KR20100101516A - 공작물의 안착면을 코팅하는 방법 및 코팅된 안착면을 구비한 공작물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공작물(3)의 안착면(2) 상에 코팅(1)하는 방법에 관한 것으로, 상기 안착면(2)은 상기 공작물(3)의 보어(4) 내에, 상기 보어(4)의 유입 개구부(5)로부터 미리 정해진 거리(L) 떨어진 곳에 제공된다. 본 발명에 따르면, 선행 단계에서, 코팅 물질(100, 101, 102)은 상기 안착면(2) 상에 제공되고, 그 다음 단계에서, 에너지 빔(6)이 상기 안착면(2) 상으로 상기 보어(4)를 직접 통과하므로, 코팅(1)이 상기 에너지 빔(6)에 의해 상기 안착면(2) 상에 형성된다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 코팅된 안착면(2)을 포함하는 공작물(3)에 관한 것이다.
Description
본 발명은 각 카테고리의 독립청구항의 전제부에 따른, 공작물의 안착면을 특히, 대형 2행정 디젤 엔진의 분사 노즐의 노즐 바디의 안착면을 코팅하는 방법, 및 코팅된 안착면을 구비한 공작물 특히, 분사 노즐에 관한 것이다.
니들 밸브(needle valve)의 노즐 니들, 예를 들면, 연소 엔진의 연소실 안으로 연료를 분사하는 분사 밸브에서 노즐 니들이 기능적으로 안착면과 연동할 수 있도록, 매우 길고 가는 보어의 깊숙이 흔히 제공되는 안착면을 가지는 니들 밸브는 공지되어 있다. 예를 들면, 분사 노즐의 경우에, 노즐 니들은 이와 같이 밸브로서 안착면과 기능적으로 연동한다. 밸브 핀이 밸브 시트로부터 들어 올려질 때, 연료는 압력실로부터 밸브 시트의 하류에 인접한 길이방향 보어 안으로 유입될 수 있고, 길이방향 보어로부터 노즐 홀을 통하여 연소 엔진의 연소실에 도달할 수 있다. 밸브 핀이 다시 밸브 시트로 되돌아오면, 노즐 홀로의 연료 공급은 중단되고 연소실로의 연료 분사는 끝난다.
이와 관련하여, 대형 2행정 디젤 엔진 등에 사용되는, 분사 노즐, 분사 펌프용 제어 밸브와 같은 분사용 제어 밸브, 연소 엔진의 실린더 인서트 또는 라이너의 윤활 오일 보어의 안착면 등과 같은 공작물에, 이용가능한 물질에 관한 특별한 요구가 흔히 생긴다. 이와 같이, 예를 들면, 가혹한 환경에서 작동하는 공작물은 내식성 물질로 제조되어, 대응 부품이 다른 무엇보다도 고온 또는 화학적 공격에 대하여 보호되도록 한다.
그러한 강한 스트레스에 노출되는 부품의 대표적 예는, 무엇보다도 아주 강력한 중유(heavy oil)와 자주 작동되는 대형 2행정 디젤 엔진용 분사 노즐이다.
무엇보다도 선박용 또는 고정식 전기 생산용 구동 유닛으로써 사용되는 대형 디젤 엔진에서는, 전술한 바와 같은 통상적인 중유 또는 다른 종류의 디젤 연료가 연료 분사 노즐에 의해서 연소실 안으로 유입된다. 이러한 분사 노즐은 일반적으로 연소실 안으로 그 일부가 돌출되고, 또한, 스프레이 노즐로 알려진 노즐 헤드를 포함한다. 노즐 헤드는 열적 스트레스, 기계적 스트레스 및 화학적 스트레스 등을 포함하여 넓은 영역의 스트레스에 접하기 쉬운 소모품이다. 스트레스의 정도에 따라, 노즐 헤드에 손상, 예를 들면, 부식, 침식 및/또는 마모에 의한 재료의 유실 또는 파괴에 이를 수 있는 균열이 발생할 수 있다.
또한, 기계적 스트레스는 1000bar 이상이 될 수 있는 고분사 압력에 기인된다. 노즐 헤드의 내부에서, 캐비테이션(cavitation) 및/또는 침식을 통한 재료의 유실(material loss)이 발생할 수 있다. 열적 스트레스는 연소실에서 고온에 의해 야기되고, 연소 온도와 공급되는 새로운 소기용 공기(scavenging air)의 온도 사이에 커다란 온도차에 의해 야기된다. 또한, 간헐 분사(intermittent injection)는 연료가 통과하는 노즐 헤드의 내부에 충격적인 온도차를 야기한다. 노즐 헤드의 화학적 스트레스는 주로 고온 또는 고열 부식으로부터 기인한다. 주로 연료에 포함된 바나듐, 나트륨 및 황에 의해 야기되는 고열 부식은 소재 마모 및 침식을 촉진시킨다. 특히, 부식은, 노즐 헤드가 수천 가동 시간 후에 이미 사용할 수 없게 될 수 있어 교체되어야 하는 원인이 된다.
따라서, 통상적으로 강 또는 니켈계 또는 코발트계 합금, 예를 들면, 스텔라이트(Stellite) 6가 대형 디젤 엔진의 노즐 헤드용 물질로서 사용된다. 코발트계 합금 스텔라이트 6을 사용하여, 오늘날 대형 디젤 엔진의 노즐 헤드에 침식, 마모 및 캐비테이션(특히, 노즐 헤드의 보어에서)에 관하여 허용할 수 있는 부품 가동 시간이 달성될 수 있다.
이에 관하여, 크롬 및 니켈 함유량이 무게 비율로 예를 들면, 대략 50%인 고크롬 함유 및 고니켈 함유 합금이 공지되어 있으나, 무엇보다도 예를 들면, 소위 HIP 공정에 의해 제조되고, 고온 또는 고열 부식에 대해 전술한 문제점에 관하여 매우 양호한 속성을 가지는 Cr/Ni 65/35 합금과 같이 50wt% 이상의 크롬을 함유하는 합금이 공지되어 있다. 고크롬을 함유하고, 고온 및 고열 부식에 관하여 뛰어난 화학적 특정을 가지는 그러한 물질은 EP 1 353 061에서 이미 상세히 기술되어 있다.
이에 관하여, 본 출원인은, 특히 취성 및/또는 연성에 관하여 상당히 향상된 물질을 EP 2 000 550에서 이미 제안하였다. 특히, 엔진 분야, 무엇보다도 대형 2행정 디젤 엔진의 발전이 차세대 물질에 대해 기대하도록 하여, 훨씬 더 강한 엔진, 무엇보다도, 노즐 헤드 또는 프리-챔버와 같은 고 강도부에 대해 특별히 기계적 강도 요구사항이 더 증가할 것이다. 이것은 새로운 물질 또는 개선된 물질이 더욱더 요구될 것이라는 것을 의미하지만, 동시에 고온 또는 고열 부식에 관하여 전술한 뛰어난 화학적 속성은 유지되어야 한다. 따라서, EP 2 000 550에서, 연소 엔진, 특히, 대형 디젤 엔진의 부품을 형성하기 위한 출발 물질로서 반 완성품의 제조에 관하여, 0.1wt% 이하의 질소를 함유하는 CrNi 합금계의 새로운 물질이 제안되었다.
비록 EP 2 000 550에서 제안된 새로운 물질은 그 물질로 만들어진 부품의 화학적 및 물리적 스트레스에 관하여 상당히 향상된 속성을 보이지만, 어떤 요소에 대해서는 그 물질에 대하여 절충이 결부된다.
따라서, 어떤 물질의 양호한 부식 속성은 예를 들면, 경도를 희생하면서 이루어진다. 예를 들면, 연료 분사용 분사 노즐의 경우에, 노즐 바디는 화학적으로 물리적으로 가혹한 환경에 대하여 그 자체로 비교적 잘 보호된다. 그러나, 예를 들면, 노즐 니들과 상호 작용하는 안착면은, 대응하는 안착면 및/또는 노즐 니들에 조기 마모를 야기할 수 있는 불충분한 경도를 나타내어, 연료 투여 등에서 누출, 부정확성을 야기할 수 있다.
전체적으로 엔진 손상을 방지하거나, 분사 밸브의 조기 마모에 따른 증가된 연료 소비 증가를 방지하거나, 또는, 예를 들면, 연소 가스에 유해 물질의 증가를 방지하기 위하여, 분사 노즐 또는 적어도 분사 노즐에 영향받는 부품을 조기에 교체 또는 점검하여야 한다. 이것은 당연히 노동 집약적 및 비용 집약적이고, 마모 손상이 적절한 시기에 인지되지 않는다면, 이러한 손상은 특히 원양 항해 선박의 경우에 상당한 안전 위험성을 야기할 수 있다.
원칙적으로, 코팅에 의해, 요구되는 물리적 및/또는 화학적 속성이 안착면에 제공되도록, 안착면에 적당한 코팅이 제공됨으로써 이러한 문제점들은 해결될 수 있다.
그러나, 지금까지의 어떤 방법으로도 길고 가는 보어에 깊숙이 제공되어야 하는 안착면의 제조 또는 코팅이 가능하지 않다.
이러한 문제점을 설명하기 위해, 이하에서는 예시로서 대형 2행정 디젤 엔진용 분사 노즐에 대해 도 2a를 참조하여 간단히 고찰한다. 본 발명과 공지 기술을 더 잘 구별하기 위하여, 본 발명에 따른 부품의 참조 번호는 따옴표를 붙이지 않는 반면에, 공지된 공작물의 부품의 참조 번호는 본 명세서에서 따옴표가 붙여진다.
도 2a의 공지의 분사 노즐(31')은 노즐 바디(300')에 결합된 노즐 헤드(301')를 구비한 노즐 바디(300')를 포함한다. 여기서 서술되는 실시예에서, 상기 결합은 연료 분사 노즐(301')의 길이방향 축(A')을 향하여 하단부에서 점점 가늘어지는 홀딩 부시(302')에 의해 이루어진다. 또한, 길이방향 축(A')은 동시에 노즐 헤드(301')의 길이방향 축(A')이 된다. 홀딩 부시(302')는 탄성 부재(304') 예를 들면, 써클립(circlip)에 의해서뿐만 아니라 커플링 링(303')에 의해서 노즐 바디(300')에 고정된다. 노즐 헤드(301')는 홀딩 부시(302')의 테이퍼부(tapering part)에 의해 지지된다.
노즐 헤드(301')는 길이방향 보어(305')를 포함하고, 노즐 헤드의 하단부 영역에 하나 이상의 노즐 홀(306')을 포함하고, 통상적으로, 예를 들면, 길이방향 보어(305')로부터 방사되고, 연료가 연소실(B') 안으로 방출될 수 있는 다섯 개의 노즐 홀(306')이다.
노즐 바디(300')의 내부에는, 압력실(307')이 제공되고, 연료용 공급 라인(308')이 압력실로 안내된다. 압력실(307')은 밸브 시트(2')에 의해 축 방향으로 경계를 이룬다. 또한, 노즐 바디(300')의 내부에, 실질적으로 길이방향 축(A') 방향으로 연장되고, 밸브 시트(2')와 결속하는 노즐 니들(7')이 배치된다. 도 2a에 도시된 바와 같이 잠김 설정에서, 노즐 니들(7')의 하부 단부는, 압력실(307')로부터 하류에 인접한 길이방향 보어(305')로의 통로가 닫히도록 밸브 시트(2') 안으로 눌러진다. 노즐 니들(7')이 도시되지 않은 압력 스프링에 의해 공지의 방법으로 스프링 장착되고, 밸브 시트(2')를 향하여 프리스트레스(pre-stress)된다. 노즐 니들(7')의 열림 설정에서, 노즐 니들(7')의 하단부와 밸브 시트(2') 사이에 통로가 열리고, 연료가 압력실(307')로부터 길이방향 보어(305')에 통로를 통하여 도달할 수 있도록, 노즐 니들(7')이 밸브 시트(2')에서 윗 방향으로 올려진다.
밸브 시트(2')와 노즐 홀(306') 사이에 부피는 통상적으로 블라인드 홀로 알려져 있다.
여기서 서술되는 구체적 실시예에서, 길이방향 보어(305')가 길이방향 축(A') 방향으로 연장되는 실질적으로 실린더형 보어로 만들어진다. 길이방향 보어(305')의 직경(d')은 유동 단면을 정의하고, 길이방향 보어(305')에 단면적은 가능한 연료 유동을 의미한다.
노즐 니들(7')이 공간 때문에 도 2a에서 부분적으로만 도시된 보어(4')에 제공되고, 노즐 니들(7')은 유입 개구부(5')를 통하여 보어(4') 안으로 삽입될 수 있다. 안착면(2')은 유입 개구부(5')의 정면에서 거리(L')로 떨어져 제공되고, 보어(4') 자체는 노즐 니들(7')의 외경보다 조금 더 큰 내부 파라미터(D')를 가져서, 노즐 니들(7')이 보어(4')에서 안전하고 정확하게 가이드 되도록 한다.
이와 관련하여, 거리(L')는 보어(4')의 직경(D')과 비교하여 통상적으로 길다. 이것은, 길고 가는 보어가 본 발명의 문맥에서 언급되는 경우에는, 보어의 직경이 보어의 통상적인 길이 및/또는 실질적인 길이와 비교하여 짧다는 것을 의미한다.
도 2a에 따른 분사 노즐의 실시예에서, 보어(4')의 직경(D')이 예를 들면, 단지 D'=2.5mm인 반면에, 유입 개구부(5')로부터 안착면(2')까지의 거리(L')는 예를 들면, L'=30mm이다.
이것은 본 발명의 관점에서 길고 가는 보어에서, 보어의 직경이 예를 들면, 보어의 관련 길이의 약 10%이고, 또한 당연히 상당히 다른 보어의 직경 비율이 가능하고, 어느 공작물인지에 따라 고려된다.
전술한 실시예로부터 길고 가는 보어의 내부에 안착면을 가공하는 것이 원칙적으로 어렵다는 것이 명백하다. 절대적 치수가 있는 경우에, 예를 들면, 단지 몇 밀리미터에서 수십 밀리미터까지의 범위에서도, 연료 분사 노즐의 전술한 실시예의 경우와 같이, 그렇게 가는 보어의 내부에 깊은 안착면의 코팅은 지금까지 전혀 가능하지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 공작물의 안착면을 코팅하는 방법 및 이에 대응하는 공작물을 제공하여, 공작물의 안착면에 대한 공지 기술의 문제점이 방지될 수 있도록 하고, 특히, 오랜 가동 시간이 달성될 수 있어, 짧은 유지 보수 주기와 궁극적으로 뛰어난 작동 안정성이 달성될 수 있도록 한다.
이와 같이, 가늘고 긴 보어, 즉 직경에 비하여 길이가 긴 보어의 안착면 상에 코팅을 포함하는 공작물, 특히 노즐이 제조될 수 있는 방법이 구체적으로 제공된다. 본 발명의 다른 목적은, 가늘고 긴 보어의 안착면 상에 코팅이 제조될 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 특히, 공작물의 가늘고 긴 보어의 안착면에 사후 코팅이 제공될 수 있는 방법 또한, 제공된다. 본 발명의 또 다른 목적은 가늘고 긴 보어에 코팅된 안착면을 포함하는 공작물, 특히 노즐 바디를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 만족시키는 본 발명의 주요 구성은 각각의 카테고리의 독립청구항의 특징부에 의해 규정된다.
종속청구항은 특히 본 발명의 바람직한 실시예에 관한 것이다.
따라서, 공작물의 안착면 상에 코팅하는 방법이 제안되고, 상기 안착면은 공작물의 보어 내에 보어의 유입 개구부로부터 미리 정해진 거리에 제공된다. 본 발명에 따르면, 선행 단계에서 코팅 물질이 안착면 상에 제공되고, 그 다음 단계에서, 에너지 빔이 보어를 통과하여 안착면 상으로 향하게 하여, 에너지 빔에 의해 코팅이 안착면 상에 형성된다.
예를 들면, 대형 2행정 디젤 엔진용 분사 노즐과 같은 공작물이, 공작물에 가늘고 긴 보어의 내부에 깊숙이 안착면이 신뢰성 있게 기능하도록 만들어진 물질 요구사항에 대하여 완전히 독립적으로 제조되는 베이스 물질의 물질 속성을 선택하는 것이 본 발명의 방법에 의하여 처음으로 가능하게 되었다.
이것은, 가늘고 긴 보어의 내부에 깊숙이 안착면의 물질이 안착면의 속성에 관한 요구에 독립하여 자유롭게 선택될 수 있으므로 달성된다.
이와 같이, 공작물 자체에 대하여, 예를 들면, 물질은 비교적 유연하나 고온 가스 부식 또는 화학적 공격에 대한 보호에 관하여 매우 양호한 속성을 가지는 Ni 합금계, Cr 합금계, Cu 합금계 또는 Fe 합금계를 기반으로 선택될 수 있다. 그리고나서, 예를 들면, 물질 부식, 캐비테이션, 부식, 마이크로 용접, 물질 피로 등에 기인한 조기 마모에 관하여 안착면이 영구적인 기계적 응력에 대하여 더 잘 보호될 수 있도록, 예를 들면, 상당히 경도가 큰 물질이 안착면의 코팅 물질로서 선택될 수 있다.
다른 실시예에서, 예를 들면, 안착면에 더 양호한 봉합성을 달성하기 위해, 또는 안착면에 다른 바람직한 물질 속성을 구현하기 위해, 안착면의 코팅이 공작물 자체보다 더 유연한 물질로 제조되는 것이 또한 가능하고, 예들 들면, 물질은, 금속 기지(metal matrix)의 임베디드 입자보다 경도가 같거나 더 큰 임베디드 입자를 구비한 금속 기지가 물질에 사용될 수 있다.
또한, 다른 속성은 안착면 상에 코팅에 의해 최적화될 수 있다. 예를 들면, 유해한 영향을 주는 다른 가혹한 환경에 노출된 공작물 자체의 외벽보다 안착면 자체가 부식 영향을 주는 다른 공정에 대하여 보호되어야 하는 것이 가능하다.
안착면 상에 코팅을 위한 물질의 적합한 선택에 의해, 및/또는 예를 들면, 에너지 빔의 에너지 밀도 또는 코팅 과정 동안 에너지 빔의 가동 시간과 같은, 코팅 과정 자체에서 직접적으로 선택되는 구체적인 코팅 조건에 대해, 본 발명이 매우 융통성이 있으므로, 실질적으로 안착면 상에 코팅의 어떤 바람직한 속성도 직접 설정될 수 있다는 것을 당업자 바로 알 수 있다.
이와 관련하여, 에너지 빔에 의한 에너지 인가 전에, 코팅 물질은 안착면의 일 부분 상에 바람직하게는, 코팅 분말 형태 및/또는 코팅 와이어 형태 또는 코팅 와이어의 작은 조작 형태, 및/또는 선조작(prefabricated) 코팅체 형태로 적어도 부분적으로 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 코팅 물질은 또한, 에너지 빔에 의해 안착면에 에너지가 인가되는 동시에 안착면에 제공될 수 있다. 즉, 일반적으로 공지된 육성 용접(build-up welding)의 특별한 경우이다.
특히, 새로운 공작물, 예를 들면, 대형 2행정 디젤 엔진용 새로운 분사 노즐의 제조에 대해서, 안착면 상에 코팅의 형성 후에, 작동 상태에서 예를 들면, 연료가 수송될 수 있는 기능성 보어가 코팅을 관통하여 도입될 수 있다.
바람직하게는, 레이저 빔이 에너지 빔으로서 사용되지만, 또한 예를 들면 전자 빔과 같은 다른 에너지 빔이 특정 경우에는 바람직하게 사용될 수 있다.
전술하였듯이, 안착면이 공작물에 가늘고 긴 보어 깊숙이 본 발명에 따른 공작물에 제공되고, 유입 개구부와 안착면 사이 영역에 보어의 최소 직경이 유입 개구부로부터 거리의 50% 이하, 특히, 25% 이하, 바람직하게는 유입 개구부로부터 10% 이하가 된다.
이와 관련하여, 바람직하게는 공작물이 노즐의 노즐 바디 특히, 대형 2행정 디젤 엔진의 분사 노즐 또는 제어 밸브 또는 분사 시스템의 부품인 안전 밸브, 또는 실린더 인서트 또는 라이너의 윤활 오일 보어이지만, 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
원칙적으로, 코팅 물질로서 어떤 물질도 고려될 수 있고, 안착면 상에 코팅의 바람직한 속성이 그 물질로 설정될 수 있다. 바람직하게는, 코발트계 합금 및/또는 크롬계 합금 및/또는 니켈계 합금 및/또는 철계 합금이 예를 들면, 코팅 물질로서 선택될 수 있다.
또한, 본 발명은, 안착면이 보어 내에, 상기 보어의 유입 개구부로부터 미리 정해진 거리에 제공되는 공작물에 관한 것으로, 코팅이 안착면 상에 형성되고, 보어를 통과하여 안착면 상으로 향하는 에너지 빔에 의해 코팅 물질로부터 제조된다.
특히, 기능성 보어는 코팅을 관통하여 제공될 수 있다.
유입 개구부와 안착면 사이에 영역에 보어의 최소 직경이, 안착면으로부터 유입 개구부까지 거리의 50% 이하, 특히, 25% 이하, 바람직하게는 보어의 최소 직경이 거리의 10% 이하이다.
안착면 상에 코팅의 속성은 실질적으로 바람직게 가변적으로 설정될 수 있기 때문에, 예를 들면, 코팅의 경도는 공작물의 경도와 다를 수 있고, 및/또는 코팅의 내식성은 공작물의 내식성과 다를 수 있고, 및/또는 코팅의 모든 다른 속성은 공작물의 대응하는 속성과 다를 수 있다.
도 1a 내지 1c는 안착면 상에 코팅의 제조를 위한 본 발명에 따른 방법을 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 2d는 안착면 코팅이 사후(retroactively) 제공되는 분사 노즐을 위한 본 발명에 따른 방법을 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 3d는 안착면 코팅을 포함하는 분사 노즐의 제조를 위한 본 발명에 따른 방법을 나타낸 도면이다.
도 2a 내지 2d는 안착면 코팅이 사후(retroactively) 제공되는 분사 노즐을 위한 본 발명에 따른 방법을 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 3d는 안착면 코팅을 포함하는 분사 노즐의 제조를 위한 본 발명에 따른 방법을 나타낸 도면이다.
공작물(workpiece)(3)의 가늘고 긴 보어(4)에 안착면(2) 상에 코팅(1)의 제조 방법의 간단한 제1 실시예가 도 1a 내지 1c를 참조하여 설명된다. 도 1의 공작물(3)은, 대형 2행정 디젤 엔진용 분사 시스템의 부품인 제어 밸브(3)로서, 부분 단면으로 도시되어 있다. 제어 밸브(3)의 조립된 상태에서, 안착면(2)은, 축 A를 따라 움직일 수 있고, 코팅(1)이 밸브 시트(2)에 제공된 후에만 제어 밸브(3) 안으로 유입되는 니들 밸브의 지지를 제공한다. 도 1a 내지 1c에 따른 보어(4)는 본 발명의 관점에서 가늘고 긴 보어이다. 본 실시예의 경우에, 보어는 3.5mm의 직경을 가지고, 안착면(2)은 유입 개구부(5)로부터 약 25mm의 거리(L)의 깊이로 보어에 배치된다. 이것은 본 실시예의 경우에, 축 A를 따라 일정한 보어의 최소 직경(D)이 유입 개구부(5)로부터 안착면(2)까지 거리(L)의 약 14%에 불과하다는 것을 의미한다.
도 1a에 따른 선행 단계에서, 안착면(2) 상에 미리 정해진 두께와 구조로 코팅(1)이 제조될 수 있는 정도의 양으로 코팅 분말(100, 101)이 안착면(2) 상에 제공된다. 도 1b에 따른 그 다음 단계에서, 본 실시예의 경우에 에너지 빔(6)이 보어(4)의 직경 보다 더 작은 직경을 가지는 매우 미세한 레이저 빔(6)이고, 에너지 빔은 레이저(600)에 의해 제조되고, 보어(4)를 통과하여 안착면(2) 상으로 향한다. 레이저 빔(6)에 의한 에너지 인가에 의하여, 코팅 분말(100)은 가열되고 전체적으로 또는 부분적으로 녹아, 예를 들면, 금속 융합 과정 결합의 형성 또는 층의 접착의 형성 때문에 마침내 코팅(1)이 안착면(2) 상에 형성되도록 한다.
완성된 코팅(1)은 도 1c에서와 같이 안착면(2) 상에 도시될 수 있고, 필요하다면, 코팅(1) 상에 도시되지 않은 니들 밸브의 끼워맞춤(secure fit)을 확고히 하기위해 가능한 재작업이 되어야 한다.
다음에서, 본 발명에 의해 어떻게 대형 2행정 디젤 엔진용으로 공지된 분사 노즐(31')에 코팅이 사후 제공될 수 있는지 도 2a 내지 2d를 참조하여 도식적으로 설명된다.
도 2a에서, 공지된 분사 노즐(31')은 부분 단면도로 도식적으로 설명된다. 도 2b의 설명을 진행할 수 있도록 도 2a는 이미 상세하게 전술되었다.
본 발명에 따른 방법의 실시를 위해, 노즐 니들(7')은 도 2b에 따라 분사 노즐(31')로부터 최초에 제거되었다.
안착면(2) 주위에 관심 영역을 보다 명확하게 상세히 도시하는 도 2c에서, 코팅 물질(100)로 만들어진 선조작 코팅체(102)가 안착면(2) 상에 보어(4)를 통과하여 놓여져 있다. 적어도 지금부터 분사 노즐(3, 31)은 이미 본 발명에 따른 공작물(3)이고 더 이상 공지된 분사 노즐(31')이 아니고, 대응 특징부는 본 발명에 따른 분사 노즐(3, 31)과 관련되기 때문에, 지금부터 모든 참조 번호는 따옴표 없이 사용될 것이다.
도 2d에서, 안착면(2)의 완성이 방금 마쳐졌다. 레이저가 막 꺼지려고 한다. 코팅체(102)가 신뢰성 있게 안착면(2)에 결합되도록 코팅체(102)는 레이저(600)의 레이저 빔(6)에 의해 미리 정해진 가열 방법으로 가열되어, 이와 같이, 본 발명에 따라 안착면(2) 상에 코팅(1)을 형성시킨다. 공지된 분사 밸브는 이와 같이 본 발명에 따라 안착 코팅(1)이 성공적으로 사후에 제공된다.
마지막으로, 본 발명에 따른 다른 방법 실시예는 도 3a 내지 3d를 참조하여 도식적으로 설명되고, 다른 방법 실시예에 따라 본 발명의 분사 노즐(3, 31)은 새로 제조될 수 있다.
노즐 헤드(301)의 블랭크는 도 3a에서 부분 단면도로 도식적으로 설명된다. 노즐 헤드(301)의 블랭크는 블라인드 홀(blind hole) 보어(4)를 포함하고, 도시된 바에 따르면 블라인드 홀의 하부 단부에 안착면(2)이 유입 개구부(5)로부터 거리(L) 떨어져서 제공되어, 안착면(2)이 블라인드 홀 보어(4)의 단면 전체를 포괄하도록 한다. 코팅 분말(100, 101)이 보어(4) 안으로 유입되어 안착면(2)을 덮는다. 레이저(600)가 막 켜져서 보어(4)를 통과하여 코팅 물질(100, 101)을 레이저 빔(6)에 의해 가열시키고, 그것에 의하여 코팅(1)이 안착면(2) 상에 형성된다. 도 3b에서, 코팅(1)이 안착면(2) 상에 완전히 형성된 후 레이저(600)는 바로 꺼진다.
완성 단계에서 분사 노즐(31)이 기능을 달성할 수 있도록, 블라인드 홀 보어 형태의 길이방향 보어(305)가 도 3c에 따라 적합한 드릴링 장치에 의해 코팅(1) 및 안착면(2)을 통과하여 보어(4)를 통하여 도입된다.
마지막으로, 노즐 홀(306)이 도 3d에서 도식적으로 설명된 바와 같이 외부로부터 노즐 헤드(301) 안으로 도입되고, 열린 상태에서 연료가 분사 노즐(301)을 통하여 공지된 방식으로 길이방향 보어(305) 및 노즐 홀(306)을 통과하여 연소 엔진의 연소실 안으로 분사될 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 공작물(3), 예를 들면, 노즐(31)의 형태에 의해 지금까지 도달할 수 없었던 가동 시간이 구현될 수 있어, 특히, 경제적 관점에서 큰 영향을 미친다.
본 발명에 따른 노즐 헤드는 한편으로는, 훨씬 더 효율적이고 노즐 헤드가 견뎌낼 수 있는 응력(stress)을 더 크게 요구하는 특히 대형 디젤 엔진의 미래 세대용 다른 노즐 헤드들 사이에서 이와 같이 적합할 수 있다. 한편으로는, 이미 작동 중에 있는 부품은 본 발명에 따라 또한 사후 제공될 수 있다.
이와 관련하여, 본 발명은 당연히 대형 디젤 엔진에 구체적 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 관점에서 길고 가는 보어의 안착면에 특정 기능을 만족해야하는 코팅이 제공되어야 하는 어디든지 간에 성공적으로 사용될 수 있다.
Claims (15)
- 공작물(3)의 안착면(2) 상에 코팅(1)을 제공하는 방법에 있어서,
상기 안착면(2)은 상기 공작물(3)의 보어(4) 내에, 상기 보어(4)의 유입 개구부(5)로부터 미리 정해진 거리(L)에 제공되고,
선행 단계에서, 코팅 물질(100, 101, 102)이 상기 안착면(2) 상에 제공되고, 그 다음 단계에서, 에너지 빔(6)을 상기 보어(4)를 통과하여 상기 안착면(2) 상으로 향하게 하여, 상기 에너지 빔(6)에 의해 코팅(1)이 상기 안착면(2) 상에 형성되도록 하는, 코팅 방법. - 제1항에 있어서,
에너지 빔(6)에 의한 에너지 인가 전에, 상기 코팅 물질(100)이 상기 안착면(2)의 적어도 일부분에 코팅 분말(101)의 형태 및/또는 코팅 와이어(101)의 형태 및/또는 선조작(prefabricated)의 코팅체(102)의 형태로 제공되는, 코팅 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 에너지 빔(6)에 의해 에너지가 상기 안착면에 인가되는 동시에, 상기 코팅 물질(100)이 상기 안착면(2)에 제공되는, 코팅 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안착면(2) 상에 상기 코팅(1)의 형성 후에, 기능성 보어(7)가 상기 코팅(1)을 관통하여 제공되는, 코팅 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
레이저 빔(6) 또는 전자 빔(6)이 상기 에너지 빔(6)으로써 사용되는, 코팅 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유입 개구부(5)와 상기 안착면(2) 사이 영역에서 상기 보어(4)의 최소 직경(D)이 상기 거리(L)의 50% 이하, 특히 상기 거리(L)의 25% 이하, 및 상기 보어(4)의 상기 최소 직경(D)이 바람직하게는 상기 거리(L)의 10% 이하인, 코팅 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공작물(3)이 노즐(31)의 노즐 바디 특히, 대형 2행정 디젤 엔진용 분사 노즐(31), 또는 안전 밸브, 또는 분사 시스템의 부품인 제어 밸브, 또는 실린더 인서트 또는 라이너의 윤활 오일 보어인, 코팅 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅 물질(100, 101, 102)이 코발트계 합금, 및/또는 크롬계 합금, 및/또는 철계 합금인, 코팅 방법. - 안착면(2)이 보어(4) 내에, 상기 보어(4)의 유입 개구부(5)로부터 미리 정해진 거리(L)에 제공되는 공작물(3)에서,
코팅(1)이 상기 안착면(2) 상에 형성되고, 상기 코팅(1)은 상기 보어(4)를 통과하여 상기 안착면(2) 상으로 향하는 에너지 빔(6)에 의해 코팅 물질(100, 101, 102)로부터 제조되는, 공작물. - 제9항에 있어서,
기능성 보어(7)가 상기 코팅(1)을 관통하여 제공되는, 공작물. - 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 유입 개구부(5)와 상기 안착면(2) 사이 영역에서 상기 보어(4)의 최소 직경(D)이 상기 거리(L)의 50% 이하, 특히 상기 거리(L)의 25% 이하, 및 상기 보어(4)의 상기 최소 직경(D)이 바람직하게는 상기 거리(L)의 10% 이하인, 공작물. - 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공작물(3)이 노즐(31)의 노즐 바디 특히, 대형 2행정 디젤 엔진용 분사 노즐(31), 또는 안전 밸브, 또는 분사 시스템의 부품인 제어 밸브, 또는 실린더 인서트 또는 라이너의 윤활 오일 보어인, 공작물. - 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅 물질(100, 101, 102)이 코발트계 합금, 및/또는 크롬계 합금, 및/또는 철계 합금인, 공작물. - 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅(1)의 경도가 상기 공작물(3)의 경도와 다른, 공작물. - 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 코팅(1)의 내식성이 상기 공작물(3)의 내식성과 다른, 공작물.
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