KR20140138180A

KR20140138180A - 철 기반 합금 분말을 이용한 써멀 스프레이 애플리케이션들

Info

Publication number: KR20140138180A
Application number: KR1020147026116A
Authority: KR
Inventors: 비. 크리스토퍼슨 데니스; 질 레'스페랑스 디알.; 코스 제레미; 볼류 필립; 존 파딩 레슬리; 쉔웨터 토드
Original assignee: 페더럴-모걸 코오포레이숀
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2014-12-03
Also published as: EP2822718B1; JP2015515542A; JP6199909B2; EP2822718A2; WO2013134606A2; CN104302426A; WO2013134606A3

Abstract

플레임 스프레잉(flame spraying), 플라즈마 스프레잉(plasma spraying), 콜드 스프레잉(cold spraying) 및 고속 산소 연료 스프레잉(high velocity oxygen fuel spraying, HVOF)와 같은 써멀 스프레이 기법(thermal spray technique)에서 사용하기 위해 써멀 스프레이 분말(thermal spray powder)(20)이 제공된다. 이 써멀 스프레이 분말(20)은 물 또는 가스 아토마이제이션(atomization)에 의해 만들어지고, 써멀 스프레이 분말(20)의 전체 중량을 기준으로 하여 3.0 내지 7.0 wt% 의 탄소, 10.0 내지 25.0 wt% 의 크롬, 1.0 내지 5.0 wt% 의 텅스텐, 3.5 내지 7.0 wt% 의 바나듐, 1.0 내지 5.0 wt% 의 몰리브덴, 0.5 wt% 이하의 산소 및, 적어도 40.0 wt% 의 철(iron)을 포함한다. 이 써멀 스프레이 분말(20)은 피스톤 또는 피스톤링과 같은 금속 몸체에 입혀져 코팅을 형성할 수 있다. 이 써멀 스프레이 분말(20)은 또한 스프레이 성형 파트(spray-formed part)를 제공할 수 있다.

Description

철 기반 합금 분말을 이용한 써멀 스프레이 애플리케이션들{THERMAL SPRAY APPLICATIONS USING IRON BASED ALLOY POWDER}

본 출원은, 2012년 3월 9일 출원한 가출원 시리얼 번호(Provisional Application Serial No.) 제61/608,853호의 이익을 청구하는 바이며, 이 가출원 시리얼 번호 제61/608,853호의 전 내용은 참조에 의해 여기에 통합이 된다.

본 발명은 일반적으로 내마모성 써멀 스프레이 분말(wear resistant thermal spray powder)과, 이를 제조하는 방법 및 이의 애플리케이션들에 관한 것이다.

써멀 스프레이 기법들(thermal spray techniques)은 피스톤들과 피스톤링들과 같은 자동차 엔진 콤포넌트들(components)에 내마모성 코팅(coating)을 입히는 데 사용된다. 이러한 코팅들은, 피스톤이 실린더를 따라 슬라이딩할 때 피스톤링들의 표면을 마모로부터 보호해준다. 또한 이 코팅들은, 피스톤이 엔진 연소실 내의 오염물질들 및 극도의 온도에 노출됨으로 인해 야기되는 피스톤의 부식 및 산화를 감소시켜준다. 이러한 내마모성 코팅들은 다양한 세라믹 재료들, 크롬 기반의 분말들(chromium-based powders) 및 모리브덴 기반의 분말들로 만들어져 왔다. 써멀 스프레잉 기법들의 예들로는 연소(combustion), 전기방전(electrical discharge), 콜드 스프레잉(cold spraying) 및 레이저가 포함된다.

본 발명의 일 양상은 써멀 스프레이 기법에서 사용되는 분말 금속 재료(powder metal material)를 제공하는데, 이 분말 금속 재료는 분말 금속 구성물의 전체 중량을 기준으로 하여 3.0 내지 7.0 wt% 의 탄소, 10.0 내지 25.0 wt% 의 크롬, 1.0 내지 5.0 wt% 의 텅스텐, 3.5 내지 7.0 wt% 의 바나듐, 1.0 내지 5.0 wt% 의 몰리브덴, 0.5 wt% 이하의 산소 및, 적어도 40.0 wt% 의 철(iron)을 포함한다.

본 발명의 다른 양상은 써멀 스프레이 기법에서 사용되는 분말 금속 재료를 만드는 방법을 제공하는데, 이 방법은, 용융된 철 기반 합금(iron based alloy)의 전체 중량을 기준으로 하여 3.0 내지 7.0 wt% 의 탄소, 10.0 내지 25.0 wt% 의 크롬, 1.0 내지 5.0 wt% 의 텅스텐, 3.5 내지 7.0 wt% 의 바나듐, 1.0 내지 5.0 wt% 의 몰리브덴, 0.5 wt% 이하의 산소 및, 적어도 40.0 wt% 의 철을 포함하는 용융된 철 기반 합금을 제공하는 단계;와, 철 기반 합금의 물 아토마이징된 액적(water atomized droplets)을 제공하기 위해, 용융된 철 기반 합금을 아토마이징(atomizing)하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 또 다른 양상은 내마모성 컴포넌트(wear resistant component)를 제공하는데, 상기 내마모성 컴포넌트는 써멀 스프레이되는 분말 금속 재료를 포함하며, 상기 써멀 스프레이되는 분말 금속 재료는, 써멀 스프레이되는 분말 금속 재료의 전체 중량을 기준으로 하여 3.0 내지 7.0 wt% 의 탄소, 10.0 내지 25.0 wt% 의 크롬, 1.0 내지 5.0 wt% 의 텅스텐, 3.5 내지 7.0 wt% 의 바나듐, 1.0 내지 5.0 wt% 의 몰리브덴, 0.5 wt% 이하의 산소 및, 적어도 40.0 wt% 의 철을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양상은 내마모성 컴포넌트를 만드는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 분말 금속 재료를 스프레이하는 단계를 포함하며, 상기 분말 금속 재료는, 분말 금속 재료의 전체 중량을 기준으로 하여 3.0 내지 7.0 wt% 의 탄소, 10.0 내지 25.0 wt% 의 크롬, 1.0 내지 5.0 wt% 의 텅스텐, 3.5 내지 7.0 wt% 의 바나듐, 1.0 내지 5.0 wt% 의 몰리브덴, 0.5 wt% 이하의 산소 및, 적어도 40.0 wt% 의 철을 포함한다.

이 써멀 스프레이 분말은, 써멀 스프레이 기법들에서 사용되는 여타 재료들에 비해 저렴한 비용으로 특출한 내마모성을 제공해준다. 또한 이 써멀 스프레이 분말은 낮은 용융점을 가지기 때문에 써멀 스프레이 작업 중 요구되는 온도가 낮으며, 이로써 에너지가 절약된다. 또한 이 써멀 스프레이 분말은 피스톤 또는 피스톤링과 같은 금속 몸체(body)에, 몸체에 손상을 입히지 않으면서 적용될 수 있다. 게다가 써멀 스프레이 작업 중에 이 써멀 스프레이 분말은, 써멀 스프레이 기법들에서 사용되는 여타의 제일철 기반 재료들(ferrous based materials)에 비해 향상된 내산화성을 제공할 수 있다.

첨부된 도면들과 연계된 상세한 설명으로부터 본 발명에 대한 이해가 더 잘 될 것이며, 본 발명의 특징들 및 장점들이 쉽게 파악이 될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 피스톤의 외측면에 써멀 스프레이 분말(thermal spray powder)을 스프레이하는 고속 산소 연료 스프레잉 챔버 건(high velocity oxygen fuel spraying(HVOF) chamber gun)을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따라 피스톤링의 외측면에 써멀 스프레이 분말을 스프레이하는 HVOF 챔버 건을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 피스톤링에서 선 3-3을 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 스프레이 성형 파트(spray-formed part)를 만들기 위해 써멀 스프레이 분말을 스프레이하는 HVOF 챔버 건을 보여주는 도면이다.
도 5는 써멀 스프레이 분말을 만들기 위해 사용되는 예시적인 프로세스를 개략적으로 보여주는 도면이다.

본 발명의 일 양상은 써멀 스프레이 기법에서 사용하기 위한 내마모성 분말 금속 재료를 제공해주는데, 이 써멀 스프레이 기법은 써멀 스프레이 프로세스 또는 애플리케이션으로도 칭해진다. 상기 분말 금속 재료는 써멀 스프레이 분말(thermal spray powder)(20)로도 칭해진다. 이 분말 금속 재료는 용융된 철 기반 합금(iron based alloy)을 아토마이징(atomizing)함으로써 만들어지는데, 이 용융된 철 기반 합금은 탄소(C), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 바나듐(V), 몰리브덴(Mo) 및 철(Fe)을 포함한다. 써멀 스프레이 분말(20)은 철을 기반으로 하면서, 선택적으로 코발트(Co), 니오븀(Nb), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 황(S), 실리콘(Si), 인(P), 지르코늄(Zr) 및 탄탈룸(Ta)과 같은 여타 콤포넌트들을 포함한다.

이 써멀 스프레이 분말(20)은 여타 써멀 스프레이 재료들에 비해 비용은 적게 들면서 특출한 내마모성을 제공하기에 충분한 양의 크롬, 텅스텐, 바나듐 및 몰리브덴을 포함한다. 또한 이들 원소들은 금속 탄화물들(metal carbides)을 형성하기에 충분한 양으로 존재한다. 일 실시예에서 써멀 스프레이 분말(20)은 10.0 내지 25.0 wt% 의 크롬 바람직하게는 11.0 내지 15.0 wt% 의 크롬 가장 바람직하게는 13.0 wt% 의 크롬과, 1.0 내지 5.0 wt% 의 텅스텐 바람직하게는 1.5 내지 3.5 wt% 의 텅스텐 가장 바람직하게는 2.5 wt% 의 텅스텐과, 3.5 내지 7.0 wt% 의 바나듐 바람직하게는 4.0 내지 6.5 wt% 의 바나듐 가장 바람직하게는 6.0 wt% 의 바나듐과, 1.0 내지 5.0 wt% 의 몰리브덴 바람직하게는 1.0 내지 3.0 wt% 의 몰리브덴 가장 바람직하게는 1.5 wt% 의 몰리브덴을 포함한다.

써멀 스프레이 분말(20)은, 써멀 스프레이 분말(20)의 전체 체적을 기준으로 하여 15 vol% 를 넘는 양의 금속 탄화물를 제공하기에 충분한 양의 탄소를 포함한다. 일 실시예에서 써멀 스프레이 분말(20)은, 써멀 스프레이 분말(20)의 전체 중량을 기준으로 하여 적어도 3.0 wt% 의 탄소 또는 3.0 내지 7.0 wt% 의 탄소 바람직하게는 3.8 wt% 의 탄소를 포함한다. 써멀 스프레이 분말(20) 내의 탄소량이 증가함에 따라 써멀 스프레이 분말(20)의 단단함도 증가한다. 왜냐하면 탄소의 양이 많아지면 아토마이제이션(atomization) 단계 중 더 많은 양의 탄화물들이 형성되고, 이로 인해 단단함이 더 커지기 때문이다. 써멀 스프레이 분말(20) 내의 탄소량을 탄소 전량(carbon total, C_tot)로 칭한다.

써멀 스프레이 분말(20)은 또한 탄소의 화학량론적 양(stoichiometric amount of carbon, C_stoic)을 포함하는데, 탄소의 화학량론적 양은 평형상태에서의 합금된 탄화물들 내에 결합된 전체 탄소 함량을 나타낸다. 탄화물들의 타입 및 구성물은 탄소 함량 및 합금 원소들 함량의 함수로서 변화한다.

아토마이제이션 중에 필요량의 금속 탄화물들을 형성하는 데 필요한 C_stoioh는 써멀 스프레이 분말(20) 내에 존재하는 탄화물 형성 원소(carbide-forming element)들의 양에 따라 달라진다. 특정한 컴포지션을 위한 C_stoioh는 각 탄화물 형성 원소의 양에다, 각 원소에 대해 특정한 배율(multiplying factor)을 곱함으로써 얻어질 수 있다. 특정한 탄화물 형성 원소에 대해서 상기 배율은 탄화물 형성 원소의 1 wt% 를 석출하는 데 필요한 탄소량과 동등하다. 상기 배율은 형성된 석출물의 타입, 탄소의 양 및 각 합금 원소들의 양을 기준으로 하여 변화한다. 특정 탄화물에 대한 배율 또한 탄소의 양 및 합금 원소들의 양과 함께 변화한다.

예를 들면, 써멀 스프레이 분말(20) 내에, M₈C₇으로도 칭해지는 (Cr_23.5Fe_7.3V_63.1Mo_3.2W_2.9)₈C₇의 석출물을 형성하기 위해 탄화물 형성 원소들의 배율들은 다음과 같이 계산된다. 먼저 M₈C₇탄화물의 원자비(atomic ratio)는 Cr 1.88 원자, Fe 0.58 원자, V 5.05 원자, Mo 0.26 원자, W 0.23 원자, C 7 원자로 정해진다. 다음에 M₈C₇탄화물 1 몰(mole) 당 각 원소의 질량은 V = 257.15 그램, Cr = 97.76 그램, Fe = 32.62 그램, Mo = 24.56 그램, W = 42.65 그램, C = 84.07 그램으로 정해진다. 그 다음 각각의 탄화물 형성 원소의 중량비(weight ratio)는 V = 47.73 wt%, Cr = 18.14 wt%, Fe = 6.05 wt%, Mo = 4.56 wt%, W = 7.92 wt% 및 C = 15.60 wt%로 정해진다. 이러한 중량비는, 바나듐 V 47.73 그램이 탄소 C 15.60 그램과 반응함을 나타내며, 이는 바나듐 V 1 그램이 탄소 C 0.33 그램과 반응함을 의미한다. M₈C₇탄화물 내에 1.0 wt% 의 바나듐을 석출하기 위해 탄소 0.33 wt% 가 필요하게 되며, 따라서 바나듐 V 에 대한 배율은 0.33 이 된다. 같은 계산 방법으로 Cr 에 대한 배율은 0.29, Mo 에 배율은 0.06, W 에 대한 배율은 0.03 으로 정해진다.

다음에 써멀 스프레이 분말(20) 내의 C_stoioh는 각 탄화물 형성 원소의 양에다 연관 배율(associated multiplying factor)을 곱하고, 이들 각각의 값들을 더함으로써 구해진다. 예를 들어 써멀 스프레이 분말(20)이 V 4.0 wt%, Cr 13.0 wt%, Mo 1.5 wt% 및 W 2.5 wt% 를 포함한다면, C_stoioh = (4.0*0.33) + (13.0*0.29) + (1.5*0.06) + (2.5*0.03) = 5.26 wt% 가 된다.

또한 써멀 스프레이 분말(20)은 C_tot/C_stoich 비가 1.1 보다 작은 양을 포함한다. 따라서 써멀 스프레이 분말(20)이 탄소를 상한선으로 7.0 wt% 포함하면, C_stoich 는 6.36 wt% 의 탄소가 될 것이다 (탄소 7.0 wt% / 1.1).

아래의 표는 써멀 스프레이 분말(20) 내에서 발견될 수 있는 여타의 탄화물 타입에 대한 예들과, 특정 탄화물 화학량론에 대한 Cr, V, Mo 및 W 의 배율들을 보여준다. 그러나 표에 열거된 각 탄화물 내의 금속 원자들은 부분적으로 다른 원자들로 대체될 수 있으며, 이는 배율의 값들에 영향을 미치게 된다.

원소	탄화물 타입	화학량론적 예	배율(multiplying factor) f_M(w%/w%)
Cr	M₇C₃	Cr_3.5Fe_3.5C₃	0.20
		Cr₄Fe₃C₃	0.17
		(Cr₃₄Fe₆₆)₇C₃	0.29
V	M₈C₇	(V₆₃Fe₃₇)₈C₇	0.33
Mo	M₆C	Mo₃Fe₃C	0.04
Mo	M₆C	Mo₂Fe₄C	0.06
W	M₆C	W₃Fe₃C	0.02
W	M₆C	W₂Fe₄C	0.03

금속 탄화물들은 아토마이제이션 프로세스 중에 형성되며, 적어도 15.0 vol% 의 양이 존재하는데, 바람직하게는 40.0 내지 60.0 vol% 의 양 또는 47.0 내지 52.0 vol% 의 양이 존재하고, 통상적으로는 약 50.0 vol% 의 양이 존재한다. 일 실시예에서 써멀 스프레이 분말(20)은, 크롬이 풍부한 탄화물들(chromium-rich carbides), 몰리브덴이 풍부한 탄화물들, 텅스텐이 풍부한 탄화물들 및 바나듐이 풍부한 탄화물들을 포함하며 전체적으로 약 50.0 vol% 의 양을 포함한다.

금속 탄화물들은 나노단위의 미세구조(nanoscale microstructure)를 가진다. 일 실시예에서 금속 탄화물들은 1 및 400 나노미터 사이의 직경을 갖는다. 이런 미세한 나노 탄화물 구조는, 써멀 스프레이 분말(20)이 금속 몸체(24, 124)의 외측면(22, 122)에 부착하는 점착력을 향상시켜줄 수 있다. 따라서 써멀 스프레이 분말 형태의 내마모성 코팅은 박리(flaking), 치핑(chipping), 층간 박리(delamination)가 쉽게 발생하지 않는다. 또한 미세한 탄화물 구조는 보다 더 균질한 미세구조를 제공할 수 있어서, 좀 더 거친 미세구조의 탄화물을 지닌 써멀 스프레이 재료들에 비해 충격 및 피로에 대한 내구성을 향상시켜준다. 앞서 언급한 바와 같이 탄화물들은 M₈C₇, M₇C₃, MC, M₆C, M₂₃C₆ 및 M₃C 를 포함하여 다양한 타입이 있을 수 있으며, 여기서 M은 Fe, Cr, V, Mo 및/또는 W 와 같은 적어도 하나의 금속 원자이고 C 는 탄소이다. 일 실시예에서 금속 탄화물들은, M₈C₇, M₇C₃, M₆C 로 이루어진 군에서 선정되며, 여기서 M₈C₇는 (V₆₃Fe₃₇)₈C₇ 이고, M₇C₃는(Cr₃₄Fe₆₆)₇C₃, Cr_3.5Fe_3.5C₃및Cr₄Fe₃C₃ 로 이루어진 군에서 선정되고, M₆C 는 Mo₃Fe₃C, Mo₂Fe₄C, W₃Fe₃C 및 W₂Fe₄C 로 이루어진 군에서 선정된다.

또한 써멀 스프레이 분말(20)은 나노단위의 탄화물들과 함께 나노단위의 오스테나이트(austenite)를 포함하며, 나노단위의 마르텐사이트(martensite)를 포함할 수 있다. 또한 써멀 스프레이 프로세스 중에 써멀 스프레이 분말(20)의 산화를 억제하기에 충분한 양의 탄소가 존재한다. 산화는 써멀 스프레이 프로세스 중에 불완전한 외부환경 컨트롤, 청결하지 못함, 그리고 온도로 인해 발생할 수 있다.

써멀 스프레이 분말(20)은, 내마모성을 향상시키는 데 또는 다른 재료 특성을 강화시키는 데 공헌할 수 있는 여타의 원소들을 선택적으로 포함할 수 있다. 일 실시예에서 써멀 스프레이 분말(20)은 코발트, 니오븀(niobium), 티타늄, 망간, 황, 실리콘, 인, 지르코늄 및 탄탈럼(tantalum) 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시예에서 써멀 스프레이 분말(20)은, 4.0 내지 15.0 wt% 의 코발트, 7.0 wt% 까지의 니오븀, 7.0 wt% 까지의 티타늄, 2.0 wt% 까지의 망간, 1.15 wt% 까지의 황, 2.0 wt% 까지의 실리콘, 2.0 wt% 까지의 인, 2.0 wt% 까지의 지르코늄, 그리고 2.0 wt% 까지의 탄탈럼 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시예에서 써멀 스프레이 분말(20)은 분말 내에 황화물 또는 황을 함유하고 있는 화합물을 형성하기 위해 예비합금된 황(pre-alloyed sulfur)을 함유한다. 황화물(예컨대 MnS, CrS)은 기계가공성을 향상시켜주고, 내마모성에 유익하다고 알려져 있다.

써멀 스프레이 분말(20) 구성의 잔여분은 철(iron)이다. 일 실시예에서 써멀 스프레이 분말(20)은 적어도 40.0 wt%의 철, 또는 50.0 내지 81.5 wt% 의 철 바람직하게는 70.0 내지 80.0 wt% 의 철을 포함한다. 써멀 스프레이 분말(20)은 통상적으로 800 내지 1500 Hv₅₀ 의 미소 경도(微小硬度, microhardness)를 갖는다. 높은 경도는 내마모성 코팅(26)의 특출한 내마모성에 공헌하고, 미세한 구조는 강인함을 향상시켜준다. 써멀 스프레이 분말(20)의 미소 경도는 탄소의 양이 증가함에 따라 증가한다.

일 실시예에서 써멀 스프레이 분말(20)은 3.8 wt% 의 탄소, 13.0 wt%의 크롬, 2.5 wt% 의 텅스텐, 4.0-6.0 wt% 의 바나듐, 1.5 wt% 의 몰리브덴, 0.2 wt% 의 산소, 70.0 내지 80.0 wt% 의 철 및, 2.0 wt% 를 넘지 않는 양의 불순물을 포함한다.

예시적인 실시예의 써멀 스프레이 분말(20)은 약 1235 ℃(2255 ℉) 의 용융점을 가지며, 이 온도에서 써멀 스프레이 분말(20)은 완전히 용융이 될 것이다. 그러나 써멀 스프레이 분말(20)의 용융점은 탄소 함량 및 합금 원소 함량에 따라 약간씩 변화할 것이다. 그러나 써멀 스프레이 분말(20)은 1150 ℃ 의 낮은 온도에서 일부의 액체 상태를 포함할 수 있다. 용융점이 낮으면, 높은 용융점을 갖는 써멀 스프레이 재료들에 비해 써멀 스프레이 프로세스 중에 몇 가지 장점들이 있다. 코팅이 될 몸체(24)의 외측면(22)에 써멀 스프레이 분말(20)을 입히기 위한 에너지가 적게 소요된다. 써멀 스프레이 분말(20)이 좀 더 낮은 온도에서 스프레이 될 수 있으며, 이로써 스프레이 프로세스 중에, 코팅되는 몸체(24)에 열의 유입량이 작아질 수 있고, 제조 장비의 마모가 적어질 수 있고, 내마모성 코팅(26) 내의 다공성(porosity)이 적어질 수 있고, 써멀 스프레이 분말(20)의 산화가 적어질 수 있다. 또한 낮은 용융점은 콜드 스프레잉 기법(cold spraying technique)을 활용할 수 있는 기회를 부여해준다.

써멀 스프레이 분말(20)은 용융된 철 기반 합금(melted iron based alloy)을 물(water) 또는 가스 아토마이징함으로써 만들어진다. 물 아토마이제이션(water atomization)을 이용하여 써멀 스프레이 분말(20)를 만드는 예시적인 프로세스가 도 5에 도시되어 있다. 그러나 물 아토마이제이션 단계는 가스 아토마이제이션 단계로 대체될 수 있다. 일 실시예에서, 아토마이제이션 전에 제공된 철 기반 합금은 3.0 내지 7.0 wt% 의 탄소, 10.0 내지 25.0 wt% 의 크롬, 1.0 내지 5.0 wt% 의 텅스텐, 3.5 내지 7.0 wt% 의 바나듐, 1.0 내지 5.0 wt% 의 몰리브덴 및, 적어도 40.0 wt% 의 철을 포함한다. 철 기반 합금은 통상적으로, 탄소, 크롬, 텅스텐, 바나듐, 몰리브덴 및 철을 포함하는 예비합금으로서 제공된다. 또한 철 기반 합금은 낮은 산소 함량을 가지는데 바람직하게는 0.5 wt% 이하의 산소 함량을 갖는다. 철 기반 합금의 탄소 함량은 용융 및 아토마이징 단계들 중에 합금이 산화되는 것을 방지하기에 충분하다.

일단 철 기반 합금이 용융되면, 이것은 물 아토마이저(water atomizer) 또는 가스 아토마이저로 공급된다. 철 기반 합금의 높은 탄소 함량은 용융된 철 기반 합금 내에 산소가 용해되는 것을 감소시킨다. 용융된 철 기반 합금 내의 산소 레벨을 고갈시키는 것은 용융 및 아토마이징 단계들 중에 탄화물 형성 원소들이 산화되는 것을 막아주는 잇점이 있다. 비교적 높은 탄소 함량은, 아토마이징 단계 중에 탄화물들이 석출되는, 써멀 스프레이 분말(20)의 매트릭스(matrix) 내에 오스테나이트 또는 마르텐사이트가 형성될 수 있게 해준다. 철 기반 합금 내의 탄화물 형성 합금 원소들의 양이 증가하면, 아토마이징 단계 중에 매트릭스 내에 형성되는 탄화물들의 양이 증가할 수 있다.

아토마이저 내에서, 용융된 철 기반 합금의 스트림(stream)은 고압의 물 또는 가스 흐름에 의해 충격을 받으며, 이 고압의 물 또는 가스 흐름은 용융된 철 기반 합금 스트림을 분산시키고 완전히 합금된 금속 액적들(fully alloyed metal droplets)로 급격히 고형화시킨다. 가스 아토마이제이션은 통상적으로 둥근 형태의 입자들을 생성하며, 물 아토마이제이션은 통상적으로 불규칙한 형태의 입자들을 생성한다. 바람직하게는 각각의 액적들이 적어도 3.0 wt% 의 탄소, 10.0 내지 25.0 wt% 의 크롬, 1.0 내지 5.0 wt% 의 텅스텐, 3.5 내지 7.0 wt% 의 바나듐, 1.0 내지 5.0 wt% 의 몰리브덴 및 적어도 40.0 wt% 의 철을 포함하는, 완전히 합금된 금속 용융 집단의 화학적 성분을 가지는 것이다. 또한 각각의 액적들이 균일한 탄화물들의 분포를 포함하는 것이 바람직하다. 액적들의 주요 원소들은 분말의 높은 탄소 함량에 의해, 용융 및 아토마이징 단계들 중에 산화되는 것으로부터 보호된다. 높은 탄소 함량 및 낮은 산소 함량은 또한 아토마이징 단계 중에 산화되는 것을 억제한다. 그러나 액적들의 외측면은, 물이나 보호가 안된 분위기에 노출됨으로 인해 산화가 될 수 있다. 일부 성질들 예컨대 양호한 유동성, 겉보기 밀도 및 낮은 산소 함량과 같은 성질들은, 물 아토마이제이션에 비해 가스 아토마이제이션을 사용함으로써 향상될 수 있다.

그 다음, 아토마이징 된 액적들은 건조기를 통과하여 그라인더(grinder) 내로 들어가고, 아토마이징된 재료는 그 곳에서 기계적으로 그라인딩되거나 으깨진 다음에 채질로 걸려지게 된다. 액적들의 단단하고 매우 미세한 나노구조때문에 그라인딩이 더욱 쉽게 이루어진다. 볼 밀(ball mill) 또는 여타의 기계적 사이즈 감소 장치(size reducing device)가 사용될 수도 있다. 또한 액적들은 그라인딩이 되기전에 어닐링(annealing)이 될 수 있다. 그러나 액적들을 그라인딩하기 전에 어닐링 단계가 요구되는 것은 아니며, 통상적으로 어닐링 단계가 수행되지 않는다. 만일 아토마이제이션 단계 중에 아토마이징된 액적들에 외측 산화 피막이 형성되면, 기계적 그라인딩 작업이 이 외측 산화 피막을 파열시키고 이 외측 산화 피막을 액적 재료로부터 분리시킨다. 그 다음, 그라인딩된 액적들은 도 5에 도시된 바와 같이 산화 피막으로부터 분리되어, 아토마이징된 써멀 스프레이 분말(20)과 산화 입자들(oxide particles)(30)이 생성된다. 가스 아토마이제이션이 사용되는 경우와 같이 어떤 경우에 있어서는 외측 산화 피막은 극소량으로서 제거되지 않더라도 허용이 될 수 있다. 그러나 기계적 그라인딩 단계는 액적들을 파열시키고 액적들의 사이즈를 줄이기 위해 여전히 사용될 수 있다. 써멀 스프레이 분말(20)은 사이즈, 형상 및, 통상 분말 금속과 연관된 여타 특성들에 따라 더 분류될 수 있다. 그 후 써멀 스프레이 분말(20)은 피스톤 또는 피스톤링과 같은 내마모성 컴포넌트(28, 128, 228)를 만드는 데 사용될 수 있다.

도 1은 써멀 스프레이 분말(20)을 포함하는 내마모성 컴포넌트(28)의 예를 보여주는 도면이다. 도 1에서 내마모성 컴포넌트(28)는, 외측면(22)있는 몸체(24), 구체적으로는 스커트(skirt)를 포함하는 하나의 피스톤이다. 써멀 스프레이 분말(20)은 써멀 스프레잉 기법에 의해 몸체(24)의 외측면(22)에 입혀져, 외측면(22) 상에 내마모성 코팅을 형성한다. 이 내마모성 코팅은 통상적으로 미소 경도 800 내지 1500 Hv₅₀ 을 갖는다. 도 2는 써멀 스프레이 분말(20)을 포함하는 내마모성 컴포넌트(128)의 다른 예를 보여주는 도면이다. 상기 내마모성 컴포넌트(128)는 몸체(124), 구체적으로는 코팅되지 않은 피스톤링을 포함하고 있으며, 중심 축선 A를 빙 둘러싸는 내측면(136) 및 상기 내측면(136)의 반대쪽을 향하는 외측면(122)을 지니고 있다. 써멀 스프레이 분말(20)은 써멀 스프레잉 기법에 의해 외측면(122)에 입혀져, 외측면(122) 상에 내마모성 코팅을 형성한다.

써멀 스프레이 분말(20)은 또한 여타 컴포넌트들(미 도시)에 내마모성 코팅을 형성하는 데 사용될 수 있는데, 예를 들면 터빈 블레이드들, 전동 부품들, 배기 시스템 컴포넌트들, 크랑크샤프트들, 여타의 자동차 컴포너트들, 펄프 및 페이퍼 롤러들, 오일 및 석유화학 시추 컴포넌트들, 골프 클럽들 및 외과용 도구들에 내마모성 코팅을 형성하는 데 사용될 수 있다.

도 4는 내마모성 컴포넌트(228), 구체적으로는 피스톤링의 또 다른 예를 보여주는 도면인데, 여기서 내마모성 컴포넌트(228)는 전체적으로 써멀 스프레이 분말(20)로 이루어진다. 이 내마모성 컴포넌트(228)는, 중심 축선 A를 빙 둘러싸는 내측면(236) 및 상기 내측면(236)의 반대쪽을 향하는 외측면(222)을 지니고 있다. 이 내마모성 컴포넌트(228)는 스프레이 성형 파트(spray-formed part)로 칭해진다. 이 스프레이 성형 파트는 통상적으로 미소 경도 800 내지 1500 Hv₅₀ 을 갖는다.

내마모성 컴포넌트(28, 128, 228)를 만드는 데는 다양한 써멀 스프레이 기법들이 사용될 수 있다. 통상적인 4가지 써멀 스프레잉 기법들로는 연소(combustion), 전기방전(electrical discharge), 콜드 스프레잉(cold spraying) 및 레이저가 있다. 각각의 써멀 스프레이 기법은, 몸체(24, 124)의 외측면(22, 122) 상에 내마모성 코팅을 형성하기 위해 또는 기판(238) 상에 스프레이 성형 파트(spray-formed part)를 형상하기 위해 써멀 스프레이 분말(20)을 스프레이하는 단계를 포함한다. 상기 스프레이하는 단계는, 써멀 스프레이 분말(20)를 고속으로 가속시키는 단계를 포함하는데, 이 속도는 초음속에까지 이를 수 있다. 일단 써멀 스프레이 분말(20)이 고속으로 스프레이되어 코팅 또는 스프레이 성형 파트를 형성하면, 이는 써멀 스프레이된 분말(thermal-sprayed powder) 또는 써멀 스프레이된 코팅(thermal-sprayed coating)으로 칭해질 수 있다. 상기 연소, 전기방전 및 레이저 기법들은, 용융된 분말을 스프레이하기 전에 써멀 스프레이 분말(20)을 용용하는 단계를 포함한다. 이들 기법들은 써멀 스프레이 분말(20)을 가열하는 단계를 포함하고, 써멀 스프레이 분말(20)이 가열되면서 이 가열된 써멀 스프레이 분말(20)을 몸체(24, 124)의 외측면(22, 122)으로 또는 기판(238) 상으로 가속시키는 단계를 포함한다.

연소 기법의 한 예는, 분말 플레임 스프레잉(powder flame spraying) 또는 와이어 플레임 스프레잉(wire flame spraying)과 같은 플레임 스프레잉을 포함한다. 연소 기법의 또 다른 예로는 고속 산소 연료 스프레잉(high velocity oxygen fuel spraying, HVOF)이 있는데, 이는 산소 및, 가스상태의 연료들(HVOF-G) 또는 액체 연료들(HVOF-K)을 수반한다.

전기방전 기법은 플라즈마 스프레잉(plasma spraying) 또는 와이어 아크 스프레잉(wire arc spraying)을 포함할 수 있다. 플라즈마 스프레잉은 통상적으로 불활성가스(inert gas)(IPS), 진공(VPS) 상태에서 수행되거나 또는 써멀 스프레이 분말(20)을 플라즈마 제트(plasma jet) 속에 분사하기 전에 써멀 스프레이 분말(20)을 액체 현탁액 내에 분산시키는 것(SPS)에 의해 수행된다. 또한 플라즈마 스프레잉은 대기 플라즈마 스프레잉(atmospherical plasma spraying, APS), 고압 플라즈마 스프레잉(high pressure plasma spraying, HPPS), 수 안정화된 플라즈마 스프레잉(water-stabilized plasma spraying, WSPS), 반응 플라즈마 스프레잉(reactive plasma spraying, RPS) 또는 수중 플라즈마 스프레잉(underwater plasma spraying, UPS)을 포함할 수 있다. 플라즈마 스프레잉 프로세스에서 만일 질소가 불활성가스로 사용되면, 바나듐 카보나이트라이드들(vanadium carbonitrides)을 형성하여 경도 및 내마모성을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가진다. 이러한 잠재력은 스프레잉 프로세스 전에 써멀 스프레이 분말(20)의 화학적 성질 및 파라미터들을 프로세싱함으로써 컨트롤될 수 있다.

가장 바람직한 써멀 스프레잉 기법들로는 분말 플레임 스프레잉, 플라즈마 스프레잉, 콜드 스프레잉 및 고속 산소 연료 스프레잉(HVOF)이 있다. 도 1, 도 2 및 도 4는 HVOF 프로세스에서의 한 단계를 보여주는데, 여기서 HVOF 챔버 건(chamber gun)이 써멀 스프레이 분말(20)을 몸체(24, 124)의 외측면(22, 122) 또는 기판(238) 상에 스프레이한다. HVOF 챔버 건은, 노즐(34)과 유체소통하는 가압된 연소 챔버(32)를 포함한다. 연소 챔버(32)에는 아세틸렌, 수소, 프로판 또는 프로필렌과 같은 연료 및 산소와 같은 캐리어 가스 혼합물(mixture of carrier gas)이 들어 있다. 이 혼합물은 점화되어 고압 플레임을 발생시키고 연소 챔버 내에 압력을 생성한다. 이 플레임은 노즐(34)을 통해 형성되어, 캐리어 가스를 초음속에까지 달할 수 있는 고속으로 가속시킨다. 그리고 써멀 스프레이 분말(20)이 축방향으로 고압 연소 챔버(32) 속으로 공급되거나, 직접적으로 노즐(34)의 측면을 통해 공급된다. 캐리어 가스는 써멀 스프레이 분말(20)을 HVOF 챔버 건 바깥으로 고속으로 가속시킨다.

도 1 및 도 2의 실시예들에서 써멀 스프레이 분말(20)은 몸체(24, 124)의 외측면(22, 122)에 입혀져 내마모성 코팅을 형성한다. 도 3은 도 2의 몸체(124)에 입혀진 내마모성 코팅의 두께 t를 보여준다. 이 두께는 사용된 써멀 스프레이 기법, 몸체(124)의 디자인 및 내마모성 컴포넌트(28)의 적용분야에 다라 달라진다. 일 실시예에서 내마모성 코팅의 두께는 20 내지 200 마이크론이다.

내마모성 컴포넌트(28)를 형성하는 방법은 선택적으로 스프레잉 후 열처리(post-spraying heat treatment)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 이 방법은, 써멀 스프레이 분말(20)이 몸체(24, 124)에 입혀진 후, 또는 스프레이 성형 파트로 형성된 후에 써멀 스프레이 분말(20)을 어닐링(annealing)하는 단계를 포함한다. 어닐링 또는 여타의 열처리 단계는 써멀 스프레이 분말(20)의 미세 구조를 좀 더 굵게 변형시킬 수 있다. 예컨대 금속 탄화물들의 직경이 1 내지 400 나노미터 대신에 적어도 1 마이크론이 될 수 있다.

본 발명의 다른 양상은 내마모성 컴포넌트(228)를 만드는 방법을 제공하는데, 여기서 내마모성 컴포넌트(228)는 도 4의 피스톤링과 같이 써멀 스프레이 분말(20)로 이루어진 스프레이 성형 파트이다. 이 스프레이 성형 파트는, 기판(238) 위에 500 밀리미터에 달하는 두께까지 써멀 스프레이 분말(20)을 스프레이함으로써 만들어진다. 스프레이 성형 프로세스는 니어넷 형상 프로세스(near-net-shape process)로서, 에이에스엠 핸드북(ASM Handbook) 볼륨 7에 기술된 바와 같이 움직이는 기판 상에 분말의 스프레이를 포획하는 단계를 포함한다. 이러한 프로세스는 98 %를 초과하는 밀도, 미세 동방조직(fine equiaxed grains), 매크로 편석(macroscopic segregation)의 부재, 전입자경계구조(prior particle boundaries)의 부재, 증진된 기계적 성질, 재료/합금 유연성(material/ alloying flexibility) 및 초당 2 kg을 넘는 고율의 증착을 포함하여 여러가지 장점들을 제공해준다.

또한 써멀 스프레이 분말(20)이 내구성 코팅이나 스프레이 성형 파트인 내마모성 컴포넌트(28, 128, 228)를 형성하기 위해 여타의 분말들과 공동 스프레이(co-sprayed), 즉 함께 스프레이 될 수 있다. 본 발명의 써멀 스프레이 분말(20)과 공동 스프레이될 수 있는 여타의 분말의 예는 인터메탈릭스(intermetallics), 여타 하드페이스(hard phases) 및 금속의 합금들을 포함한다. 공동 스프레이되는 분말들을 포함하는 내마모성 코팅(26) 및 스프레이 성형 파트들은, 써멀 스프레이 분말(20) 단독에 의해 제공되는 미세구조와는 다른 광범위힌 미세구조들을 제공해준다.

상술한 실시예들에 대해 기술된 내용은 설명을 위한 것으로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 여기서 개시된 실시예들에 대한 변형들 및 수정들이 당업자들에 의해 이루어질 수 있을 것이며, 이들 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

Claims

써멀 스프레이 기법(thermal spray technique)에서 사용하기 위한 분말 금속 재료(powder metal material)로서, 분말 금속 재료 전체 중량을 기준으로 하여 3.0 내지 7.0 wt% 의 탄소, 10.0 내지 25.0 wt% 의 크롬, 1.0 내지 5.0 wt% 의 텅스텐, 3.5 내지 7.0 wt% 의 바나듐, 1.0 내지 5.0 wt% 의 몰리브덴, 0.5 wt% 이하의 산소 및, 적어도 40.0 wt% 의 철(iron)을 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 금속 재료.
제1항에 있어서,
3.5 내지 4.0 wt% 의 탄소, 11.0 내지 15.0 wt% 의 크롬, 1.5 내지 3.5 wt% 의 텅스텐, 4.0 내지 6.5 wt% 의 바나듐, 1.0 내지 3.0 wt% 의 몰리브덴, 0.3 wt% 이하의 산소 및, 50.0 내지 81.5 wt% 의 철을 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 금속 재료.
제2항에 있어서,
3.8 wt% 의 탄소, 13.0 wt% 의 크롬, 2.5 wt% 의 텅스텐, 6.0 wt% 의 바나듐, 1.5 wt% 의 몰리브덴, 0.2 wt% 의 산소, 70.0 내지 80.0 wt% 의 철 및, 2.0 wt% 를 넘지 않는 불순물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 분말 금속 재료.
제1항에 있어서,
코발트(cobalt), 니오븀(niobium), 티타늄(titanium), 망간, 황, 실리콘, 인, 지르코늄(zirconium) 및 탄탈룸(tantalum) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 금속 재료.
제1항에 있어서,
분말 금속 재료 전체 체적을 기준으로 하여 적어도 15.0 vol% 에 상당하는 양의 금속 탄화물들(metal carbides)을 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 금속 재료.
제5항에 있어서,
상기 금속 탄화물들은, M₈C₇, M₇C₃, M₆C 로 이루어진 군에서 선정되며, 여기서 M은 적어도 하나의 금속 원자이고 C는 탄소인 것을 특징으로 하는 분말 금속 재료.
제6항에 있어서,
상기 M₈C₇ 은 (V₆₃Fe₃₇)₈C₇ 이고, 상기 M₇C₃ 는 (Cr₃₄Fe₆₆)₇C₃, Cr_3.5Fe_3.5C₃및 Cr₄Fe₃C₃ 로 이루어진 군에서 선정되고, 상기 M₆C 는 Mo₃Fe₃C, Mo₂Fe₄C, W₃Fe₃C 및 W₂Fe₄C 로 이루어진 군에서 선정되는 것을 특징으로 하는 분말 금속 재료.
써멀 스프레이 기법에서 사용하기 위한 분말 금속을 만드는 방법으로서, 상기 방법은,
용융된 철 기반 합금(melted iron based alloy)의 전체 중량을 기준으로 하여 3.0 내지 7.0 wt% 의 탄소, 10.0 내지 25.0 wt% 의 크롬, 1.0 내지 5.0 wt% 의 텅스텐, 3.5 내지 7.0 wt% 의 바나듐, 1.0 내지 5.0 wt% 의 몰리브덴, 0.5 wt% 이하의 산소 및, 적어도 40.0 wt% 의 철을 포함하는 용융된 철 기반 합금을 제공하는 단계; 및
철 기반 합금의 아토마이징된 액적들(atomized droplets)을 제공하기 위해, 상기 용융된 철 기반 합금을 아토마이징(atomizing)하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 아토마이징된 액적들을 그라인딩(grinding) 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서,
상기 아토마이징하는 단계는, 철 기반 합금의 전체 체적을 기준으로 하여 적어도 15.0 vol% 에 상당하는 양의 금속 탄화물들(metal carbides)을 철 기반 합금 내에 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제10항에 있어서,
상기 금속 탄화물들은, M₈C₇, M₇C₃, M₆C 로 이루어진 군에서 선정되며, 여기서 M은 적어도 하나의 금속 원자이고 C는 탄소인 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서,
상기 M₈C₇ 은 (V₆₃Fe₃₇)₈C₇ 이고, 상기 M₇C₃ 는 (Cr₃₄Fe₆₆)₇C₃, Cr_3.5Fe_3.5C₃및 Cr₄Fe₃C₃ 로 이루어진 군에서 선정되고, 상기 M₆C 는 Mo₃Fe₃C, Mo₂Fe₄C, W₃Fe₃C 및 W₂Fe₄C 로 이루어진 군에서 선정되는 것을 특징으로 하는 방법.
내마모성 컴포넌트(wear resistant component)로서,
상기 내마모성 컴포넌트는 써멀 스프레이되는 분말 금속 재료(thermal-sprayed powder metal material)를 포함하며,
상기 써멀 스프레이되는 분말 금속 재료는, 써멀 스프레이되는 분말 금속 재료의 전체 중량을 기준으로 하여 3.0 내지 7.0 wt% 의 탄소, 10.0 내지 25.0 wt% 의 크롬, 1.0 내지 5.0 wt% 의 텅스텐, 3.5 내지 7.0 wt% 의 바나듐, 1.0 내지 5.0 wt% 의 몰리브덴, 0.5 wt% 이하의 산소 및, 적어도 40.0 wt% 의 철을 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성 컴포넌트.
제13항에 있어서,
외측면(outer surface)을 지닌 몸체(body)를 더 포함하며,
상기 써멀 스프레이되는 분말 금속 재료는 상기 외측면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 내마모성 컴포넌트.
제14항에 있어서,
상기 몸체는, 중심 축선을 둘러싸는 내측면 및 상기 내측면의 반대쪽을 향하는 외측면이 있는 피스톤링(piston ring)이며, 상기 써멀 스프레이되는 분말 금속 재료는 상기 외측면 상에 코팅(coating)을 형성하는 것을 특징으로 하는 내마모성 컴포넌트.
제14항에 있어서,
상기 몸체는, 외측면이 있는 피스톤이며, 상기 써멀 스프레이되는 분말 금속 재료는 상기 외측면 상에 코팅을 형성하는 것을 특징으로 하는 내마모성 컴포넌트.
제13항에 있어서,
상기 내마모성 컴포넌트는 상기 써멀 스프레이되는 분말 금속 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내마모성 컴포넌트.
제17항에 있어서,
상기 내마모성 컴포넌트는 피스톤링인 것을 특징으로 하는 내마모성 컴포넌트.
제13항에 있어서,
상기 써멀 스프레이되는 분말 금속 재료와 혼합된 제2 분말 금속 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성 컴포넌트.
내마모성 컴포넌트를 만드는 방법으로서,
상기 방법은 분말 금속 재료를 스프레이하는 단계를 포함하며,
상기 분말 금속 재료는, 분말 금속 구성물의 전체 중량을 기준으로 하여 3.0 내지 7.0 wt% 의 탄소, 10.0 내지 25.0 wt% 의 크롬, 1.0 내지 5.0 wt% 의 텅스텐, 3.5 내지 7.0 wt% 의 바나듐, 1.0 내지 5.0 wt% 의 몰리브덴, 0.5 wt% 이하의 산소 및, 적어도 40.0 wt% 의 철을 포함하는 것을 특징으로 하는, 내마모성 컴포넌트를 만드는 방법.
제20항에 있어서,
상기 스프레이하는 단계는, 분말 플레임 스프레잉(powder flame spraying), 플라즈마 스프레잉(plasma spraying), 콜드 스프레잉(cold spraying) 및 고속 산소 연료 스프레잉(high velocity oxygen fuel spraying, HVOF)으로 이루어진 군에서 선정된 써멀 스프레이 기법인 것을 특징으로 하는 방법.
제20항에 있어서,
상기 스프레이하는 단계 이전에 상기 분말 금속 재료를 가열하는 단계를 포함하며, 상기 분말 금속 재료는 스프레이하는 단계 중에 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
제20항에 있어서,
상기 써멀 스프레이 기법은,
연료 및 산소 혼합물을 포함하는 연소 챔버(combustion chamber)를 제공하는 단계;
상기 연료 및 산소 혼합물을 점화시키는 단계; 및
상기 점화시키는 단계 이후에, 상기 분말 금속 재료를 가속시키기 위해 상기 분말 금속 재료를 상기 연소 챔버 속으로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제23항에 있어서,
상기 점화시키는 단계는, 상기 연소 챔버 내에 압력을 생성시키는 단계와, 상기 분말 금속 재료를 초음속에까지 달하는 속도로 가속시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제20항에 있어서,
몸체를 제공하는 단계를 포함하며,
상기 스프레이하는 단계는, 상기 몸체에 분말 금속 재료를 스프레이하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제20항에 있어서,
상기 스프레이하는 단계는 내마모성 컴포넌트를 형성하며, 상기 내마모성 컴포넌트는, 중심 축선을 둘러싸는 내측면 및 상기 내측면의 반대쪽을 향하는 외측면이 있는 피스톤링인 것을 특징으로 하는 방법.