KR20120007914A

KR20120007914A - 밸브리프터 및 그 표면처리방법

Info

Publication number: KR20120007914A
Application number: KR1020100068708A
Authority: KR
Inventors: 안정욱; 안승균; 정수진; 신창현; 이준석
Original assignee: 현대자동차주식회사; 동우열처리공업 주식회사
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2012-01-25
Also published as: KR101203776B1

Abstract

본 발명은 밸브리프터 및 그 표면처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고체 흑연 타겟과 고체 SiC 타겟을 이용한 밸브리프터의 DLC 코팅방법에 관한 것이다.
이에 본 발명은, 모재 표면을 침탄침질 및 템퍼링하는 제1공정; 템퍼링된 모재를 표면거칠기 Ra 0.01~0.04㎛ 로 연마하는 제2공정; 연마된 모재에 금속의 계면층을 형성한 후, W, Cr, Ti, Mo의 군에서 선택된 어느 하나를 타겟으로 하여 스퍼터링하면서 형성된 0.3~1.0㎛ 두께의 Me-DLC층을 형성하는 제3공정; 상기 Me-DLC층 위에 Si 함량이 3~10원자% 이고 수소 함량이 5~12원자% 인 Si-DLC층을 1.0~2.0㎛ 두께로 형성하는 제4공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브리프터 표면처리방법을 제공한다.

Description

밸브리프터 및 그 표면처리방법{VALVE LIFTER AND METHOD FOR SURFACE TREATMENT THEREOF}

본 발명은 밸브리프터 및 그 표면처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고체 흑연 타겟과 고체 SiC 타겟을 이용한 밸브리프터의 DLC 코팅방법에 관한 것이다.

일반적으로 밸브리프터는 캠축의 회전운동을 상하운동으로 바꾸는 기능을 하며 주로 합금주철이나 탄소강으로 제조된다.

첨부한 도 1은 통상적인 내연기관용 밸브 트레인계의 구성 일부를 도시한 도면이고, 도 2는 종래 밸브리프터 표면 코팅층 중 DLC층의 미세구조를 도시한 도면이며, 도 3은 종래 밸브리프터 표면 코팅층의 형성에 사용되는 장비 개략도이다.

도 1에서 보듯이, 밸브리프터(20)는 원통형의 구조를 갖는데, 회전하는 캠축(10)이 접촉하는 상면(21)에는 마찰이 끊임없이 발생된다. 이러한 마찰을 줄이기 위하여 현재 밸브리프터(20) 표면, 특히 상면(21)을 경면 가공하거나 다이아몬드상 카본 코팅(Dimond Like Carbon: 이하 "DLC") 코팅을 하거나 또는 CrN(Chromium Nitride) 코팅을 하고 있다.

특히 DLC는 다이아몬드와 흑연의 중간상으로 높은 경도와 낮은 마찰계수, 내마모성, 전기적 절연성, 광투과성 및 화학적 안정성 등 물리화학적 특성이 우수한 비정질 카본화합물이다.

최근에는 차량의 연비 향상을 위해 저마찰 특성을 극대화시킨 DLC를 밸브리프터의 상면에 코팅하고 있다(특허출원 제2008-70306호).

기존의 PVD(Physical Vapor Deposition)법 DLC 코팅기술은 Ar 이온을 이용하여 플라즈마를 형성한 후 고체 흑연(C) 타겟을 스퍼터링하여 코팅한다(도 3 참조).

또한 일부에서는 탄화수소(예를 들면 C₂H₂,CH₄등등)와 Ar, H₂ 등의 가스를 고온 열분해하여 DLC를 합성하는 PACVD(Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition)법을 이용하기도 한다.

그러나 DLC는 400℃ 이상의 고온에서 수소의 분자이탈로 인해 다이아몬드 구조(sp3 결합)가 흑연구조(sp2 결합)로 변화되는 열적연화(Thermal Degradation) 또는 흑연화(Graphitization)가 발생하여 경도가 감소하고 내마모성이 약화되는 단점이 있다.

이러한 DLC의 문제는 엔진이 점차 고출력화되고 윤활상태가 더욱 가혹해지는 조건에서 구동하는 캠과 타펫(밸브리프터의 상면)의 순간 접촉온도가 400℃ 이상 발생할 수 있기 때문에 장시간 운행시 DLC는 불완전하게 되어 내구성은 약화될 수 있다.

DLC 내 수소량이 많을수록 고온에서 이탈되는 수소량이 많기 때문에 PVD DLC보다 PACVD DLC의 열적 안정성은 더욱 불리하다.

결국 고온에서 충분한 내구성을 갖는 DLC를 얻기 위해서는 PACVD가 아닌 PVD법을 이용한 새로운 DLC 코팅법 개발이 반드시 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, DLC 코팅의 저마찰 특성을 유지하면서 고온 내열성을 강화하기 위해 저마찰 특성과 내열성이 우수한 Si을 첨가시키는데, 이를 위해 고체 흑연 타겟과 동시에 고체 SiC 타겟을 사용하여 Si-DLC를 코팅하는 PVD(Physical Vapor Deposition)법을 사용하는 밸브리프터 및 그 표면처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 침탄침질 처리된 모재의 표면에 금속 타겟을 스퍼터링하여 형성된 계면층; 상기 계면층 상에 W, Cr, Ti, Mo의 군에서 선택된 어느 하나를 타겟으로 하여 스퍼터링하면서 형성된 0.3~1.0㎛ 두께의 Me-DLC층; 상기 Me-DLC층 상에 1.0~2.0㎛ 의 두께로 형성되며, Si 함량이 3~10원자% 이고 수소 함량이 5~12 원자% 인 Si-DLC층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브리프터를 제공한다.

바람직하게, 상기 침탄침질 처리된 모재는 표면 거칠기가 Ra 0.01~0.04㎛ 인 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게, 상기 계면층은 Cr, Ti의 군에서 선택된 어느 하나의 타겟을 스퍼터링하여 형성된 코팅층인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게, 상기 Si-DLC층은 SP3결합 분율이 60~70%이고 경도가 20~30GPa인 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명은, 모재 표면을 침탄침질 및 템퍼링하는 제1공정; 템퍼링된 모재를 표면거칠기 Ra 0.01~0.04㎛ 로 연마하는 제2공정; 연마된 모재에 금속의 계면층을 형성한 후, W, Cr, Ti, Mo의 군에서 선택된 어느 하나를 타겟으로 하여 스퍼터링하면서 형성된 0.3~1.0㎛ 두께의 Me-DLC층을 형성하는 제3공정; 상기 Me-DLC층 위에 Si 함량이 3~10원자% 이고 수소 함량이 5~12원자% 인 Si-DLC층을 1.0~2.0㎛ 두께로 형성하는 제4공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브리프터 표면처리방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 Si-DLC층은 SP3결합 분율이 60~70% 이고 경도가 20~30GPa인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게, 상기 Si-DLC층은 고체 흑연 타겟과 고체 SiC 타겟을 동시에 스퍼터링하여 형성되며, Si 함량의 조절은 SiC 타겟에 걸리는 파워서플라이의 음극 전력(cathode power)을 조절함에 의해 이루어지고 SP3결합 분율의 조절은 아세틸렌 공급량 및 밸브리프터 장착용 지그에 걸리는 바이어스 전압을 조절함에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게, 상기 계면층은 Cr, Ti의 군에서 선택된 어느 하나의 타겟을 스퍼터링하여 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 표면에 코팅층들이 형성된 밸브리프터에 있어서,

상기 코팅층들의 최상부 코팅층은 Si 함량이 3~10원자% 이고 수소 함량이 5~12원자% 이며 SP3결합 분율이 60~70%인 Si-DLC층인 것을 특징으로 하는 밸브리프터를 제공한다.

바람직하게, 상기 Si-DLC층은 두께가 1.0~2.0㎛ 이고 경도가 20~30GPa 인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 DLC 내에 경도가 높고 고온 내마모성이 좋은 SiC를 직접적으로 형성시킬 수 있고 수소함량을 5~12 원자%로 낮게 유지할 수 있어 저마찰에 유리하고 DLC의 경도를 높일 수 있다.

또한 SiC 타겟 수량을 조정하거나 SiC 타겟에 걸리는 파워서플라이의 음극 전력(cathode power)을 조절하여 Si의 첨가량을 조절할 수 있기 때문에 공정이 단순하다는 장점이 있다.

도 1은 통상적인 내연기관용 밸브 트레인계의 구성 일부를 도시한 도면,
도 2는 종래 밸브리프터 표면 코팅층 중 DLC층의 미세구조를 도시한 도면,
도 3은 종래 밸브리프터 표면 코팅층의 형성에 사용되는 장비 개략도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 밸브리프터의 표면 코팅층의 구조를 도시한 도면,
도 5는 도 4에 도시된 Si-DLC층의 미세구조를 도시한 도면,
도 6은 도 4에 도시된 Si-DLC층의 결합구조를 도시한 도면,
도 7은 도 4에 도시된 Si-DCL층의 형성에 사용되는 PVD장비 개략도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 밸브리프터의 표면 코팅층을 형성하는 공정을 도시한 개략적인 순서도,
도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 밸브리프터들에 대한 마찰 시험 결과를 비교하여 나타낸 그래프,
도 10은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 밸브리프터들에 대한 열처리 전후의 경도를 비교하여 나타낸 그래프,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 밸브리프터에 대한 열처리 전후의 라만 분석결과를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 DLC 코팅의 저마찰 특성을 유지하면서 고온 내열성을 강화하기 위해 저마찰 특성과 내열성이 우수한 Si을 첨가시킨 DLC의 코팅공정에 관한 것이다.

본 발명에 의하면 밸브리프터(20)의 상면(21)에 형성된 DLC 내부에는 미세 Si과 SiC(실리콘 카바이드) 입자가 형성되는데, 윤활성이 우수한 Si와 경도가 높고 열에 대한 저항성이 좋은 SiC로 인해 기존 DLC에 비해 마찰을 약 10% 낮추면서 고온 내마모성 및 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.

본 발명은 기본적으로 PVD법을 이용한 DLC 코팅법을 사용하나 Si의 첨가를 위하여 가스가 아닌 고체 흑연 타겟과 고체 SiC 타겟을 동시에 사용하여 Si를 첨가시킨 DLC 코팅을 한다.

따라서 본 발명은 DLC 내 고경도이며 고온 내마모성이 우수한 SiC를 직접적으로 형성시킬 수 있으며 수소함량을 5~12 원자%로 낮게 유지할 수 있어 저마찰에 유리하고 DLC의 경도를 높일 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 밸브리프터 및 그 표면처리방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 밸브리프터(20)는 그 외표면, 특히 상면(21)에 저마찰 특성을 유지하면서 고온 흑연화를 방지하고 내열성이 우수한 고경도의 표면 코팅층이 형성된다. 이러한 표면 코팅층은 밸브리프터의 표면에 직접 형성되거나 혹은 캠축(10)과 접하는 밸브리프터(20)의 상면(21)에 별도로 덧대여진 심(SHIM)에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 밸브리프터의 표면 코팅층은 침탄침질(Carbonitriding)된 모재 상에 차례로 적층된 계면층, 버퍼층(Me-DLC층), Si-DCL층과 같은 코팅층들로 이루어진다.

도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 밸브리프터의 표면처리방법과 밸브리프터의 표면에 형성된 코팅층들에 대하여 살펴본다.

먼저, 밸브리프터의 표면 코팅에 앞서 사전표면처리를 실시한다.

상기 코팅층들이 형성되는 모재의 경화 및 안정화를 위하여 침탄침질 처리를 한다. 즉, 모재 표면을 침탄침질한 후, 200~250℃로 템퍼링한다.

상기 침탄침질 처리된 모재의 표면은 표면거칠기 Ra 0.01~0.04㎛ 로 연마가공한다. 모재의 표면거칠기가 0.01㎛ 미만일 경우 모재의 표면 코팅에 의해 오히려 거칠기가 증가하여 효과 대비 과다 비용이 소요되는 문제가 있고, 표면거칠기가 0.04㎛를 초과하는 경우에는 상기 코팅층들에 의한 마찰 저감 효과가 떨어지는 문제가 있다.

이러한 모재 표면의 연마에는 버핑(Buffing), 진동연마(Vibration Finishing: VF), 수퍼 피니싱(Super Finishing: SF) 등의 방법이 이용될 수 있다.

다음, 사전표면처리가 완료된 모재 표면에 코팅을 실시한다.

상기 모재와 그 위에 적층되는 코팅층들 간의 밀착력 향상을 위해, 사전표면처리 완료된 모재 표면에 계면층(Adhesion Layer)을 형성한다. 이러한 계면층의 형성에는 Cr, Ti 등이 이용 가능한데, 특히 Cr 타겟을 스퍼터링함에 의해 형성된 Cr 코팅층의 효과가 우수하다.

상기 계면층 위에 금속 타겟을 이용한 스퍼터링 공정 중에 카본 소스를 공급하기 위하여 아세틸렌(C₂H₂)을 첨가하는 리액티브 스퍼터링(reactive sputtering)법을 사용하여 금속 함유 DLC층(이하 "Me-DLC층"라고 함)을 합성하여 버퍼층(Buffer Layer)으로 형성한다. 즉, Me-DLC층은 모재 표면에 반응가스로서 아세틸렌을 공급하면서 동시에 금속 타겟을 스퍼터링하여 형성되는데, 이때 금속 타겟으로는 W, Cr, Ti, Mo, 바람직하게는 W이 사용된다.

이러한 Me-DLC층은 상부 DLC층(즉, Si-DCL층)의 취성을 보완하고 내충격성을 향상시키며 장시간 피로에 대한 내피로성을 부여하는 버퍼층의 역할을 하기 위해 0.3~1.0㎛의 두께로 증착된다.

만약 상기 Me-DLC층의 두께가 0.3㎛ 미만인 경우 상기 내충격성 및 내피로성이 충분하지 못하며, Me-DLC층의 두께가 1.0㎛를 초과하는 경우 자체의 잔류 응력 증가로 인해 Me-DLC층 형성 효과가 떨어진다.

상기 Me-DLC층 위에는 저마찰 특성이 실질적으로 발휘되며 고온 내열성이 우수한 Si-DLC층을 1.0~2.0㎛ 두께로 형성한다. Si-DLC층 두께가 1.0㎛ 미만일 경우 내연기관의 초기 길들이기 과정에서 Si-DLC층이 마모되어 없어지는 문제가 있고, Si-DLC층 두께가 2.0㎛를 초과하는 경우 코팅의 잔류응력 증가로 인해 박리되는 문제가 있다.

상기 Si-DLC층은 아세틸렌을 소량 공급하면서 고체 흑연 타겟과 고체 SiC 타겟을 동시에 스퍼터링함에 의해 형성된다.

도 6에서 보듯이 Si-DLC층은 탄소에 탄소 또는 수소 또는 Si이 결합된 SP2 및 SP3 결합의 혼합 구조를 갖는데, SP3 결합의 분율이 60~70%일 때 가장 우수한 저마찰 특성을 갖는다.

SP3결합의 분율이 60% 미만일 경우 Si-DLC층의 경도가 급격히 떨어져 밸브리프터 표면의 마모가 발생되며, SP3결합의 분율이 70%를 초과하는 경우 DLC층이 갖는 고유의 저마찰 특성이 현저하게 감소된다.

상기 SP3결합 분율의 조절은, 아세틸렌을 미세하게 조절하여 공급함과 아울러 밸브리프터가 장착되는 지그에 걸리는 바이어스 전압을 조절함에 의해 가능하다.

Si-DLC층의 SP3결합 분율은 수소 공급에 따라 증가하며, 바이어스 전압이 증가함에 따라 감소하는 경향이 있다. 따라서 Si-DLC층의 저마찰 특성 만을 고려한다면 아세틸렌은 적게, 바이어스 전압은 높게 해주면 된다.

그러나, Si-DLC층의 경도 또한 바이어스 전압에 의존하며 특정한 바이어스 전압에서 최대치가 되기 때문에, 실험적으로 경도와 SP3결합 분율을 함께 고려하여 최적값을 얻어내야만 내마모성과 저마찰 특성이 모두 우수한 Si-DLC층을 얻을 수 있다.

또한 Si-DLC 내 Si의 함량은 3~10 원자% 이며, Si이 3 원자% 미만일 때는 Si 첨가에 따른 Si-DLC의 저마찰 및 고온 내열성 효과가 충분히 크지 않고, Si이 10 원자% 이상일 때는 경도가 급격하게 감소하여 내마모성이 악화되는 문제가 있다.

상기 Si 함량의 조절은 SiC 타겟에 걸리는 파워서플라이의 음극(cathode) 파워를 조절함에 의해 가능하다.

도 7을 참조하여 상기 Si-DLC층의 형성을 위한 PVD 장비를 살펴보면, 진공챔버 내에는 고체 흑연 타겟과 고체 SiC 타겟이 설치되고 이로부터 일정간격 이격된 거리에 밸브리프터가 설치된다. 흑연 타겟과 SiC 타겟에는 음극(cathode) 파워가 걸리고 밸브리프터가 장착되는 지그에도 바이어스 전압(-Vsb)이 걸린다. 상기 진공챔버의 일측에서는 음극 바이어스된 흑연 타겟에 부딪혀 스퍼터링을 발생시키기 위한 Ar이 공급되며, 타측에서는 수소 컨트롤을 위한 아세틸렌이 공급된다.

상기와 같은 장비를 이용하여 각 타겟과 지그에 걸리는 바이어스 전압과 아세틸렌의 공급량을 조절하면서 Si-DCL 내의 SP3 결합 분율을 60~70% 가 되도록 조절하게 되면, Si은 3~10 원자%, 수소는 5~12 원자% 를 함유하게 된다. 이때 Si-DLC층의 경도는 약 20~30 GPa 정도가 된다.

즉, Si-DCL는 SP3 결합 분율은 60~70%, Si은 3~10 원자%, 수소는 5~12 원자%를 함유하게 된다.

다시 말하면, 상기의 공정에 의해 표면처리된 밸브리프터는 표면 특히 상면에 침탄침질 처리된 모재의 표면에 Cr, Ti의 군에서 선택된 어느 하나의 타겟을 스퍼터링하여 형성된 계면층, 상기 계면층 상에 W, Cr, Ti, Mo의 군에서 선택된 어느 하나의 타겟을 스퍼터링하여 형성된 0.3~1.0㎛ 두께의 Me-DLC층 및 상기 Me-DLC층 상에 1.0~2.0㎛ 두께로 형성되며 Si을 3~10 원자% 함유하고 SP3 결합 분율이 60~70%인 Si-DCL층을 포함하는 표면 코팅층이 형성된다.

상기의 표면처리방법에 의해 코팅된 밸브리프터의 저마찰 특성을 확인하기 위하여 동일 재질의 밸브리프터 3개를 제작하고 그 각각에 대하여 아래 표 1과 같은 표면처리를 진행한 후 표 2의 조건으로 마찰토크 실험을 실시하였으며, 그 결과는 도 9와 같다.

상기 비교예 1은 상술된 사전표면처리만 실시된 것이고, 비교예 2는 사전표면처리와 기존 PVD법에 의해 DLC 코팅 처리된 다중 코팅(버퍼층, Me-DLC층, DLC층) 처리까지 완료된 것이다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 실시예는 비교예 1 및 비교예 2에 비하여 마찰토크 곡선이 낮게(마찰토크 값이 작게) 나타났다. 특히 코팅처리가 없는 비교예 1에 비하면 실시예의 마찰토크는 2,000rpm에서 33% 낮으며, PVD법에 의해 DLC 코팅 처리된 비교예 2에 비하면 실시예의 마찰토크는 2,000rpm에서 10% 낮았다.

결국, 본 발명에 의한 밸브리프터용 Si-DLC 코팅방법은 저마찰 효과가 우수하여 엔진의 마찰손실을 줄여 연비향상에 도움을 주는 것으로 나타났다.

한편, 고온에서 밸브리프터 코팅층의 안정성 및 내마모성을 확인하기 위하여 상기 비교예 2와 실시예에 의해 표면처리된 밸브리프터를 400℃에서 20시간 동안 열처리한 후 코팅층의 경도측정과 라만분석을 실시하였다. 도 10은 열처리 전ㆍ후의 비교예 2와 실시예의 경도 변화이다.

비교예 2는 열처리 전의 경도가 30GPa 이었으나 열처리 후 18GPa 로 경도감소가 발생하였다. 반변 실시예는 열처리 전의 경도 28GPa, 열처리 후의 경도 27GPa로 열처리 전후의 경도 변화가 거의 발생하지 않았다.

일반적으로 경도는 내마모성과 비례하는 것으로 알려져 있는 바, 고온에서 경도 감소가 심하게 발생하는 비교예 2에 비하여 경도 변화가 거의 없는 실시예의 내마모성이 보다 우수할 것으로 짐작할 수 있다.

또한, 일반적으로 라만분석은 분자 결합구조에 따른 고유한 진동에너지를 측정하기 때문에 물질의 고유한 정보를 표시한다.

도 11은 열처리 전후 코팅층의 라만분석 결과인데, 다이아몬드와 흑연의 중간상인 DLC의 경우 1350cm^-1의 D 피크(peak)와 1580cm^-1의 G 피크가 혼재되어 나타나며 비정질상이기 때문에 브로드(broad)한 형상을 가진 스펙트라를 보여준다.

비교예 2는 열처리 후 D 피크와 G 피크의 분리 부분이 발견되는데 이는 DLC내에 무질서(disorder)한 미세 흑연상이 점차 형성되어 DLC의 흑연화가 이루어지고 있음을 의미한다. 반면 실시예에서는 열처리 후에도 피크의 변화는 거의 없어 열처리 전의 코팅층 특성을 그대로 갖고 있음 확인할 수 있었다.

결국 본 발명에 의한 Si-DLC 코팅은 DLC 흑연화에 대한 저항성이 강하고 고온 안정성이 우수함을 알 수 있다.

본 발명에서는 가스가 아닌 고체 흑연 타겟과 고체 SiC 타겟을 동시에 이용하여 Si을 첨가시킨 DLC를 형성시키며, Si-DLC 내 수소 함량이 낮고(5~12원자%) 높은 결합에너지로 인해 경도가 높아 Si-DLC의 마찰계수는 낮고 내마모성이 우수하다.

또한 본 발명은 Si-DLC 내 수소 함량이 낮아 고온에서 Si-DLC의 흑연화에 대한 저항성이 높고 미세 SiC입자로 인해 고온 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한 SiC 타겟 수량을 조정하거나 SiC 타겟에 걸리는 음극 파워(cathode power)를 조절하여 Si의 첨가량을 조절할 수 있기 때문에 공정이 단순하다는 장점이 있다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 일실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

10 : 캠축
20 : 밸브리프터
21 : 밸브리프터의 상면

Claims

침탄침질 처리된 모재의 표면에 금속 타겟을 스퍼터링하여 형성된 계면층;
상기 계면층 상에 W, Cr, Ti, Mo의 군에서 선택된 어느 하나를 타겟으로 하여 스퍼터링하면서 형성된 0.3~1.0㎛ 두께의 Me-DLC층;
상기 Me-DLC층 상에 1.0~2.0㎛ 의 두께로 형성되며, Si 함량이 3~10원자% 이고 수소 함량이 5~12원자% 인 Si-DLC층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브리프터.
청구항 1에 있어서, 상기 침탄침질 처리된 모재는 표면 거칠기가 Ra 0.01~0.04㎛ 인 것을 특징으로 하는 밸브리프터.
청구항 1에 있어서, 상기 계면층은 Cr, Ti의 군에서 선택된 어느 하나의 타겟을 스퍼터링하여 형성된 코팅층인 것을 특징으로 하는 밸브리프터.
청구항 1에 있어서, 상기 Si-DLC층은 SP3결합 분율이 60~70%이고 경도가 20~30GPa인 것을 특징으로 하는 밸브리프터.
모재 표면을 침탄침질 및 템퍼링하는 제1공정;
템퍼링된 모재를 표면거칠기 Ra 0.01~0.04㎛ 로 연마하는 제2공정;
연마된 모재에 금속의 계면층을 형성한 후, W, Cr, Ti, Mo의 군에서 선택된 어느 하나를 타겟으로 하여 스퍼터링하면서 형성된 0.3~1.0㎛ 두께의 Me-DLC층을 형성하는 제3공정;
상기 Me-DLC층 위에 Si 함량이 3~10원자% 이고 수소 함량이 5~12원자% 인 Si-DLC층을 1.0~2.0㎛ 두께로 형성하는 제4공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브리프터 표면처리방법.
청구항 5에 있어서,
상기 Si-DLC층은 SP3결합 분율이 60~70% 이고 경도가 20~30GPa인 것을 특징으로 하는 밸브리프터 표면처리방법.
청구항 5에 있어서,
상기 Si-DLC층은 고체 흑연 타겟과 고체 SiC 타겟을 동시에 스퍼터링하여 형성되며, Si 함량의 조절은 SiC 타겟에 걸리는 음극파워를 조절함에 의해 이루어지고 SP3결합 분율의 조절은 아세틸렌 공급량 및 밸브리프터 장착용 지그에 걸리는 바이어스 전압을 조절함에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 밸브리프터 표면처리방법.
청구항 5에 있어서, 상기 계면층은 Cr, Ti의 군에서 선택된 어느 하나의 타겟을 스퍼터링하여 형성하는 것을 특징으로 하는 밸브리프터 표면처리방법.
표면에 코팅층들이 형성된 밸브리프터에 있어서,
상기 코팅층들의 최상부 코팅층은 Si 함량이 3~10원자% 이고 수소 함량이 5~12원자% 이며 SP3결합 분율이 60~70%인 Si-DLC층인 것을 특징으로 하는 밸브리프터.
청구항 9에 있어서, 상기 Si-DLC층은 두께가 1.0~2.0㎛ 이고 경도가 20~30GPa 인 것을 특징으로 하는 밸브리프터.