩모재와 고상 윤활물질로 구성된다.The inventors of the present invention focus on the above-mentioned problems of the prior art and study the bonding material as amorphous to form a coating layer having good wear resistance on the journal surface of the airfoil bearing without using a reinforcing phase component. The conclusion was that it needs to be constructed. That is, the coating material used to manufacture the airfoil spring of the present invention is composed of a bonding base material made of an amorphous alloy and a solid lubricant.

비정질을 형성할 수 있는 합금 조성의 조건은 다음과 같다. 비정질을 형성하기 쉬운 조성은 높은 Tg/Tm 값(예를 들면 0.6 이상)과 넓은 과냉각액체영역(△T = Tg-Tx)을 가진다. 상기 과냉각 액체영역의 크기는 비정질의 형성능은 물론이고 열적 안정성과 가공성과도 연관되므로 비정질 합금을 광범위하게 응용할 수 있는 중요한 인자가 된다. 상기 조건, 즉 높은 비정질 형성능을 가지는 비정질 합금은 주로 ① 3성분 이상의 다원계 합금이며, ② 주요 구성원소간의 원자 반경비가 12% 이상 차이를 가지고, ③ 구성원소 사이에 적절한 음의 혼합엔탈피를 가지는 등의 경험적 조건을 만족한다. The conditions of the alloy composition which can form amorphous are as follows. The composition which is easy to form amorphous has high Tg / Tm value (for example, 0.6 or more) and wide supercooled liquid region (ΔT = Tg-Tx). The size of the supercooled liquid region is associated with thermal stability and processability as well as amorphous formation ability, which is an important factor for wide application of amorphous alloys. Amorphous alloys having the above conditions, that is, high amorphous forming ability, are mainly ① multicomponent alloys having three or more components, ② have an atomic radius ratio of more than 12%, and ③ have an appropriate negative mixed enthalpy among the components. Satisfies the empirical conditions.

상기 3성분 이상의 비정질 합금 중 Ni계 비정질 합금은 Ni를 45% 이상 함유하는 것을 들 수 있으며, 그 종류가 다양하므로 본 명세서에서 이들을 모두 열거하 기는 힘들지만, 본 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 상기 조건을 충족하는 비정질 합금을 용이하게 구하여 본 발명에 응용할 수 있을 것이다. 다만, 그 중에서 몇가지 예를 든다면 다음 관계식 1로 표현되는 4성분계 조성을 가지는 비정질 합금을 들 수 있다.Among the three or more amorphous alloys, the Ni-based amorphous alloy may include 45% or more of Ni. Since the types thereof are various, it is difficult to enumerate all of them in the present specification, but it is common knowledge in the technical field to which the present technology belongs. If you have a branch, it will be easy to obtain an amorphous alloy that satisfies the above conditions can be applied to the present invention. However, some examples thereof include an amorphous alloy having a four-component composition represented by the following relational formula (1).

[관계식 1][Relationship 1]

Nia(ZrxTi1-x)bSic Ni a (Zr x Ti 1-x ) b Si c

여기서, 각각 45≤a≤63, 36≤b≤48, 1≤c≤11, 0.4≤x≤0.6 at%의 조성을 가진다. 상기 성분계의 합금은 본 범위를 벗어나면 비정질 형성능이 충분하지 못하다.Here, 45? A? 63, 36? B? 48, 1? C? 11, and 0.4? X? 0.6 at%, respectively. The alloy of the component system is not sufficient in the amorphous forming ability outside this range.

또한, 상기 4원계 비정질 합금조성에 필요에 따라 여러가지 원소가 첨가될 수 있는데, 이들의 예로서는 Sn 이 첨가된 것을 들 수 있다. Sn이 첨가된 비정질 합금으로서 본 발명에서 시험에 사용하였던 비정질 합금은 Ni57Ti18Zr20Si3Sn2을 들 수 있다.In addition, various elements may be added to the quaternary amorphous alloy composition as necessary, and examples thereof include those to which Sn is added. As the amorphous alloy added with Sn, the amorphous alloy used in the test in the present invention may be Ni 57 Ti 18 Zr 20 Si 3 Sn 2 .

또한, 상기 Ni계 비정질 합금 이외에도 Fe, Zr 또는 Cu가 주성분으로 포함된 비정질 합금도 본 발명에서 사용될 수 있으며, 당업자라면 이러한 성분을 가지는 비정질 합금을 용이하게 구하여 본 발명에 적용할 수 있음은 물론이다.In addition, in addition to the Ni-based amorphous alloy, an amorphous alloy containing Fe, Zr or Cu as a main component can also be used in the present invention, and those skilled in the art can easily obtain an amorphous alloy having such a component and apply it to the present invention. .

상기 비정질 합금중 Ni계 비정질 합금은 베어링 저널에 Ni가 주로 포함된다는 것을 감안할 경우 넓은 온도 대역에서 본딩 소재로 사용가능한 적합한 합금이다. 즉, 베어링의 사용온도가 높아지면 열팽창이 일어날 수 있는데, 모재와의 열팽창계수가 크게 상이한 재료를 본딩 소재로 사용할 경우에는 열팽창으로 인하여 모재와 코팅층 간의 계면에서 응력이 발생하게 되고 그 결과 코팅층이 박리되어 버릴 우려가 있으므로 넓은 온도 대역에서 사용할 경우에는 Ni가 적합하다. 다만, 베어링 사용온도가 100℃이하의 낮은 온도일 경우에는 Fe, Zr, Cu계 비정질 합금도 사용가능하다. 그리고, Ni계 비정질 합금을 사용할 경우에도 통상의 Ni계 비정질 합금이 약 590℃ 정도의 온도에서 결정질화 되므로 상기 온도이하의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.Among the amorphous alloys, Ni-based amorphous alloys are suitable alloys that can be used as a bonding material in a wide temperature range in consideration of mainly containing Ni in the bearing journal. In other words, thermal expansion may occur when the bearing's operating temperature increases. When a material having a large thermal expansion coefficient with the base material is used as the bonding material, stress is generated at the interface between the base material and the coating layer due to thermal expansion. Ni is suitable for use in a wide temperature range since there is a risk of becoming damaged. However, Fe, Zr, Cu-based amorphous alloys can be used when the bearing temperature is lower than 100 ℃. In addition, even when a Ni-based amorphous alloy is used, since the conventional Ni-based amorphous alloy is crystallized at a temperature of about 590 ° C, it is preferable to use it within the above temperature range.

상술한 본딩 소재로 사용되는 비정질 합금은 저온 분사 방식으로 코팅되어야 하므로 저온 분사에 유리한 입도를 가질 것이 필요하다. 본 발명의 발명자들의 연구결과에 따르면 상기 비정질 합금은 5~90㎛의 평균입도를 가지는 것이 바람직하며, 개별입자들의 입도가 상기 범위(5~90㎛)를 충족시키는 것이 특히 바람직하다.Since the amorphous alloy used as the bonding material described above should be coated by low temperature spraying, it is necessary to have a particle size favorable for low temperature spraying. According to the results of the inventors of the present invention, the amorphous alloy preferably has an average particle size of 5 ~ 90㎛, it is particularly preferable that the particle size of the individual particles satisfy the above range (5 ~ 90㎛).

만일 비정질 합금의 입도가 5㎛ 미만일 경우에는 충분한 운동에너지를 가질 수 없어 피사체에 충돌시 코팅에 필요한 결합에너지를 제공할 수 없으며, 반대로 입도가 90㎛를 초과할 경우에는 입자 가속에 필요한 에너지가 과다하게 요구되어 입자의 속도가 충분하지 못하게 된다.If the particle size of the amorphous alloy is less than 5㎛, it cannot have sufficient kinetic energy, so that it cannot provide the binding energy required for coating when colliding with the subject.In contrast, if the particle size exceeds 90㎛, the energy required for particle acceleration is excessive. The particle velocity is not sufficient.

상술한 입도를 가지는 비정질 합금은 통상적인 분말 야금법에 의해 제조될 수 있으므로 본 발명에서 특별히 제한하지는 않는다. 또한, 상기 비정질 합금은 내부조직이 100% 비정질인 경우에만 한정하지는 않으며, 통상 비정질도가 80%이상인 비정질 합금은 모두 본 발명에서 사용가능한 비정질 합금이라는 점에 유의할 필요가 있다.The amorphous alloy having the above-mentioned particle size can be produced by a conventional powder metallurgy method, so it is not particularly limited in the present invention. In addition, the amorphous alloy is not limited only when the internal structure is 100% amorphous, it should be noted that all the amorphous alloy having an amorphous degree of 80% or more are all amorphous alloys usable in the present invention.

본 발명의 에어포일 베어링 제조에 사용되는 저온 분사 코팅재를 이루는 또다른 구성요소인 고상윤활물질은 Ag와 BaF2/CaF2로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때, 상기 BaF2/CaF2 재료 상호간 고용체를 이루는 것이 바람직하며, 또한 두 성분이 공정조성을 이루도록 조성제어(예를 들면, BaF2:CaF2 = 6:4)되는 것이 융점강하를 위하여 가장 바람직하다. 상기 Ag는 베어링이 비교적 저온(예를 들면 약 500℃ 이하)에서 사용될 경우 윤활기능을 하기 위하여 첨가되는 것이며, BaF2/CaF2는 비교적 고온에서 사용될 경우 윤활기능을 하기 위하여 첨가되는 것이다.It is preferable that the solid phase lubrication material, which is another component of the low temperature spray coating material used for manufacturing the airfoil bearing of the present invention, is made of Ag and BaF 2 / CaF 2 . In this case, it is preferable to form a solid solution between the BaF 2 / CaF 2 materials, and to control the composition so that the two components form a process composition (for example, BaF 2 : CaF 2 = 6: 4), it is most preferable for the melting point drop. . Ag is added to lubricate when the bearing is used at a relatively low temperature (for example about 500 ℃ or less), BaF 2 / CaF 2 is added to lubricate when used at a relatively high temperature.

이때, 상기 Ag와 BaF2/CaF2는 1~90㎛의 입도를 가지는 것이 바람직하다. 입도가 너무 작을 경우에는 코팅 내에서 작은 분포로 존재하기 때문에 나중에 마찰/마모 시 윤활제 역할이 미흡하며, 반대로 입도가 과다하게 클 경우에는 코팅 공정 중 막힘(clogging)이 일어날 수 있으므로 상기 윤활제의 입도는 1~90㎛인 것이 바람직하며, 상기의 문제점을 보다 확실하게 방지하기 위해서는 10~30㎛인 경우가 가장 바람직하다. At this time, the Ag and BaF 2 / CaF 2 preferably has a particle size of 1 ~ 90㎛. If the particle size is too small, there is a small distribution in the coating, so the role of the lubricant is insufficient during friction / wear. On the contrary, if the particle size is excessively large, clogging may occur during the coating process. It is preferable that it is 1-90 micrometers, and it is most preferable that it is 10-30 micrometers in order to prevent said problem more reliably.

상술한 Ag와 BaF2/CaF2는 비정질 합금 분말과 단순히 혼합하여 사용될 수도 있으나, 두 고상윤활물질이 균일하게 혼합되어 존재할 수 있도록 하기 위해서는 기계적 합금화 방법에 의해 비교적 균일한 혼합물 상태로 준비된 후 상기 비정질 합금분말과 혼합하여 사용되는 것이 바람직하다.Ag and BaF 2 / CaF 2 described above may be used by simply mixing with an amorphous alloy powder, but in order to allow two solid phase lubricating materials to be uniformly mixed, the amorphous alloy may be prepared after being prepared in a relatively uniform mixture by a mechanical alloying method. It is preferably used in admixture with the powder.

기계적 합금화법이라 함은 여러가지 성분으로 이루어진 원료분말을 고에너지 볼밀에 넣고 강한 전단력을 가할 경우 상기 분말에 대한 반복적인 파괴와 분말끼리의 압접에 의해 합금분말이 제조되는 방법을 말한다. The mechanical alloying method refers to a method in which an alloy powder is prepared by repeatedly breaking the powder and pressing the powders together when a raw material powder composed of various components is placed in a high energy ball mill and a strong shear force is applied.

상기 기계적 합금화법이라 함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구나 이해하고 사용할 수 있는 방법이므로 본 발명에서 특별히 제한하지는 않는다. 다만, 효과적인 한가지 일례를 들자면 지르코니아 등의 세라믹 볼을 사용하는 볼밀을 이용하여 2~4시간 동안 120~180rpm의 조건으로 합금화하는 방법이 있을 수 있다. 상기 2시간은 기계적 합금화에 필요한 최소시간을 의미하는 것으로서 상기 시간미만의 경우에는 합금화도가 부족하게 되며, 반대로 상기 4시간은 충분한 효과를 거둘수 있는 시간으로서 상기 4시간 이상으로 기계적 합금화를 실시하여도 더이상의 효과상승을 기대하기는 어려우며 에너지와 제조시간만 더 소요되기 때문에 상기 4시간을 상한으로 한정하였다. 또한, 상기 볼 밀의 회전속도는 충분한 전단력을 가해주기 위해 필요한 범위를 의미한다. The mechanical alloying method is a method that can be understood and used by anyone having ordinary knowledge in the art to which the present invention pertains, and thus the present invention is not particularly limited. However, one effective example may be a method of alloying at a condition of 120 to 180 rpm for 2 to 4 hours using a ball mill using a ceramic ball such as zirconia. The 2 hours means the minimum time required for mechanical alloying, and if less than the time, the degree of alloying is insufficient. On the contrary, the 4 hours is a time sufficient to achieve a sufficient effect. It is difficult to expect a further increase in effect and limited the above four hours because only energy and manufacturing time are required. In addition, the rotational speed of the ball mill means a range required to apply a sufficient shear force.

상기 방식으로 기계적 합금화된 Ag-BaF2/CaF2 복합 분말은 상술한 비정질 합금과 함께 혼합되어 코팅 분말로 제조된다. 상기 코팅 분말에 포함된 비정질 합금은 전체 코팅분말 중량대비 65~95중량%인 것이 바람직하며, Ag는 2.5~20중량%, BaF2/CaF2 공정 재료는 2.5~20중량% 포함되는 것이 바람직하다. 상기 비정질합금과 고상 윤활물질의 함량은 한쪽이 증가하면 다른 한쪽은 감소하는 관계로서 서로간에 적절한 함량을 유지하여야 하는데, 비정질 합금의 함량이 상기 범위를 초과하여 포함될 경우에는 고상 윤활물질의 함량이 감소하여 비정상상태 구동시 마찰이 과다하게 발생할 우려가 있으며, 반대로 비정질 합금의 함량이 상기 범위 미만으로 포함될 경우에는 본딩 소재 함량이 부족하여 코팅성이 부족하거나, 또는 내마모성이 부족할 염려가 있다.The Ag-BaF 2 / CaF 2 composite powder mechanically alloyed in this manner is mixed with the above-described amorphous alloy to prepare a coating powder. The amorphous alloy contained in the coating powder is preferably 65 to 95% by weight relative to the total coating powder weight, Ag is preferably 2.5 to 20% by weight, BaF 2 / CaF 2 process material is preferably included 2.5 to 20% by weight. . The content of the amorphous alloy and the solid phase lubricating substance should be maintained at an appropriate amount to each other as the other side decreases as one increases, but the content of the solid lubricating substance is reduced when the content of the amorphous alloy is exceeded in the above range. Therefore, there is a fear that excessive friction may occur when driving in an abnormal state, and on the contrary, when the content of the amorphous alloy is included in the range below, there is a concern that the coating material is insufficient due to the lack of the bonding material or the wear resistance is insufficient.

이후 상기 비율로 혼합된 코팅 분말은 저온분사장치에 의해 저온분사된다.The coating powder mixed in the above ratio is then sprayed at a low temperature by a low temperature spraying device.

본 발명에서 의미하는 저온분사(cold spray)법은 당업계에서 통상적으로 사 용되는 분사법 중 하나를 의미하는 것으로서 도 2에 도시한 형태의 분사장치를 통하여 분말형태의 코팅재를 용융시키지 않은 저온에서 분사하는 방법을 의미한다. 도 2를 통하여 저온분말과정을 살펴보면 다음과 같다. 도 2에서 볼 수 있듯이, 상기 저온 분사 코팅기는 가스공급장치, 조절패널, 가스가열장치, 분말송급장치 및 드 라발 노즐(de Laval Nozzle)을 포함하고 있다. 상기 가스공급장치에서 공급되는 가스는 조절패널에서 가스량 조절이 이루어져 가스가열장치과 분말송급장치로 나뉘어져 공급된다. 상기 가스가열장치는 가스를 고온으로 가열하여 가스의 팽창으로 인한 속도 상승을 유도하고, 상기 분말송급장치는 조절패널로부터 공급되는 가스에 분말을 공급함으로써 가스에 의해 분말이 노즐(드 라발 노즐)쪽으로 공급될 수 있도록 하는 역할을 한다. 분말송급장치 직후에는 분말을 가열할 수 있는 분말가열장치가 구비될 수 있다. 상기 분말가열장치는 분말이 통과하는 관 외부에 발열체 등을 장착하여 분말을 가열하기 위한 장치로서 분말의 온도를 높여서 분말이 피사체에 충돌하여 코팅될 때 분말의 변형능과 인성을 높이는 역할을 한다. 드 라발 노즐의 직전에서는 상기 분말송급장치에서 송급된 분말과 가스의 혼합물과 가스가열장치에서 공급된 가열된 고속의 가스가 만나 고속의 가스/분말 혼합물을 형성하여 상기 드 라발 노즐을 통하여 고속의 가스/분말 제트(jet)류로 분사된다. 드 라발 노즐은 노즐 길이 방향으로 볼 때 노즐의 내경이 감소(converge)하였다가 다시 증가(diverge)하는 형태를 갖춘 것으로서 가스의 속도를 음속이상의 초음속으로 증가시키는데 사용되는 노즐을 의미한다. 상기 드 라발 노즐을 통하여 초음속으로 분사된 가스에 의해 이송되는 분말은 가스의 속도에 근접한 높은 속도로 피사체와 충돌하게 되며, 분말이 가지고 있던 운동에너지가 피사체/분말 사이의 결합에 필요한 에너지로 변환되게 되어 따라서 분말이 코팅된 피사체를 얻을 수 있는 것이다.Cold spray means in the present invention means one of the spraying methods commonly used in the art, at a low temperature that does not melt the coating material in powder form through the spray device of the type shown in FIG. Means how to spray. Looking at the low-temperature powder process through Figure 2 as follows. As can be seen in Figure 2, the low temperature spray coating machine includes a gas supply device, a control panel, a gas heating device, a powder supply device and a de Laval nozzle. The gas supplied from the gas supply device is controlled by the amount of gas in the control panel, and divided into a gas heating device and a powder supply device. The gas heating device heats the gas to a high temperature to induce a speed increase due to the expansion of the gas, and the powder feeding device supplies the powder to the gas supplied from the control panel so that the powder is moved toward the nozzle (de Laval nozzle) by the gas. It serves to be supplied. Immediately after the powder feeding device, a powder heating device capable of heating the powder may be provided. The powder heating device is a device for heating the powder by mounting a heating element on the outside of the tube through which the powder passes, and serves to increase the temperature of the powder to increase the deformation and toughness of the powder when the powder collides with the subject. Immediately before the de Laval nozzle, a mixture of the powder and gas supplied from the powder feeder and the heated high-speed gas supplied from the gas heater meet to form a high-speed gas / powder mixture to form a high-speed gas through the DeLaval nozzle. Sprayed by powder jets. DeLaval nozzle is a nozzle that is used to increase the speed of the gas to the supersonic speed above the speed of sound as it has a form that the inner diameter of the nozzle is reduced (converge) and then diverged again when viewed in the nozzle length direction. The powder transported by the gas injected at supersonic speed through the de Laval nozzle collides with the subject at a high speed close to the velocity of the gas, and the kinetic energy of the powder is converted into the energy required for the coupling between the subject / powder. Thus, a powder-coated subject can be obtained.

또한, 상기 저온분사법을 사용하여 분말을 코팅하는 방법을 특별히 제한하지는 않으나, 다음과 같은 분사조건을 사용하여 분사하는 것이 보다 양호한 결과를 얻을 수 있다.In addition, the method of coating the powder using the low temperature spraying method is not particularly limited, but spraying using the following spraying conditions may yield better results.

가스의 종류Type of gas

이때, 사용되는 가스는 특별히 한정하지는 않으나, 헬륨, 질소 또는 이들의 혼합가스를 사용하는 것이 보다 바람직하다.At this time, the gas used is not particularly limited, but helium, nitrogen or a mixed gas thereof is more preferably used.

가스의 압력Gas pressure

상기 분사시 노즐 직전에서의 가스 압력은 가스의 종류에 따라 약간씩 달라지지만, 질소의 경우에는 20~29 바(bar), 헬륨의 경우에는 20~25 바인 것이 바람직하다. 또한, 질소와 헬륨의 혼합가스일 경우에는 하한은 동일하게 20 바로 설정하면 되며, 상한은 질소와 헬륨의 유량비율에 비례하여 상기 25~29 바 사이(다시 말하면, 25+질소유량비율/4)에서 결정하면된다. 가스의 압력이 낮을 경우에는 코팅되는 분말 입자의 속도가 충분하여 피사체에 코팅층이 양호하게 형성되기 어렵다. 가스압력이 높을수록 입자속도가 증가하나, 거기에는 한계가 있을 뿐만 아니라 더이상 압력을 높일 경우 장치에 부하가 발생할 우려가 있으므로 가스압력의 상한은 상기한 범위로 설정한다.The gas pressure just before the nozzle at the time of injection is slightly different depending on the type of gas, but 20 to 29 bar (nitrogen) for the nitrogen, 20 to 25 bar for the helium is preferred. In the case of a mixed gas of nitrogen and helium, the lower limit may be set equal to 20 bars, and the upper limit is between 25 and 29 bar in proportion to the flow rate ratio of nitrogen and helium (that is, 25+ nitrogen flow rate / 4). You just need to decide on When the pressure of the gas is low, the speed of the powder particles to be coated is sufficient, so that a coating layer is hardly formed on the object. The higher the gas pressure, the higher the particle velocity, but there is a limit there, and if the pressure is increased further, the device may be loaded, so the upper limit of the gas pressure is set in the above range.

코팅 분말(본딩 소재 + 고상윤화물질)의 유량Flow rate of coating powder (bonding material + solid lubricant)

코팅 분말의 유량은 질량유량 기준으로 10~30g/min의 범위인 것이 바람직하다. 만일, 상기 코팅 분말 질량유량이 10g/min 미만인 경우에는 분말 송급시 코팅 분말 유량을 제어하기가 곤란하며, 반대로 30g/min을 초과하는 경우에는 가스 대비 코팅 분말 유량이 과다하게 증가하여 각 입자의 속도가 감소하게 되며, 상기 입자 속도를 맞추기 위해서는 장치에 과부하가 따르기 때문에 적절하지 않다.The flow rate of the coating powder is preferably in the range of 10-30 g / min based on the mass flow rate. If the coating powder mass flow rate is less than 10 g / min, it is difficult to control the coating powder flow rate during powder feeding. On the contrary, if the coating powder mass flow rate is higher than 30 g / min, the coating powder flow rate is excessively increased compared to the gas to speed up each particle. Is reduced and is not appropriate because the device is overloaded to match the particle velocity.

가스의 가열온도Gas heating temperature

상기 저온 분사시에 가스 가열장치에 의해 가열된 가스의 온도는 300~500℃인 것이 바람직하다. 가스는 드 라발 노즐로부터 분사될 때 노즐 직경이 증가하는 부분(diverge 부)의 형상에 의해 단열팽창하게 되어 높은 속도를 가지는 가스 제트로 변화하게 되는데, 가스의 온도가 일정수준 이상으로 확보되어야 단열팽창에 의해 충분한 가스 속도를 확보할 수 있다. 충분한 가스 속도를 확보하기 위해서는 가스의 온도는 높을수록 바람직하기 때문에 이러한 관점에서는 가스의 온도 상한을 특별히 설정할 필요가 없다. 다만, 가스의 온도가 높아지면 장치에 부하가 많이 따르기 때문에 현재 통상적으로 사용하고 있는 장치에서는 그 온도를 500℃정도를 상한으로 정하는 것이 바람직하다.It is preferable that the temperature of the gas heated by the gas heating apparatus at the said low temperature spraying is 300-500 degreeC. When the gas is injected from the DeLaval nozzle, the gas is adiabatic and expands due to the shape of the dividing portion of the nozzle diameter, which is changed into a gas jet having a high velocity. By this, a sufficient gas velocity can be secured. In order to ensure a sufficient gas velocity, the higher the temperature of the gas is, the better, and therefore, there is no need to specifically set the upper temperature limit of the gas in this respect. However, when the temperature of the gas is high, the load on the device is high, so it is preferable to set the temperature as the upper limit to about 500 ° C in the device currently used.

코팅 분말의 예열 온도Preheating temperature of coating powder

또한, 코팅 분말을 특별한 예열없이 코팅할 경우에는 분말 입자의 변형능과 인성이 양호하지 못하기 코팅시 입자가 깨어지는 등의 문제가 발생할 수 있다. 이러한 현상은 인성이 열악한 재료의 경우 더욱 심하게 나타난다. 코팅 입자의 인성과 변형능을 향상시키기 위해서는 상기 코팅 분말을 일정온도 범위 이상으로 예열할 필요가 있는데, 본 발명에서와 같이 비정질 합금과 고상윤활물질의 복합 입자를 동시에 코팅하여 베어링 저널 표면에 코팅층을 형성하는 경우에는 상기 입자의 예열장치내의 온도(이하, 간략히 예열온도)는 Tg(546℃) 이상으로 유지되는 것이 바람직하다. 다만, 온도를 너무 높일 경우에는 비정질 합금이 결정화 되는 등의 문제가 발생할 수 있을 뿐만 아니라 장치부하가 증가할 수 있으므로 예열 온도의 상한은 Tx(597℃)℃로 정한다. In addition, when the coating powder is coated without special preheating, the deformation and toughness of the powder particles may not be good, which may cause problems such as cracking of the particles during coating. This phenomenon is more severe in materials with poor toughness. In order to improve the toughness and deformability of the coating particles, it is necessary to preheat the coating powder to a predetermined temperature range or more. As in the present invention, the composite particles of the amorphous alloy and the solid phase lubricating material are simultaneously coated to form a coating layer on the bearing journal surface. In this case, the temperature in the preheater of the particles (hereinafter, simply preheating temperature) is preferably maintained above Tg (546 ° C). However, if the temperature is too high, problems such as crystallization of the amorphous alloy may occur as well as the device load may increase, so the upper limit of the preheating temperature is set to Tx (597 ° C) ° C.

노즐과 피사체 사이의 거리Distance between nozzle and subject

노즐과 피사체 사이의 간격은 입자가 원활히 코팅되도록 하는 주요한 인자로서 본 발명에서 대상으로 하는 비정질 합금과 고상윤활분말의 복합 코팅 분말을 코팅할 때에는 상기 노즐 선단과 피사체 사이의 간격을 20~50mm로 하는 것이 바람직하다. 상기 거리가 50mm를 초과할 경우에는 노즐에서 분사된 분말이 피사체에 도달할 때까지의 거리가 너무 멀어서 코팅되는 입자의 속도 감소량이 현저해 지고 그 결과 충분한 속도로 피사체에 도달하지 못하여 적층률이 감소한다. 반대로, 20mm 미만일 경우에는 가스의 역류에 의한 노즐 막힘 현상이 발생할 수 있다.The distance between the nozzle and the subject is a major factor that allows the particles to be smoothly coated. When the composite coating powder of the amorphous alloy and the solid lubricating powder targeted in the present invention is coated, the distance between the nozzle tip and the subject is 20 to 50 mm. It is preferable. If the distance exceeds 50 mm, the distance from the nozzle to the powder to reach the subject is too far to increase the speed reduction of the coated particles, resulting in a failure to reach the subject at a sufficient speed, resulting in a reduction in the lamination rate. do. On the contrary, when less than 20 mm, nozzle clogging may occur due to the backflow of gas.

이하, 하기하는 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 기재한 본 발명의 예시일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하고자 하는 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 정해지는 것이기 때문이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, it is necessary to note that the following examples are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative of the present invention described in order to help the understanding of the present invention. This is because the scope of the present invention is determined by the matters described in the claims and the matters reasonably inferred therefrom.

(실시예)(Example)

코팅 분말의 준비Preparation of Coating Powder

입자 크기가 5~90㎛인 Ni57Ti18Zr20Si3Sn2 비정질 합금 분말을 본딩 소재로 준비하였다. 도 3에 상기 본딩 소재(비정질 합금)의 형상을 사진으로 나타내었다. 사진으로부터 알 수 있듯이, 각 분말 입자는 대부분 양호한 구형을 나타내며 5~90㎛ 사이의 입도를 가지고 있었다.Ni 57 Ti 18 Zr 20 Si 3 Sn 2 amorphous alloy powder having a particle size of 5 to 90 μm was prepared as a bonding material. 3 shows the shape of the bonding material (amorphous alloy) in a photograph. As can be seen from the photograph, each of the powder particles showed mostly good spherical shape and had a particle size of 5 to 90 mu m.

입자 크기가 5-30㎛인 Ag 분말(도 4 참조)과 입자 크기가 10-40㎛인 BaF2/CaF2 공정상 분말(도 5 참조)을 200rpm으로 회전하는 볼 밀에서 4시간 동안 기계적 합금화를 실시하여 평균 약 15㎛ 크기를 가지는 복합 분말을 제조하였다.Mechanical alloying of Ag powder with a particle size of 5-30 μm (see FIG. 4) and BaF 2 / CaF 2 process powder with a particle size of 10-40 μm (see FIG. 5) in a ball mill rotating at 200 rpm for 4 hours. To prepare a composite powder having an average size of about 15㎛.

이후, 저온분사를 위하여 비정질 합금과 복합분말을 혼합하여 코팅분말을 준 비하였다.Thereafter, the coating powder was prepared by mixing the amorphous alloy and the composite powder for low temperature spraying.

에어포일 베어링의 제조Manufacture of airfoil bearings

에어 포일 베어링의 저널 표면에 앞에서 설명한 방식으로 준비된 코팅분말을 저온분사코팅하였다. 저온분사시 캐리어 가스로는 헬륨(He)을 사용하였으며, 가스의 압력은 29바로 설정하였다. 가스의 속도를 높이기 위하여 가스를 550℃의 온도로 가열하였으며, 베어링 저널 표면에 양호하게 코팅될 수 있도록 하기 위하여 분말 역시 570℃의 온도에서 예열하였다. 분사시 분말의 유량은 36g/min으로 설정하였으며, 이때 노즐과 베어링 저널 사이의 거리는 30mm로 유지하였고 분사 건의 이동속도는 0.01m/s로 설정하였다.The coating powder prepared in the manner described above was cold spray coated on the journal surface of the air foil bearing. Helium (He) was used as a carrier gas at low temperature and the pressure of the gas was set to 29 bar. The gas was heated to a temperature of 550 ° C. to speed up the gas, and the powder was also preheated at a temperature of 570 ° C. to ensure good coating on the bearing journal surface. When spraying the powder flow rate was set to 36g / min, the distance between the nozzle and the bearing journal was maintained at 30mm and the moving speed of the spray gun was set to 0.01m / s.

상기 저온분사에 의해 베어링 저널 표면에 약 100-400㎛ 정도의 두께를 가지는 코팅층을 형성할 수 있었다. 이하, 이와 같은 방식으로 제조된 본 발명의 에어포일 베어링 저널을 '발명예'로 정의한다.By the low temperature spraying it was possible to form a coating layer having a thickness of about 100-400㎛ on the bearing journal surface. Hereinafter, the airfoil bearing journal of the present invention manufactured in this manner is defined as 'invention example'.

상기 발명예와의 비교를 위하여 NiCr을 용사법으로 분사하여 코팅층을 형성하였다. 용사에 사용되는 본딩소재의 강도가 충분하지 않기 때문으로 강화상성분인 Cr2O3를 함께 혼합하여 사용한 것 이외에는 상기 실시예와 동일한 방식으로 복합분말을 제조하여 사용하였다. 이러한 방법은 종래의 PS304라고 불리우는 코팅층 형성법과 동일한 것이다. NiCr was sprayed by thermal spraying to form a coating layer for comparison with the inventive example. Since the strength of the bonding material used for the thermal spraying was not sufficient, a composite powder was prepared and used in the same manner as in the above example except that Cr 2 O 3, which is a reinforcing phase component, was used together. This method is the same as the coating layer formation method called conventional PS304.

이하에서는, 본 비교방법으로 제조되어 상기 NiCr을 포함하는 코팅층이 형성된 에어포일 베어링 저널을 '비교예'라고 칭한다. 비교예의 코팅층은 약 300㎛의 두께로 형성되어 있음을 확인할 수 있었다.Hereinafter, the airfoil bearing journal prepared by the present comparative method and the coating layer including the NiCr is formed is referred to as 'comparative example'. It was confirmed that the coating layer of the comparative example was formed to a thickness of about 300㎛.

도 6에 상기 발명예(a)와 비교예(b)를 비교한 사진을 나타내었다.6 shows a photograph comparing the invention example (a) and the comparative example (b).

마모특성 시험Wear property test

상기 발명예와 비교예에 대하여 핀-온-디스크(pin-on-disc) 마모 시험 장치를 이용하여 마모 시험을 행하였다. 상기 핀-온-디스크 시험을 위하여 표 1에 기재된 마모 조건을 설정하였다.The abrasion test was done about the said invention example and the comparative example using the pin-on-disc abrasion test apparatus. The wear conditions described in Table 1 were set for the pin-on-disk test.

하중weight 마모 속도Wear rate 마모 거리Wear distance 상대재Counterpart 실험 온도Experimental temperature 실험 시간Experiment time 47N47N 0.12m/s0.12 m / s 430m430 m Inconel 718Inconel 718 상온Room temperature 3.600초3.600 seconds

상기 마모조건으로 마모시험한 결과 도 7의 그래프로 나타내었으며 하기 표 2에 기재하였다.Abrasion test results of the wear conditions are shown in the graph of Figure 7 shown in Table 2 below.

구분division 마찰 계수Friction coefficient 마모량(g/h)Wear (g / h) 발명예Inventive Example 0.27~0.340.27-0.34 0.210.21 비교예Comparative example 0.4~0.630.4 ~ 0.63 0.480.48

도 7의 그래프와 그 결과를 구체적인 수치로 표현한 표 2에서 확인할 수 있듯이 발명예에 의할 경우에는 마찰계수가 0.27~0.34의 범위에서 변동함에 반하여 비교예에 의할 경우에는 0.4~0.63정도로 아주 높은 값을 나타내고 있었으며, 특히 실험 초반의 마찰계수가 아주 높게 나타나고 있음을 확인할 수 있었다.As can be seen in the graph of FIG. 7 and Table 2 in which the results are expressed in specific numerical values, the friction coefficient fluctuates in the range of 0.27 to 0.34 in the case of the invention example, while in the comparative example, about 0.4 to 0.63 is very high. It was found that the coefficient of friction was particularly high at the beginning of the experiment.

또한, 본 발명의 방법에 의해 제조된 발명예 1의 경우는 시간당 마모량의 경우도 비교예의 절반이하로 아주 낮은 수준을 나타내고 있었다. 따라서, 본 발명에 의해 제조된 발명예의 우수한 윤활특성과 내마모 특성을 확인할 수 있었다.In addition, in the case of Inventive Example 1 produced by the method of the present invention, the amount of wear per hour was also very low, less than half of the comparative example. Therefore, the excellent lubricating properties and wear resistance of the invention example produced by the present invention was confirmed.

마찰전류 측정Friction Current Measurement

장치를 이용하여 마찰전류 측정시험을 행하였다. The friction current measurement test was done using the apparatus.

반복되는 싸이클 동안 마찰전류 (Friction current) 값이 15A이상 올라갈 경우와  마모 두께 (wear depth)가 30㎛이상일 경우 베어링 마모시험(rig test)장비는 자동적으로 정지된다. 마찰전류 측정은 상온과 고온(350℃) 두가지 온도에서 실시된다. The bearing rig test stops automatically if the friction current rises above 15A and the wear depth exceeds 30µm during repeated cycles. Friction current measurements are performed at two temperatures: room temperature and high temperature (350 ° C).

도 10에 500싸이클 마다 마찰 전류를 측정한 결과를 나타내었다. 도 10에서 실패구간(fail section)은 마찰 전류가 15A 이상으로 상승될 경우를 의미한다. 10 shows the results of measuring the friction current every 500 cycles. In FIG. 10, a fail section means a case in which the friction current rises to 15 A or more.

또한, 하기 표 3에 상기 마찰 전류를 측정한 결과를 나타내었다. 표 3에서 파편양의 많고 적음은 육안으로 보아 상대적으로 비교평가한 결과이다.In addition, Table 3 shows the results of measuring the friction current. In Table 3, the high and low amount of debris is the result of comparative evaluation.

사용 베어링Used bearing 작동온도Working temperature 한계 싸이클Limit cycle 마찰전류Friction current 마모손실두께Wear loss thickness 파편양Fragment 비고Remarks 비교예Comparative example 상온Room temperature 4848 16A16A 5㎛5㎛ 많음plenty 실패failure 비교예Comparative example 350℃350 ℃ 880880 16A16A 30㎛ 이상30㎛ or more 많음plenty 실패failure 실시예Example 상온Room temperature 5000 이상More than 5000 4~5A4 ~ 5A 0.2㎛ 미만Less than 0.2㎛ 적음Less 성공success 실시예Example 350℃350 ℃ 5000 이상More than 5000 4~5A4 ~ 5A 0.2㎛ 미만Less than 0.2㎛ 적음Less 성공success

도 10 및 표 3의 결과로부터 알 수 있듯이 비교예의 경우에는 상온 및 고온(350℃)의 경우 각각 500 싸이클 및 1000 싸이클 미만에서 전류치가 실패구간에 해당되어 버리게 되는데, 발명예의 경우는 작동온도에 상관없이 전 실험구간에 걸쳐 안정된 마찰전류값을 나타내고 있음을 확인할 수 있다.As can be seen from the results of FIG. 10 and Table 3, in the case of the comparative example, in the case of the room temperature and the high temperature (350 ° C.), the current value corresponds to the failure section at less than 500 cycles and 1000 cycles, respectively. It can be seen that it shows a stable friction current value over the entire experimental period.

따라서, 본 발명에 의해 제조된 에어포일 베어링 저널의 향상된 내마모 특성을 확인할 수 있었다.Thus, the improved wear resistance of the airfoil bearing journal produced by the present invention could be confirmed.

앞에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의할 경우에는 특별한 강화재료를 사용하지 않으면서도 높은 내마모 특성과 양호한 윤활 특성을 가지는 에어포일 베어링을 제조할 수 있으며, 종래의 플라즈마 용사방법으로 내마모 코팅층을 코팅하는 경우와는 달리 코팅시 본딩소재의 비정질 특성이 감소하거나 소재가 산화되는 문제점 도 거의 관찰되지 않는 양호한 에어포일의 제조방법을 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, an airfoil bearing having high wear resistance and good lubrication characteristics can be manufactured without using a special reinforcing material, and the wear-resistant coating layer is coated by a conventional plasma spraying method. Unlike the case, it is possible to obtain a good airfoil manufacturing method in which the amorphous property of the bonding material during coating or the problem of oxidation of the material is hardly observed.

Claims (13)

비정질 합금 및 고상윤활물질이 혼합된 코팅 분말을 준비하는 단계; 및Preparing a coating powder in which an amorphous alloy and a solid lubricant are mixed; And 상기 코팅분말을 저온분사방식으로 에어포일베어링 저널 표면에 코팅하는 단계;Coating the coating powder on a surface of an airfoil bearing journal in a low temperature spray method; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어포일 베어링의 제조방법.Air foil bearing manufacturing method comprising a. 제 1 항에 있어서, 상기 고상윤활물질은 Ag 및 BaF2/CaF2의 고용체를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어포일 베어링의 제조방법.The method of claim 1, wherein the solid lubricating material comprises a solid solution of Ag and BaF 2 / CaF 2 . 제 2 항에 있어서, 상기 BaF2/CaF2의 고용체는 공정상 조성을 가지는 것을 특징으로 하는 에어포일 베어링의 제조방법.The method of claim 2, wherein the solid solution of BaF 2 / CaF 2 has a process composition. 제 2 항에 있어서, 상기 고상윤활물질은 Ag 입자와 BaF2/CaF2의 고용체를 기계적 합금화 방법으로 균질혼합시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 에어포일 베어링의 제조방법.The method of claim 2, wherein the solid lubricating material is manufactured by homogeneously mixing a solid solution of Ag particles and BaF 2 / CaF 2 by a mechanical alloying method. 제 2 항에 있어서, 상기 코팅 분말은 비정질 합금 : 65~95중량%, Ag : 2.5~20 중량%, BaF2/CaF2의 고용체 : 2.5~20중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어포일 베어링의 제조방법.The method of claim 2, wherein the coating powder is 65 to 95% by weight of the amorphous alloy, Ag: 2.5 to 20% by weight, solid solution of BaF 2 / CaF 2 : 2.5 to 20% by weight of the airfoil bearing Manufacturing method. 제 5 항에 있어서, 상기 비정질 합금은 Ni를 45% 이상 함유한 것임을 특징으로 하는 에어포일 베어링의 제조방법.6. The method of claim 5, wherein the amorphous alloy contains 45% or more of Ni. 제 5 항에 있어서, 상기 비정질 합금은 평균입도가 5~90㎛인 것을 특징으로 하는 에어포일 베어링의 제조방법.The method of claim 5, wherein the amorphous alloy has an average particle size of 5 ~ 90㎛. 제 1 항에 있어서, 상기 저온분사시 사용되는 가스는 질소, 헬륨 또는 이들의 혼합가스인 것을 특징으로 하는 에어포일 베어링의 제조방법.The method of claim 1, wherein the gas used for low temperature spraying is nitrogen, helium, or a mixture thereof. 제 1 항에 있어서, 상기 캐리어 가스의 노즐 직전에서의 압력은 상기 캐리어 가스가 헬륨일 경우에는 20~25 바(bar), 질소일 경우에는 20~29 바, 질소와 헬륨의 혼합가스일 경우에는 20~(25+질소유량분율/4) 바인 것을 특징으로 하는 에어포일 베어링의 제조방법.According to claim 1, wherein the pressure immediately before the nozzle of the carrier gas is 20 to 25 bar (bar) when the carrier gas is helium, 20 to 29 bar when the nitrogen, a mixed gas of nitrogen and helium A method of manufacturing an airfoil bearing, characterized in that it is 20 to (25+ nitrogen content fraction / 4) bar. 제 1 항에 있어서, 상기 저온분사시 사용되는 코팅 분말의 유량은 10~30g/min인 것을 특징으로 하는 에어포일 베어링의 제조방법.The method of manufacturing an airfoil bearing according to claim 1, wherein the flow rate of the coating powder used during the low temperature spraying is 10 to 30 g / min. 제 1 항에 있어서, 상기 저온 분사시 노즐과 에어포일 베어링 저널 사이의 거리는 20~50mm인 것을 특징으로 하는 에어포일 베어링의 제조방법.The method of claim 1, wherein the distance between the nozzle and the airfoil bearing journal during the low temperature spraying is 20 to 50 mm. 제 1 항에 있어서, 상기 저온 분사시 사용되는 가스는 300~500℃에서 가열되는 것을 특징으로 하는 에어포일 베어링의 제조방법.The method of claim 1, wherein the gas used during the low temperature spraying is heated at 300 to 500 ° C. 제 1 항에 있어서, 상기 저온 분사시 코팅 분말은 546~597℃에서 미리 예열되어 분사되는 것을 특징으로 하는 에어포일 베어링의 제조방법.The method of claim 1, wherein the coating powder is preheated and sprayed at 546 to 597 ° C. during the low temperature spraying.
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