KR20160054906A - Hybrid type low friction materials mixed plating layer and dimple and automotive engine with the same - Google Patents

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KR20160054906A
KR20160054906A KR1020140154510A KR20140154510A KR20160054906A KR 20160054906 A KR20160054906 A KR 20160054906A KR 1020140154510 A KR1020140154510 A KR 1020140154510A KR 20140154510 A KR20140154510 A KR 20140154510A KR 20160054906 A KR20160054906 A KR 20160054906A
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Abstract

The present invention relates to a plating and dimple mixed hybrid type low friction material, and a vehicle engine comprising the same. A plating layer having an excellent low-friction characteristic is formed by an electroplating method, and a low-friction dimple pattern is complexly formed in an area where the plating layer is formed in order to maximize a low-friction effect. Therefore, the present invention comprises: a base material; the plating layer formed by the electroplating method on a surface of the base material to reduce friction generated by surface contact; and a plurality of dimples formed on the plating layer to significantly reduce the friction generated by the surface contact.

Description

도금 및 딤플이 복합된 하이브리드 타입 저마찰 부재 및 이를 구비한 자동차 엔진{HYBRID TYPE LOW FRICTION MATERIALS MIXED PLATING LAYER AND DIMPLE AND AUTOMOTIVE ENGINE WITH THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a hybrid type low friction member having a combination of a plating and a dimple, and an automobile engine having the hybrid type low friction member,

본 발명은 자동차 엔진용 저마찰 부재에 관한 것으로, 특히 전기도금에 의해 우수한 저마찰 특성을 갖는 도금층을 먼저 형성한 후, 그 도금층이 형성된 영역에 저마찰용 딤플 패턴을 복합적으로 형성시켜 저마찰 효과를 극대화한 도금 및 딤플이 복합된 하이브리드 타입 저마찰 부재 및 이를 구비한 자동차 엔진에 관한 것이다.
The present invention relates to a low-friction member for an automobile engine. More particularly, the present invention relates to a low-friction member for an automobile engine, in which a plating layer having excellent low friction characteristics is first formed by electroplating and then a low friction dimple pattern is formed in a multi- The present invention relates to a hybrid type low friction member having a combination of a plating and a dimple.

자동차 산업에서 많은 기관 부품들의 마찰학적인 특성은 에너지를 절감을 비롯하여 보수 유지, 부품 교환 및 파손에 의한 비용 절감, 수명 연장에 의한 투자비 절감, 마찰의 감소에 의한 에너지 절감 등에 매우 중요하다. 특히, 마찰학적인 특성에서 마모와 마찰 거동은 서로 접촉되는 표면 형태가 상당한 영향을 끼친다. 윤활 상태에서의 미끄럼 접촉의 경우에는 마찰학적인 특성이 작은 딤플 모양과 같은 표면 요철의 형성으로 향상되어 질 수 있다. 이 요철들은 윤활제 저장소와 윤활제가 밖으로 세는 것을 방지하는 역할을 한다. 게다가, 마모 입자를 접촉면으로부터 제거하며, 구조 안쪽으로 모을 수 있기 때문에 마모 입자에 의한 추가적인 마모를 방지할 수 있다. In the automobile industry, the friction characteristics of many engine parts are very important for energy saving, maintenance cost, cost reduction due to parts exchange and breakage, reduction of investment cost by extending life, and energy saving by reducing friction. In particular, wear and friction behavior in the frictional properties have a considerable influence on the surface morphology in contact with each other. In the case of sliding contact in the lubricated state, the frictional characteristic can be improved by the formation of surface irregularities such as a dimple shape. These irregularities serve to prevent the lubricant reservoir and lubricant from leaking out. In addition, the abrasive particles can be removed from the contact surface and can be collected inside the structure, thereby preventing further wear from being caused by abrasive particles.

따라서 최근에는 엔진부품의 마찰저항으로 인하여 발생하는 에너지 손실을 줄여 줌으로써 연비향상과 동력 기계 부품에서 마찰에 의한 에너지 손실을 절감하기 위한 연구가 여러 가지 방법으로 이루어지고 있으며, 이 중에서도 특히 표면 텍스처링에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Therefore, in recent years, various studies have been conducted to reduce fuel consumption and energy loss due to friction in power machine parts by reducing energy loss due to frictional resistance of engine parts. Among these methods, Research is actively underway.

표면 텍스처링 기술은 윤활제를 매개로 상대 운동을 하는 두 표면 사이의 윤활 특성을 개선할 것을 목적으로 두 표면 중 적어도 한 표면에 딤플이나 그루브 같은 요철을 다수로 가공하는 것을 말한다. 표면의 요철은 마모 입자 트래핑(Trapping)으로 윤활제 저장, 유체 역학적(Hydrodynamic) 압력 발생을 촉진한다.Surface texturing technology refers to machining multiple dimples or grooves on at least one surface of two surfaces in order to improve the lubrication characteristics between two surfaces that perform relative motion through a lubricant. Surface irregularities promote wear particle trapping, lubricant storage, and hydrodynamic pressure generation.

특히, 레이저 표면 텍스처링은 주로 딤플 형태로 패턴을 만들며, 다른 텍스처링 방법과 비교하였을 때 공정 시간이 극히 빠르고 레이저의 변수(펄스 에너지, 펄스 수)를 이용하여 딤플의 모양이나 크기를 조절할 수 있는데, 레이저 표면 텍스처링에 대한 연구 동향을 살펴보면, 독일의 S. Schreck 등은 Nd:YAG laser를 이용하여 Al2O3와 100Cr6 강에 채널과 딤플 형태의 텍스처링을 하고 윤활 하에서 그 밀도에 따라 마찰이 저감 되는 것을 연구하였으며, 이스라엘의 Izhak Etsion은 내연 기관 중 실린더와 직접적으로 닿는 부분인 실린더 링에 레이저 표면 텍스처링을 이용하여 부분적인 패턴이 전체 패터닝보다 개선됨을 실험적으로 확인하였다. 또한, 미국 Argonne 연구소의 Kovalchenko는 Laser Surface Texturing (이하 LST)을 이용한 딤플밀도와 윤활제의 점도에 따른 마찰 계수와 볼의 wear scar를 근거로 딤플이 있을 경우, 볼의 마모율은 높았지만 초기의 접촉보다 접촉 면적이 늘어나 윤활상태 일 경우 경계윤활에서 혼합 윤활 영역으로의 전이가 빨리 일어나서 마찰계수가 감소한다는 것을 제시하였다. In particular, laser surface texturing is mainly used to make patterns in the form of dimples. When compared with other texturing methods, the processing time is extremely fast and the shape and size of the dimples can be controlled by using laser parameters (pulse energy, pulse number) Looking at the research trends in surface texturing, Germany S. Schreck et Nd: texturing of the channel and form dimples for 100Cr 6 steel and Al 2 O 3 by using a YAG laser, and that the friction reduction in accordance with the density under lubrication And Izhak Etsion of Israel experimentally confirmed that the partial pattern was improved over the entire patterning by using laser surface texturing in the cylinder ring which is the direct contact with the cylinder of the internal combustion engine. In addition, Kovalchenko of the Argonne Institute in the USA found that the wear rate of the balls was high when the dimples were based on the dimple density using Laser Surface Texturing (LST), the friction coefficient according to the viscosity of the lubricant and the wear scar of the ball, The contact area increased and the transition from boundary lubrication to the mixed lubrication region occurs rapidly in the lubricated state, suggesting that the friction coefficient decreases.

그러나, 상기와 같은 연구에 의하더라도 레이저 표면 텍스처링 기술을 통한 저마찰 효과만으로는 충분치 않은 관계로 저마찰 효과를 보다 향상시킨 새로운 형태의 저마찰 부재를 개발하는 것이 절실하였다.
However, even in the above-mentioned study, it is urgent to develop a new type of low friction member which improves the low friction effect due to insufficient low friction effect through the laser surface texturing technique.

한국공개특허공보 제2014-0088299호(2014.07.10)Korean Published Patent Application No. 2014-0088299 (Apr.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 전기도금에 의해 우수한 저마찰 특성을 갖는 도금층을 먼저 형성한 후, 그 도금층이 형성된 영역에 저마찰용 딤플 패턴을 복합적으로 형성시켜 저마찰 효과를 극대화한 도금 및 딤플이 복합된 하이브리드 타입 저마찰 부재 및 이를 구비한 자동차 엔진을 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an electro- The present invention also provides a hybrid type low friction member in which a dimple pattern is combined with a plating and a dimple to maximize a low friction effect, and an automobile engine having the hybrid type low friction member.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 하이브리드 타입 저마찰 부재는, 모재와; 표면접촉으로 일어나는 마찰을 줄이기 위해 상기 모재 표면에 전기도금에 의해 형성된 도금층과; 표면접촉으로 일어나는 마찰을 더욱 줄일 수 있도록 상기 도금층에 형성된 다수의 딤플을 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다. To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described herein, there is provided a hybrid type low friction member comprising: a base material; A plating layer formed on the surface of the base material by electroplating to reduce friction caused by surface contact; And a plurality of dimples formed on the plating layer so as to further reduce friction caused by surface contact.

여기서, 상기 딤플은 상기 도금층이 형성된 이후에 상기 도금층이 형성된 영역에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the dimples may be formed in a region where the plating layer is formed after the plating layer is formed.

또한, 상기 딤플은 상기 도금층의 두께를 초과하지 않는 깊이로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.The dimples may be formed to a depth not exceeding the thickness of the plating layer.

또한, 상기 도금층의 두께는 1.0mm 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.The thickness of the plating layer may be 1.0 mm or less.

또한, 상기 도금층은 Ni-SiC를 소재로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.The plating layer may be Ni-SiC.

또한, 상기 도금층의 형성을 위한 전기도금시 전해질 용액에 초음파를 가하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, ultrasonic waves may be applied to the electrolyte solution during electroplating for forming the plating layer.

또한, 상기 초음파는 150 내지 250W 전력 범위 내에서 30 내지 58kHz 주파수 범위로 가해지는 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the ultrasonic wave may be applied in a frequency range of 30 to 58 kHz within a power range of 150 to 250 W.

또한, 상기 전기도금은 펄스 전류(pulse current)를 인가하는 펄스 전기도금인 것을 특징으로 할 수 있다.The electroplating may be pulse electroplating to apply a pulse current.

또한, 상기 도금층은 Ni 소재로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.Further, the plating layer may be made of Ni material.

또한, 상기 딤플의 직경은 10 내지 400μm 범위 내에 속하는 것을 특징으로 할 수 있다.The diameter of the dimples may be in the range of 10 to 400 mu m.

또한, 서로 이웃한 딤플들의 간격은 120 내지 180μm 범위 내에 속하는 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the interval between adjacent dimples may be in the range of 120 to 180 mu m.

또한, 상기 딤플의 깊이는 상기 딤플 직경의 0.5 내지 1.5배 범위 내에 속하는 것을 특징으로 할 수 있다.The depth of the dimple may be in the range of 0.5 to 1.5 times the diameter of the dimple.

또한, 상기 딤플은 레이저 조사에 의해 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.The dimples may be formed by laser irradiation.

또한, 상기 딤플에는 베어링 특성을 갖도록 구형의 고체 윤활입자가 수용되는 것을 특징으로 할 수 있다.Further, the dimples may be characterized in that spherical solid lubricant particles are accommodated to have bearing characteristics.

또한, 상기 고체 윤활입자의 표면에는 액체 윤활제를 수용하기 위한 다수의 미세 오일포켓이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.Further, the surface of the solid lubricant particles may be provided with a plurality of fine oil pockets for receiving a liquid lubricant.

또한, 상기 고체 윤활입자의 표면에는 액체 윤활제가 도포된 것을 특징으로 할 수 있다.Further, the surface of the solid lubricant particle may be characterized by being coated with a liquid lubricant.

또한, 상기 딤플의 입구 폭은 상기 고체 윤활입자의 최대 직경보다 좁게 형성되어 상기 고체 윤활입자의 이탈을 방지하도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.
The inlet width of the dimples is formed to be narrower than the maximum diameter of the solid lubricant particles to prevent the solid lubricant particles from escaping.

본 발명에 의한 도금 및 딤플이 복합된 하이브리드 타입 저마찰 부재 및 이를 구비한 자동차 엔진은 전기도금에 의해 형성된 도금층과 딤플의 저마찰 특성이 복합적으로 작용하여 저마찰 특성이 극대화된 새로운 형태의 저마찰 부재를 구현할 수 있다. The hybrid type low friction member and the automobile engine having the composite of the plating and the dimple according to the present invention have a new type of low friction in which the low friction characteristics of the plating layer and the dimple formed by the electroplating act together, Member can be realized.

또한, 본 발명은 전기도금에 의한 도금층의 소재로 Ni-SiC를 적용함으로써 보다 우수한 저마찰 특성을 달성하다. Further, the present invention achieves more excellent low friction characteristics by applying Ni-SiC as a material of the plating layer by electroplating.

또한, 본 발명은 전기도금시 초음파를 가함으로써 보다 우수한 저마찰 특성을 달성한다.
Further, the present invention achieves better low friction characteristics by applying ultrasonic waves in electroplating.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 타입 저마찰 부재의 영감을 준 기술적 개념을 설명하기 위한 참조도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 도금 및 딤플이 복합된 하이브리드 타입 저마찰 부재의 구성을 설명하기 위한 종단면도
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 의한 도금 및 딤플이 복합된 하이브리드 타입 저마찰 부재를 제조방법을 설명하기 위한 일련의 참조도
도 4는 전기도금시 사용하는 전류 타입과 초음파 인가 여부에 따라 달라지는 Ni-SiC 도금층의 표면 형태를 나타낸 사진
도 5는 전기도금시 가해지는 초음파의 주파수별 비커스 미세경도를 비교한 그래프
도 6은 전기도금시 가해지는 초음파의 전력별 비커스 미세경도를 비교한 그래프
도 7은 전기도금시 전류 종류와 초음파 인가 여부에 따른 비커스 미세경도를 비교한 그래프
도 8은 전기도금시 사용되는 소재와 초음파 인가 여부에 따른 peak intensity를 살펴보기 위한 X-ray 회절 분석 그래프
도 9는 전기도금시 전류 종류와 초음파 인가 여부에 따른 도금층의 단면 형상 사진
도 10은 전기도금시 전류 종류와 초음파 인가 여부에 따른 비커스 미세경도 및 Ni의 결정입자 크기를 비교 분석한 그래프
도 11은 전기도금시 전류 종류와 초음파 인가 여부에 따른 마모도 및 마찰계수를 비교 분석한 사진 및 그래프
도 12는 전기도금시 전류 종류와 초음파 인가 여부에 따른 전기화학적 부식 정도를 측정하여 분석한 그래프
도 13은 전기도금에 의해 형성된 Ni-SiC 도금층에 이웃한 딤플들의 간격을 달리한 비교대상들 표면의 사진
도 14는 전기도금에 의해 형성된 Ni-SiC 도금층에 이웃한 딤플들의 간격을 달리한 비교대상들의 마찰계수를 측정한 그래프
도 15는 전기도금에 의해 형성된 Ni-SiC 도금층에 이웃한 딤플들의 간격을 달리한 비교대상들의 마모 트랙을 촬영한 사진
도 16은 전기도금에 의해 형성된 Ni-SiC 도금층에 이웃한 딤플들의 간격을 달리한 비교대상들의 마모 트랙을 촬영한 광학현미경 3D 사진
도 17은 전기도금에 의해 형성된 Ni-SiC 도금층에 이웃한 딤플들의 간격을 달리한 비교대상들과 마찰접촉한 카운터 볼의 마모 영역을 촬영한 사진
도 18은 전기도금에 의해 형성된 Ni-SiC 도금층에 이웃한 딤플들의 간격을 달리한 비교대상들과 마찰접촉한 카운터 볼의 마모 영역을 촬영한 광학현미경 3D 사진
도 19는 전기도금에 의해 형성된 Ni-SiC 도금층에 이웃한 딤플들의 간격을 달리한 비교대상들의 마모도를 비교한 그래프
도 20은 모재 자체가 Ni 소재로 이루어진 경우와, 모재 표면에 전기도금한 Ni 도금층과, 모재 표면에 전기도금한 Ni-SiC 도금층을 비교대상으로 하여 그 표면의 마모도를 살펴본 사진
도 21은 모재 자체가 Ni 소재로 이루어진 경우와, 모재 표면에 전기도금한 Ni 도금층과, 모재 표면에 전기도금한 Ni-SiC 도금층을 비교대상으로 하여 표면 마찰계수를 비교한 그래프
도 22는 본 발명의 변형실시예에 의한 하이브리드 타입 저마찰 부재의 구성을 설명하기 위한 단면도
도 23은 본 발명의 변형실시예에 의한 하이브리드 타입 저마찰 부재의 작용 및 동작을 설명하기 위한 참조단면도
도 24는 고체 윤활입자를 형성하기 위한 다양한 방법 중 분무건조방법에 의한 방법을 설명하기 위한 사진
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining an inspired technical concept of a hybrid type low friction member according to an embodiment of the present invention; FIG.
2 is a longitudinal sectional view for explaining a configuration of a hybrid type low friction member in which a plating and a dimple are combined according to an embodiment of the present invention
FIGS. 3A to 3D are a series of ref- erence drawings for explaining a method of manufacturing a hybrid type low-friction member in which plating and dimples are combined according to an embodiment of the present invention
Fig. 4 is a photograph showing the surface morphology of the Ni-SiC plated layer depending on the current type used in electroplating and whether or not the ultrasonic wave is applied.
Fig. 5 is a graph comparing the Vickers microhardness of each ultrasonic wave by frequency in electroplating
6 is a graph comparing the Vickers microhardness of each ultrasonic wave by electric power applied during electroplating
FIG. 7 is a graph comparing the Vickers microhardness according to the current type and the presence or absence of ultrasonic waves during electroplating
8 is an X-ray diffraction analysis graph for examining the peak intensity according to the material used in electroplating and the application of ultrasonic waves
FIG. 9 is a graph showing the cross-sectional shape of the plating layer according to the current type and the application of ultrasonic waves during electroplating
10 is a graph showing a comparative analysis of the Vickers microhardness and the crystal grain size of Ni according to the current type and the application of ultrasonic waves during electroplating
Fig. 11 is a photograph and graph showing comparative analysis of wear and friction coefficient according to current type and ultrasonic wave application in electroplating
FIG. 12 is a graph showing the electrochemical corrosion degree measured by the current type and the presence or absence of ultrasonic waves during electroplating
13 is a photograph of the surface of the comparative objects having different intervals of dimples adjacent to the Ni-SiC plating layer formed by electroplating
14 is a graph showing the friction coefficient of comparative objects having different dimples of the neighboring Ni-SiC plated layer formed by electroplating
Fig. 15 is a photograph of a wear track of a comparative object in which the interval of dimples adjacent to the Ni-SiC plated layer formed by electroplating is different
16 is an optical microscope 3D photograph of the abrasion track of the comparative objects with different intervals of the dimples adjacent to the Ni-SiC plated layer formed by the electroplating
FIG. 17 is a photograph showing a wear area of a counter ball frictionally contacted with a comparative object having dimples of a neighboring Ni-SiC plating layer formed by electroplating
18 is an optical microscope 3D photograph showing a wear region of a counter ball frictionally contacted with a comparative object having a dimple interval adjacent to a Ni-SiC plating layer formed by electroplating
FIG. 19 is a graph showing a comparison between the abrasion degree of the comparative objects having different intervals of the dimples adjacent to the Ni-SiC plating layer formed by electroplating
Fig. 20 is a photograph showing the wear of the surface of Ni-SiC plated layer electroplated on the surface of the base material and the Ni plated layer electroplated on the surface of the base material, when the base material itself is made of Ni material
21 is a graph comparing the surface friction coefficients of Ni-SiC plated layers electroplated on the surface of the base material with the Ni-plated layers electroplated on the surface of the base material,
22 is a sectional view for explaining a configuration of a hybrid type low friction member according to a modified embodiment of the present invention
23 is a cross-sectional view for explaining the operation and operation of the hybrid type low friction member according to the modified embodiment of the present invention
24 is a photograph for explaining the spray drying method among various methods for forming solid lubricant particles

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 도금 및 딤플이 복합된 하이브리드 타입 저마찰 부재 및 이를 구비한 자동차 엔진에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.A hybrid type low friction member and an automobile engine having the hybrid type low friction member combined with the plating and the dimple according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the present invention, and are actually shown in a smaller scale than the actual dimensions in order to understand the schematic structure.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Also, the terms first and second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 타입 저마찰 부재의 영감을 준 기술적 개념을 설명하기 위한 참조도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a reference diagram for explaining an inspired technical concept of a hybrid type low friction member according to an embodiment of the present invention; FIG.

본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 타입 저마찰 부재는 도 1에 도시된 것처럼 자연에 나타난 상어 지느러미가 그 표면에 형성된 패턴화된 무늬에 의해 놀라울 정도의 마찰저감 효과를 얻는다는 점에서 영감을 얻어 표면마찰 및 마모를 줄이기 위한 부재 개발에 매진한 결과 얻게 된 독창적인 결과물이라고 할 수 있다. The hybrid type low friction member according to the embodiment of the present invention is inspired by the fact that the shark fin shown in nature as shown in Fig. 1 obtains a remarkable friction reduction effect by the patterned pattern formed on the surface thereof It is a unique result obtained as a result of devoting to the development of members for reducing surface friction and abrasion.

본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 타입 저마찰 부재는 전기도금에 의해 모재의 표면에 저마찰층을 1차로 구현한 후, 그 도금층이 형성된 영역에 딤플 패턴을 형성시켜 저마찰 효과를 극대화한 것이다. 이처럼 도금과 딤플이 조합되어 하이브리드 타입으로 형성된 저마찰 부재의 경우 표면마찰 및 마모를 획기적으로 줄일 수 있으므로 자동차 엔진의 실린더 표면을 비롯하여 다양한 제품에 적용할 수 있을 것으로 기대된다. The hybrid type low friction member according to the embodiment of the present invention maximizes the low friction effect by first forming a low friction layer on the surface of the base material by electroplating and then forming a dimple pattern in a region where the plating layer is formed. This combination of plating and dimple is expected to be applicable to a variety of products including the cylinder surface of an automobile engine since the friction and wear of the low friction member formed in the hybrid type can be drastically reduced.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 타입 저마찰 부재에 대해 보다 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, the hybrid type low friction member according to the embodiment of the present invention will be described in more detail.

도 2는 본 발명의 실시예에 의한 도금 및 딤플이 복합된 하이브리드 타입 저마찰 부재의 구성을 설명하기 위한 종단면도이고, 도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 실시예에 의한 도금 및 딤플이 복합된 하이브리드 타입 저마찰 부재를 제조방법을 설명하기 위한 일련의 참조도이다. FIG. 2 is a vertical cross-sectional view for explaining a configuration of a hybrid type low friction member in which plating and dimples are combined according to an embodiment of the present invention. FIGS. 3A to 3 D are cross- Fig. 2 is a series of reference drawings for explaining a manufacturing method of the hybrid type low friction member. Fig.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 도금 및 딤플(130)이 복합된 저마찰 부재는 모재(110)와, 모재(110) 표면에 전기도금에 의해 형성된 도금층(120)과, 상기 도금층(120)에 패턴을 이루면서 저마찰 특성을 더욱 강화하는 다수의 딤플(130)로 이루어진다. As shown in the drawing, the low friction member having the plating and the dimples 130 according to the embodiment of the present invention includes a base material 110, a plating layer 120 formed by electroplating on the surface of the base material 110, And a plurality of dimples 130 that form a pattern on the substrate 120 and further enhance the low friction characteristics.

여기서, 상기 도금층(120)과 딤플(130)이 형성되는 순서가 매우 중요한데, 먼저 도 3a에 도시된 모재(110) 표면에 도 3b와 도 3c에 도시된 것처럼 전기도금에 의해 점진적으로 도금층(120)이 형성되고 난 후라야 비로서 도 2d와 같이 레이저 조사에 의해 딤플(130)이 형성된다. 그래야만 도금층(120)의 저마찰 효과와 더불어 패턴화된 다수의 딤플(130)로 인한 저마찰 효과를 복합적으로 얻을 수 있기 때문이다. 3B and 3C, the plating layer 120 and the dimples 130 are sequentially formed on the surface of the base material 110 shown in FIG. 3A by electroplating, The dimples 130 are formed by laser irradiation as shown in FIG. 2D. This is because a low friction effect of the plating layer 120 and a low friction effect due to a plurality of patterned dimples 130 can be obtained in combination.

만일 반대로 모재(110) 표면에 임시로 딤플(130)을 먼저 형성시킨 다음에 전기도금에 의하여 도금층(120)을 형성시키려 한다면 먼저 형성되는 미세한 크기의 딤플(130) 내부에까지 전해질 용액이 일정하게 침투하기 어려우므로 모재(110) 표면 전체에 걸쳐 균일하게 도금을 입히기 어렵다. 또한, 도금이 완료된 상태에서 딤플(130)들을 살펴보면 원래 의도하였던 직경 및 깊이를 가지면서 서로에 대하여 균일한 형태로 남아 있는 것이 거의 불가능에 가깝다고 할 수 있다. 따라서 전기도금에 의한 도금층(120)의 저마찰 효과와 딤플(130) 패턴에 의한 저마찰 효과를 복합적으로 얻을 수 없는 상태가 되어버린다. 이러한 사실은 전기도금된 특정 부재 표면에 우연히 딤플과 유사한 홈이 형성되어 있다고 하여 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 타입 저마찰 부재와 동일한 기술로 볼 수 없는 중요한 이유가 된다. If the dimples 130 are temporarily formed on the surface of the base material 110 and then the plating layer 120 is formed by electroplating, the electrolyte solution is uniformly penetrated into the dimples 130 having a small size, It is difficult to uniformly coat the entire surface of the base material 110. In addition, when the dimples 130 are observed in a state where plating is completed, it can be said that it is almost impossible that the dimples 130 remain in a uniform shape with respect to each other while having the original intended diameter and depth. Therefore, a low friction effect of the plating layer 120 by the electroplating and a low friction effect by the dimple 130 pattern can not be obtained in combination. This fact is an important reason why the same technique as the hybrid type low friction member according to the embodiment of the present invention can not be seen because the dimple-like groove is formed on the surface of the electroplated specific member.

또한, 상기 도금층(120)은 두께가 1.0mm 이하로 형성되는데 그 소재로는 Ni-SiC의 복합소재를 적용한 것이 저마찰 효과 측면에서 가장 바람직하다고 할 수 있다. 이에 대해서는 차후에 상세히 설명하겠지만 처음부터 Ni로 이루어진 부재에 비해 모재(110) 표면에 전기도금에 의해 Ni를 소재로 하는 도금층(120)을 형성시킨 경우가 더 뀌어난 저마찰 특성을 보였으며, Ni 대신 Ni-SiC의 복합소재로 도금층(120)을 형성시킨 경우에 가장 뛰어난 저마찰 특성을 보였다. In addition, the plating layer 120 is formed to have a thickness of 1.0 mm or less, and it can be said that the application of a composite material of Ni-SiC is the most preferable in terms of low friction effect. As will be described in detail later, the plating layer 120 made of Ni is formed on the surface of the base material 110 by electroplating, compared with a member made of Ni from the beginning, And exhibited the most excellent low friction characteristics when the plating layer 120 was formed of a composite material of Ni-SiC.

한편, 상기 딤플(130)의 경우 다양한 방법이 있을 수 있겠지만 그 정밀도나 편리함으로 인해 레이저 조사에 의해 형성되는 것이 바람직하며, 딤플(130)의 깊이는 직경의 0.5 내지 1.5배 범위 내에서 형성될 수 있는데 상기 도금층(120)의 두께를 초과하지 않도록 하여 상기 도금층(120)이 형성된 영역으로 제한되는 것이 중요하다. 여기서 상기 딤플(130)의 직경은 10 내지 400μm 범위 내에 속하도록 형성될 수 있으며, 서로 이웃한 딤플(130)들의 간격은 120 내지 180μm 범위 내에 속하도록 형성되는 것이 저마찰 특성 향상을 위하여 바람직하다. The depth of the dimple 130 may be in the range of 0.5 to 1.5 times the diameter of the dimple 130. The dimple 130 may be formed by laser irradiation, However, it is important that the thickness of the plating layer 120 is not limited to the region where the plating layer 120 is formed. Here, the diameter of the dimples 130 may be in the range of 10 to 400 mu m, and the spacing of the adjacent dimples 130 may be in the range of 120 to 180 mu m for improving the low friction characteristics.

아래에서는 본 발명의 실시예에 의한 하이브리드 타입 저마찰 부재의 제조 및 마찰감소 효과를 확인하기 위한 다양한 관점의 실험예들을 설명한다.
Hereinafter, experimental examples of various aspects for confirming the manufacturing and friction reduction effects of the hybrid type low friction member according to the embodiment of the present invention will be described.

- 전기도금에 의해 형성된 도금층의 저마찰 효과- Low friction effect of plating layer formed by electroplating

모재 표면에 전기도금에 의해 도금층을 형성하기 위한 전해욕(Electrolytic bath)의 조성은 아래 표와 같으며, 양극(Cathode)에는 1.5 x 1.5 cm 크기를 갖는 모재(철판, 구리판)를 위치시키고, 음극(Anode)에는 Ti 바스켓(Ti-basket)에 Ni 볼을 담은 상태로 서로에 대하여 약 3cm 거리를 두고 위치시켰으며, 이들을 순도 90% 이상의 Ni-Sulfamate를 이용하여 만들어진 전해질 용액(electrolyte)에 담근 상태로 전기도금을 실시하였다. 이때 Cetyltrimethyl ammonium bromide(CTAB)과 sodium dodecyl sulphate(SDS)가 각각 계면활성제와 부식방지제로서 사용되었다. The composition of the electrolytic bath for forming the plating layer by electroplating on the surface of the base material is as shown in the following table and the base material (iron plate, copper plate) having the size of 1.5 x 1.5 cm is placed on the cathode, (Anode) were placed in a Ti basket (Ti-basket) with Ni balls placed at a distance of about 3 cm from each other, and they were immersed in an electrolyte solution made of Ni-Sulfamate having a purity of 90% or more Electroplating. Cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) and sodium dodecyl sulphate (SDS) were used as surfactants and corrosion inhibitors, respectively.

CompositionsCompositions ParametersParameters Ni(NH2SO3)2 (gl-1) Ni (NH 2 SO 3) 2 (gl -1) 300 300 NiCl2 (gl-1) NiCl 2 (gl- 1 ) 10 10 H3BO3 (gl-1) H 3 BO 3 (gl -1 ) 40 40 β-SiC (gl-1) β-SiC (gl- 1 ) 20 20 SiC size (nm)SiC size (nm) 270270 CTAB (gl-1) CTAB (gl- 1 ) 0.1 0.1 Sod. dodecyl sulfate (gl-1) Sod. dodecyl sulfate (gl- 1 ) 0.2 0.2

그리고 이때의 오퍼레이팅 파라미터들은 온도(℃)는 50, pH는 4, 인가하는 전류 타입은 Pulse, 교반 회전속도(rpm)는 250, 초음파 주파수(kHz)는 23 내지 78, 초음파 전력(W)은 100 내지 300이었다. 단, 인가하는 전류 타입과 초음파의 경우 선택적으로 적용하여 그 결과를 비교하였다. 실험 결과는 첨부된 도면들을 중심으로 아래와 같이 정리할 수 있다.The operation parameters at this time are temperature (° C) of 50, pH of 4, pulse type of current applied, stirring rotation speed (rpm) of 250, ultrasonic frequency (kHz) of 23 to 78, ultrasonic power (W) of 100 ≪ / RTI > However, in case of applied current type and ultrasonic wave, the results are compared with each other. The experimental results can be summarized as follows, with reference to the attached drawings.

도 4를 참조하여 전기도금시 사용하는 전류 타입과 초음파 인가 여부에 따라 Ni-SiC 도금층 표면 형태를 나타낸 것이다. 직류 전류(Direct Current)를 이용하여 전기도금을 행하면서 초음파를 가하지 않는 경우, 펄스 전류(pulse current)를 이용하여 전기도금을 행하면서 초음파를 가하지 않는 경우, (Direct Current)를 이용하여 전기도금을 행하면서 초음파를 가하는 경우, 펄스 전류(pulse current)를 이용하여 전기도금을 행하면서 초음파를 가하는 경우로 구분하여 비교 실험한 결과, 도 4에 나타난 것처럼 펄스 전류(pulse current)를 이용하여 전기도금을 행하면서 초음파를 가했을 때 표면 거칠기가 Ra=0.61μm에 달할 정도로 도금층의 표면이 거의 균질화된 상태가 되었음을 확인할 수 있다. 이같은 결과는 초음파 공동현상(ultrasonic cavitation effect)과 더불어, 펄스 전류와 초음파 양자 간의 시너지 효과에 의하여 거칠기를 유발하는 결정입자(grain)의 성장 및 새로운 핵 사이트(nucleation sites)의 형성이 효과적으로 억제되기 때문인 것으로 보인다. Referring to FIG. 4, the shape of the surface of the Ni-SiC plating layer is shown according to the current type used in electroplating and whether ultrasonic waves are applied. In the case where the ultrasonic wave is not applied while performing the electroplating using the direct current, when the ultrasonic wave is not applied while performing the electroplating using the pulse current, As shown in FIG. 4, when the ultrasonic wave is applied while the ultrasonic wave is applied, the electroplating is performed using the pulse current, It can be confirmed that the surface of the plating layer is almost homogenized so that the surface roughness Ra reaches 0.61 mu m when ultrasonic waves are applied. This result is due to the fact that the growth of crystal grains causing the roughness by the synergy effect between the pulse current and the ultrasonic wave and the formation of new nucleation sites are effectively suppressed in addition to the ultrasonic cavitation effect Seems to be.

도 5 및 도 6을 참조하여 전기도금시 가해지는 초음파의 최적화된 파라미터를 살펴보면, 인가되는 초음파의 주파수가 38kHz, 전력이 200W일 때 Ni-SiC 도금층의 비커스 미세경도(Vickers microhardness)가 가장 높은 것으로 나타났다. 이때 도 7에서 볼 수 있는 것처럼 직류 전류보다는 펄스 전류를 이용하여 전기도금을 행하면서 초음파를 가하는 것이 비커스 미세경도가 가장 높은 것으로 나타났다.5 and 6, when the frequency of the applied ultrasonic wave is 38 kHz and the power is 200 W, the Vickers microhardness of the Ni-SiC plating layer is the highest appear. As shown in FIG. 7, Vickers microhardness was highest when ultrasonic waves were applied while electroplating using a pulse current rather than a DC current.

도 8은 순수한 Ni 부재와, 초음파를 가하지 않고 펄스 전류(100Hz, 50% duty cycle)만을 이용하여 전기도금한 Ni-SiC 도금층과, 초음파를 함께 가하면서 펄스 전류를 이용하여 전기도금한 Ni-SiC 도금층을 비교 대상으로 하여 X선 회절(X-ray diffraction) 분석을 통한 내부 미세구조를 비교한 결과를 도시한 그래프이다. 이를 통해서 펄스 전류만을 이용하여 전기도금을 행할 때보다 초음파를 함께 가했을 때 220과 311 peak의 보강으로 인해 200 peak의 intensity가 더욱 줄어든 것으로 나타났다. 이같은 결과는 초음파를 가하면서 전기도금에 의해 Ni-SiC 도금층을 형성하는 것이 초음파를 가하지 않는 경우보다 구조적으로 더 개량되었을 가능성을 보여주는 것이다. Fig. 8 is a graph showing the relationship between a Ni-SiC plated layer electroplated using only a pulse current (100 Hz, 50% duty cycle) and a Ni-SiC plated layer electro- FIG. 6 is a graph showing the results of an X-ray diffraction analysis to compare internal microstructures of a plated layer. As a result, the intensity of the 200 peak was further reduced due to the reinforcement of 220 and 311 peaks when the ultrasonic waves were applied together with the pulsed current. These results show that the formation of the Ni-SiC plated layer by electroplating while applying ultrasonic waves is more structurally improved than when the ultrasound is not applied.

도 9는 초음파를 가하지 않고 펄스 전류만을 이용하여 전기도금한 Ni-SiC 도금층의 단면 형상(a)과, 초음파를 함께 가하면서 펄스 전류를 이용한 전기도금한 Ni-SiC 도금층의 단면 형상(b)을 비교한 것이다. 이것을 통해 살펴보면 초음파를 가하면서 펄스 전류를 이용하여 전기도금한 Ni-SiC 도금층이 Ni 매트릭스에 대하여 SiC 나노입자가 보다 균일하게 분산되어 있음을 알 수 있다. 이같은 결과는 높은 압력 파동과 격렬한 진동을 유발하는 초음파가 Ni 매트릭스에 대한 SiC 나노입자의 침투에 효과적으로 작용하였음을 의미한다. 9 is a graph showing a cross-sectional shape (a) of a Ni-SiC plated layer electroplated using only a pulse current without applying ultrasonic waves and a cross-sectional shape (b) of an electroplated Ni-SiC plated layer using ultrasonic waves Respectively. As a result, it can be seen that the Ni-SiC plated layer electroplated using a pulse current while applying ultrasonic waves has more uniformly dispersed SiC nanoparticles in the Ni matrix. This result implies that the ultrasonic wave inducing high pressure wave and intense vibration acted effectively on penetration of SiC nanoparticles into Ni matrix.

도 10은 순수한 Ni 부재와, 초음파를 가하지 않고 펄스 전류만을 이용하여 전기도금한 Ni-SiC 도금층과, 초음파를 함께 가하면서 펄스 전류를 이용하여 전기도금한 Ni-SiC 도금층을 비교 대상으로 하여 비커스 미세경도 및 Ni의 결정입자 크기를 비교 분석한 그래프이다. 이를 통해 순수한 Ni 부재 보다는 펄스 전류만을 이용하여 전기도금한 Ni-SiC 도금층의 비커스 미세경도가 높고, 그보다는 초음파를 함께 가하면서 전기도금한 Ni-SiC 도금층의 비커스 미세경도가 높음을 알 수 있다(좌측 그래프 참조). 이처럼 각 비교대상에 대한 비커스 미세경도를 살펴본 결과는 분산강화 및 미립화 효과와 관련이 있는 것으로 보인다. 더욱이 초음파 효과와 나노입자들의 융합으로 인해 핵 사이트(nucleation sites)의 숫자가 증가함에 따라 결정입자의 성장이 방해를 받아 결정입자 크기는 작아지고 도금층의 경도는 증가하는 것으로 판단된다(우측 그래프 참조). Fig. 10 is a graph showing the relationship between a Ni-SiC plating layer electroplated using a pulsed current and a Ni-SiC plated layer electroplated using a pulse current while applying ultrasonic waves together, Hardness and crystal grain size of Ni. The Vickers microhardness of the electroplated Ni-SiC plated layer using the pulsed current is higher than that of the pure Ni member, and the Vickers microhardness of the electroplated Ni-SiC plated layer is higher than that of the ultrasound plated layer See the left graph). As a result, the Vickers microhardness of each comparative sample seems to be related to the dispersion strengthening and atomization effect. Furthermore, as the number of nucleation sites increases due to the ultrasonic effect and the fusion of nanoparticles, the growth of the crystal grains is disturbed and the crystal grain size becomes smaller and the hardness of the plating layer is increased (see the right graph) .

도 11은 순수한 Ni 부재와, 초음파를 가하지 않고 펄스 전류만을 이용하여 전기도금한 Ni-SiC 도금층과, 초음파를 함께 가하면서 펄스 전류를 이용하여 전기도금한 Ni-SiC 도금층을 비교 대상으로 하여 마모도를 측정하고 이때의 마찰계수를 비교 분석한 사진 및 그래프이다. 여기서 Ni-SiC 도금층을 서로 비교하여 보면 전기도금시 초음파를 가하면서 생성한 것이 마찰계수가 낮고 Ni 매트릭스에 대한 SiC 나노입자의 균일한 분산으로 인해 결정입자가 거칠게 일어나는 것을 억제하는 효과가 있음을 확인할 수 있다.Fig. 11 is a graph showing the relationship between the Ni-SiC plated layer and the Ni-SiC plated layer electroplated using a pulse current while applying ultrasonic waves together with a pure Ni member, a Ni-SiC plated layer electroplated using only a pulse current without applying ultrasonic waves, And the friction coefficient at this time is compared and analyzed. Here, when comparing the Ni-SiC coating layers, it is confirmed that the effect produced by applying ultrasonic waves during electroplating has a low coefficient of friction and suppression of coarse crystal grains due to uniform dispersion of SiC nanoparticles on the Ni matrix .

도 12는 순수한 Ni 부재와, 초음파를 가하지 않고 펄스 전류만을 이용하여 전기도금한 Ni-SiC 도금층과, 초음파를 함께 가하면서 펄스 전류를 이용하여 전기도금한 Ni-SiC 도금층을 비교 대상으로 하여 전기화학적 부식 정도를 측정하여 분석한 그래프이다. 단, 본 실험은 3.5wt%의 NaCl 용액에서 행해진 것이다. 이 분석을 통해서도 초음파를 함께 가하면서 펄스 전류를 이용하여 전기도금한 Ni-SiC 도금층이 상대적으로 낮은 부식 전류 밀도를 나타냈다. 또한, 전기용량루프와 관련해서도 초음파를 가한 Ni-SiC 도금층의 수치가 더 크게 나타났는데 이같은 결과는 부식에 대한 저항과 같이 반응 저항성이 다른 비교대상들보다 높다는 것을 의미한다.Fig. 12 is a graph showing the results of comparison between a pure Ni member, a Ni-SiC plated layer electroplated using only a pulse current without applying ultrasonic waves, and a Ni-SiC plated layer electroplated using a pulse current while applying ultrasonic waves And the degree of corrosion is measured and analyzed. However, this experiment was performed in a 3.5 wt% NaCl solution. This analysis also shows that the electroplated Ni-SiC plated layer with ultrasonic waves together with pulse current exhibited relatively low corrosion current density. Also, in relation to the capacitance loop, the values of the Ni-SiC plated layer added with ultrasonic waves were larger, which means that the resistance to corrosion is higher than that of the other comparators such as resistance to corrosion.

그러므로 위 전술된 다양한 관점의 비교분석을 통해 초음파를 가하면서 펄스 전류를 이용하여 전기도금한 Ni-SiC 도금층의 우수한 저마찰 특성을 확인할 수 있다.
Therefore, it is possible to confirm the excellent low friction characteristics of the electroplated Ni-SiC plated layer by applying the pulse current while applying ultrasonic waves through the comparative analysis of the above-described various aspects.

- 도금층과 딤플을 조합한 하이브리드 구성의 저마찰 효과- Low-friction effect of hybrid structure combining plated layer and dimple

계속해서 아래에서는 위에서 우수한 저마찰 특성을 갖는 것으로 확인된 Ni-SiC 도금층에 다양한 형태로 딤플을 형성하여 저마찰 특성을 비교한 결과를 첨부된 도면을 중심으로 설명한다. In the following, the results of comparison of the low friction characteristics by forming dimples in various forms on the Ni-SiC plating layer confirmed to have excellent low friction characteristics will be described with reference to the attached drawings.

단, 레이저를 이용하여 딤플(dimple)을 패터닝 가공하기 위한 레이저 장치는 INYA20, SL-1064-175-254를 이용하였으며, 사용된 파라미터는 아래 표 2와 같다.However, INYA20 and SL-1064-175-254 were used as laser devices for patterning a dimple using a laser, and the parameters used are shown in Table 2 below.

PowerPower Pulse widthPulse width Marking speedMarking speed FrequencyFrequency WavelengthWavelength 10 watt10 watts 200 ns200 ns 300 mm/s300 mm / s 20 kHz20 kHz 1064 nm1064 nm

위 표 2에서 볼 수 있는 것처럼 레이저의 파장은 1064nm, 출력은 10W, pulse width는 200ns로 조절하였고, 주파수는 20kHz로 사용하였다. As shown in Table 2, the wavelength of the laser was set to 1064 nm, the output was set to 10 W, the pulse width was set to 200 ns, and the frequency was set to 20 kHz.

도 13은 전기도금에 의해 형성된 Ni-SiC 도금층에 다수의 딤플을 형성하되 이웃한 딤플들의 간격을 80, 100, 150, 200μm로 달리하였을 때의 표면 사진들이다. 이들을 비교대상으로 하여 스틸 볼로 마련한 카운터 볼(count ball)로 마찰접촉시켜 다양한 관점에서 저마찰 특성을 비교하였다. 단. 카운터 볼의 슬라이딩 속도는 5cm/s, 카운터 볼의 직경은 12.7mm, 총 슬라이딩 거리는 180m, 사용된 윤활제는 5W30의 저점도 오일, 가해지는 힘은 10N로 하여 실험하였다. FIG. 13 is a photograph of the surface when a plurality of dimples are formed in the Ni-SiC plating layer formed by electroplating, and intervals of neighboring dimples are changed to 80, 100, 150, and 200 μm. The friction materials were compared with each other by a counter ball provided with a steel ball to compare low friction characteristics from various points of view. only. The sliding speed of the counterball was 5 cm / s, the diameter of the counter ball was 12.7 mm, the total sliding distance was 180 m, the lubricant used was low viscosity oil of 5W30, and the applied force was 10N.

각 비교대상에 대하여 카운터 볼을 슬라이딩 접촉시키면서 마찰계수를 측정한 결과 도 14에 나타난 것처럼 이웃한 딤플들의 간격이 150μm인 경우에 마찰계수가 가장 낮았고, 딤플 간격이 100μm인 경우에도 그 다음으로 마찰계수가 낮았다. 반면, 딤플을 형성시키지 않은 경우에는 상대적인 마찰계수가 극단적으로 높은 것을 확인할 수 있었다.As a result of measuring the coefficient of friction while sliding the counter balls against each comparative object, the coefficient of friction was the lowest when the interval between adjacent dimples was 150 μm as shown in FIG. 14, and the friction coefficient was the lowest even when the dimple interval was 100 μm. Respectively. On the other hand, when the dimples were not formed, it was confirmed that the relative friction coefficient was extremely high.

도 15는 각각의 비교대상에 형성된 마모 트랙의 형태를 통해 저마찰 특성을 비교할 수 있도록 한 것이다. 붉은 색 화살표로 표시한 것처럼 마모 트랙의 폭을 측정해보면 이웃한 딤플 간격이 150μm인 경우 가장 좁게 나타났으며, 딤플 간격이 200μm, 300μm인 경우의 순으로 마모 트랙의 폭이 좁게 나타난 것을 확인할 수 있다. 이같은 차이는 도 16에서 광학 현미경을 통한 3D 이미지로 살펴보면 더욱 확연하게 비교할 수 있다. 한편 도 17에서는 비교대상과 슬라이딩 접촉시킨 카운터 볼 표면의 마모 정도를 확인할 수 있는데 이웃한 딤플 간격이 150μm로 형성된 비교대상과 접촉한 카운터 볼의 마모 영역이 가장 작게 형성된 것을 확인할 수 있었다. 이같은 차이는 도 18의 광학 현미경을 통한 3D 이미지로 살펴보면 시각적으로 더욱 확연하게 파악할 수 있으며, 이같은 결과는 카운터 볼의 마모 영역을 Nㅇm 당 mm3 으로 수치화하여 비교한 도 19를 통해서도 확인할 수 있다. Fig. 15 is a view for comparing the low friction characteristics through the shape of the wear track formed in each comparison object. When the width of the wear track is measured as shown by the red arrow, the width of the neighboring dimples is the narrowest at 150 μm, and the width of the wear track is narrower in the order of the dimple intervals of 200 μm and 300 μm . Such a difference can be more clearly compared with a 3D image through an optical microscope in FIG. On the other hand, in FIG. 17, it can be seen that the abrasion degree of the counterball surface slidingly contacted with the comparative object can be confirmed, and it is confirmed that the abrasion region of the counterball contacted with the comparative object having the adjacent dimple interval of 150 .mu.m is the smallest. Such a difference can be visually understood more clearly when viewed with a 3D image through the optical microscope of FIG. 18, and this result can also be confirmed from FIG. 19 in which the wear area of the counter ball is compared with the numerical value of mm 3 per N mm .

도 20은 모재 자체가 Ni 소재로 이루어진 경우와, 모재 표면에 전기도금한 Ni 도금층과, 모재 표면에 전기도금한 Ni-SiC 도금층을 비교대상으로 하여 그 표면의 마모도를 살펴본 것이다. 단, 이 실험에서는 모든 비교대상에 대하여 딤플들을 형성시켰으며 이웃한 딤플 간격은 150μm로 형성하였다. 비교 결과 단순히 Ni 소재로 이루어진 모재에 딤플을 형성한 경우에 비해 전기도금에 의해 도금층을 형성한 경우에 마모 트랙의 폭이나 마모도가 작게 형성된 것을 확인할 수 있었고, 특히 도금층이 형성된 경우 Ni 소재보다는 Ni-SiC를 소재로 한 경우에 마모 트랙의 폭이나 마모도가 보다 형성되어 저마찰 특성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.Fig. 20 shows the surface wear of Ni-SiC plated layer electroplated on the surface of the base material and the Ni plated layer electroplated on the surface of the base material in comparison with the case where the base metal itself is made of Ni material. However, in this experiment, dimples were formed for all comparison objects, and adjacent dimple intervals were formed at 150 μm. As a result of comparison, it was confirmed that the width and the wear of the wear track were small when the plating layer was formed by electroplating, compared with the case where the dimples were simply formed on the base material made of Ni material. Especially, It was confirmed that when SiC is used as the material, the width and wear of the wear track are more formed and the low friction property is excellent.

도 21은 모재 자체가 Ni 소재로 이루어진 경우와, 모재 표면에 전기도금한 Ni 도금층과, 모재 표면에 전기도금한 Ni-SiC 도금층을 비교대상으로 하여 표면 마찰계수를 비교 측정한 것이다. 단, 이같은 비교 실험에서 이웃한 딤플 간격은 150 ㅅm로 동일하게 하였고, 카운터 볼의 슬라이딩 속도는 5cm/s, 슬라이딩 총 거리는 180m, 윤활제는 5W30의 저점도 오일을 사용하였으며, 10N 힘을 동일하게 적용하였다.21 is a comparative measurement of the surface friction coefficient of a case where the base material itself is made of a Ni material, a Ni-plated layer electroplated on the surface of the base material, and a Ni-SiC plated layer electroplated on the surface of the base material. However, in this comparison experiment, the adjacent dimple interval was the same as 150 mm, the sliding velocity of the counter ball was 5 cm / s, the sliding total distance was 180 m, the lubricant was low viscosity oil of 5 W30, Respectively.

비교실험 결과, 도 21에서 볼 수 있는 것처럼 모재를 전기도금한 Ni-SiC 도금층의 경우 마찰계수가 가장 낮은 것으로 조사되었다. 이는 Ni-SiC 소재로 적용하는 경우 SiC 나노입자의 높은 경도와 분산효과에 기인하는 것으로 보인다. As a result of the comparative test, as shown in FIG. 21, the Ni-SiC plated layer electroplated with the base material had the lowest friction coefficient. This is attributed to the high hardness and dispersion of SiC nanoparticles when applied to Ni-SiC materials.

전술된 비교실험 결과를 종합해보면, 펄스 전기도금에 의해 우수한 저마찰 특성을 갖는 Ni-SiC 도금층을 성공적으로 형성할 수 있었으며, 전기도금 과정에서 적정 수준의 주파수 및 전력의 초음파를 가하는 경우 저마찰 특성 개선이 큰 폭으로 이루어지는 것을 확인할 수 있었다. 더 나아가 그 자체만으로도 저마찰 특성을 갖는 Ni 소재의 도금층 또는 Ni-SiC 소재의 도금층에 이웃한 딤플 간격을 150μm 정도로 패터닝하는 경우 더욱 뛰어난 저마찰 특성의 개선이 이루어지는 것을 확인할 수 있었다.
As a result of the above-mentioned comparative test results, it was possible to successfully form a Ni-SiC plating layer having excellent low friction characteristics by pulsed electroplating, and when an appropriate level of frequency and power ultrasound is applied in the electroplating process, It can be confirmed that the improvement is significant. Furthermore, it was confirmed that even when the dimple interval adjacent to the plating layer of the Ni material or the plating layer of the Ni-SiC material having a low friction characteristic is patterned to about 150 mu m, the low friction property is further improved.

계속해서 본 발명의 변형실시예에 의한 하이브리드 타입 저마찰 부재에 대해 설명하기로 한다. Next, a hybrid type low friction member according to a modified embodiment of the present invention will be described.

도 22는 본 발명의 변형실시예에 의한 하이브리드 타입 저마찰 부재의 구성을 설명하기 위한 단면도이고, 도 23은 본 발명의 변형실시예에 의한 하이브리드 타입 저마찰 부재의 작용 및 동작을 설명하기 위한 참조단면도이다. FIG. 22 is a sectional view for explaining a configuration of a hybrid type low friction member according to a modified embodiment of the present invention, and FIG. 23 is a sectional view for explaining the operation and operation of the hybrid type low friction member according to a modified embodiment of the present invention Sectional view.

본 발명의 변형실시예에 의한 하이브리드 타입 저마찰 부재는 변형 전과 비교하여 모재(110) 표면에 전기도금에 의해 도금층(120)이 형성되고, 그 도금층(120)에 다시 딤플(130)이 형성된 구성은 대동소이하지만 딤플(130)에 베어링 특성을 갖도록 구름마찰이 가능한 구형의 고체 윤활입자(140)가 수용되는 것을 특징으로 한다. The hybrid type low friction member according to the modified embodiment of the present invention has a structure in which the plating layer 120 is formed on the surface of the base material 110 by electroplating and the dimple 130 is formed on the plating layer 120 Is characterized in that a spherical solid lubricant particle 140 capable of rolling friction is accommodated in the dimple 130 so as to have a bearing characteristic.

이처럼 구형의 고체 윤활입자(140)가 딤플(130) 내부에 수용되도록 한 구성에 따르면 도 23에 도시된 것처럼 접촉부재(M)가 강하게 슬라이딩 마찰 접촉하는 환경에서 고체 윤활입자(140)의 구름동작 및 접촉면적의 최소화 작용에 의해 도금층(120)의 마모 및 마찰을 극소화시킬 수 있다. 나아가, 상기 고체 윤활입자(140)를 구성하는 소재에 따라서는 슬라이딩 마찰 접촉 환경에서 고체 윤활입자(140)가 점진적으로 마모되면서 발생하는 파편 입자가 액체 윤활제와 함께 혼합되면서 추가적인 윤활작용을 할 수 있다. According to the configuration in which the spherical solid lubricant particles 140 are accommodated in the dimple 130, the rolling motion of the solid lubricant particles 140 in the environment in which the contact member M is strongly slidingly contacted with friction, And minimizing the contact area, it is possible to minimize wear and friction of the plating layer 120. Further, depending on the material constituting the solid lubricant particles 140, the debris particles generated as the solid lubricant particles 140 are gradually worn out in the sliding friction contact environment may be mixed with the liquid lubricant to perform additional lubrication .

여기서 상기 고체 윤활입자(140)는 저마찰 부재가 적용되는 환경에 따라 필요한 소재로부터 제조될 수 있으며, 판매되고 있는 것을 구입하는 방식으로 마련할 수도 있다. 예컨대, 1990년대 초에 와이즈먼 과학 연구소에서 합성한 IF-WS2는 2002년부터 상업적으로 생산되기 시작하였는데, 혈소판 형태로 이루어진 MOS2와 달리 직경이 3~350nm 정도의 크기를 갖는 구형으로 이루어져 있다. 이같은 IF-WS2의 경우 상기 딤플(130) 내부에 수용하는데 적당한 마이크로 단위로 마련할 수 있을 것으로 보이며, 일반적으로 금속의 거친 표면 사이에서 구름마찰을 행하는 것으로 알려진 만큼 본 발명의 변형실시예와 같이 딤플(130) 내부에 수용된 상태에서도 구름마찰을 행할 수 있을 것으로 기대된다. Here, the solid lubricant particles 140 may be manufactured from a necessary material according to the environment to which the low friction member is applied, or may be prepared by purchasing what is sold. For example, the IF-WS 2 synthesized by the Weisman Institute in the early 1990s began commercial production in 2002, unlike the platelet-shaped MOS 2 , which has a spherical shape with a diameter of about 3 to 350 nm. In the case of IF-WS 2 , it is considered that the IF-WS 2 can be provided in a micrometer unit suitable to be accommodated in the dimple 130, and is generally known to perform rolling friction between rough surfaces of metal, It is expected that rolling friction can be performed even in the state of being accommodated in the dimple 130.

참고로, 상기 구형의 고체 윤활입자(140)는 현재 기술만으로도 다양한 방식으로 마련할 수 있는데, 먼저 구형 입자를 마련하기 위해서는 분무건조방법. 몰드성형방법, 나노돌기를 가진 표면에 용융체 또는 슬러리를 흘려주면서 표면장력을 이용하여 구체를 형성하고 냉각공정 및 건조공정의 후속공정을 통해 마련하는 표면장력을 이용한 방법, Lotus 효과를 이용한 방법, 3D 프린터를 이용한 성형방법 등 다양하다.For reference, the spherical solid lubricant particles 140 can be prepared in various manners only by the present technology. In order to prepare spherical particles, a spray drying method is used. Mold molding method, method of forming sphere by using surface tension while flowing melt or slurry on surface having nano protrusion, method using surface tension provided through cooling process and subsequent process of drying process, method using Lotus effect, 3D And a molding method using a printer.

또한, 상기 고체 윤활입자(140)의 표면에는 마치 골프공의 표면과 같이 액체 윤활제를 수용하기 위한 다수의 미세 오일포켓(141)이 형성된다. 이처럼 고체 윤활입자(140)의 표면에 미세 오일포켓(141)을 형성하는 것은 다양한 방법으로 가능한데, 그 중 분무건조방법 및 분말몰드 성형방법의 경우 상기 교체 윤활입자(140)보다 작은 미세 분말입자를 앞서 만들어진 먼저 만들어진 구형 입자 표면에 응집시킨 후 열처리하는 순서로 진행되며, 이로써 도 24에 도시된 것처럼 응집된 미세 분말입자 사이에 미세 오일포켓(141)이 자연스럽게 형성된다. 그 외에도 구형 입자를 회전시키면서 레이저를 조사하여 미세 오일포켓(141)을 형성시키는 레이저 가공, 딤플 형태의 툴을 이용하여 구형 입자 표면을 눌러주어 미세 오일포켓(141)을 형성하는 마이크로 방전가공, 구형 입자와 미세 오일포켓(141)을 동시에 성형할 수 있는 3D 프린팅 방법 등이 이용 가능한 방법이다. In addition, on the surface of the solid lubricant particles 140, a plurality of fine oil pockets 141 for receiving a liquid lubricant, such as a surface of a golf ball, are formed. It is possible to form the fine oil pockets 141 on the surface of the solid lubricant particles 140 in various ways. Among them, in the case of the spray drying method and the powder molding method, fine powder particles smaller than the replacement lubricant particles 140 The fine particles are agglomerated on the surface of the previously formed spherical particles and heat-treated in the order as described above. As a result, fine oil pockets 141 are naturally formed between the agglomerated fine powder particles as shown in FIG. In addition, laser processing for forming fine oil pockets 141 by irradiating a laser while rotating spherical particles, micro-discharge machining for pressing fine spherical particle surfaces by using a dimple-shaped tool to form fine oil pockets 141, And a 3D printing method in which particles and fine oil pockets 141 can be simultaneously formed.

한편, 상기 딤플(130)의 입구 폭은 고체 윤활입자(140)의 최대 직경보다 좁게 형성되어 고체 윤활입자(140)의 이탈을 방지할 수 있도록 한다. 이처럼 딤플(130) 입구를 좁게 형성하기 위해서는 상기 딤플(130)이 형성된 상태에서 저마찰 부재를 프레스 혹은 그와 상응하는 장치로 압착하는 것으로 가능하다.
The inlet width of the dimples 130 is narrower than the maximum diameter of the solid lubricant particles 140 to prevent the solid lubricant particles 140 from being separated. In order to narrow the inlet of the dimple 130, it is possible to press the low friction member with a press or a device corresponding thereto in a state in which the dimple 130 is formed.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is clear that the present invention can be suitably modified and applied in the same manner. Therefore, the above description does not limit the scope of the present invention, which is defined by the limitations of the following claims.

110 : 모재 120 : 도금층
130 : 딤플 140 : 고체 윤활입자
141 : 오일포켓
110: base material 120: plated layer
130: Dimple 140: Solid lubricated particle
141: Oil pocket

Claims (18)

모재와;
표면접촉으로 일어나는 마찰을 줄이기 위해 상기 모재 표면에 전기도금에 의해 형성된 도금층과;
표면접촉으로 일어나는 마찰을 더욱 줄일 수 있도록 상기 도금층에 형성된 다수의 딤플을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
A base material;
A plating layer formed on the surface of the base material by electroplating to reduce friction caused by surface contact;
And a plurality of dimples formed on the plating layer so as to further reduce friction caused by surface contact.
제1항에 있어서,
상기 딤플은 상기 도금층이 형성된 이후에 상기 도금층이 형성된 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
The method according to claim 1,
Wherein the dimples are formed in a region where the plating layer is formed after the plating layer is formed.
제2항에 있어서,
상기 딤플은 상기 도금층의 두께를 초과하지 않는 깊이로 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
3. The method of claim 2,
Wherein the dimples are formed to a depth not exceeding the thickness of the plating layer.
제3항에 있어서,
상기 도금층의 두께는 1.0mm 이하인 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
The method of claim 3,
Wherein the thickness of the plating layer is 1.0 mm or less.
제3항에 있어서,
상기 도금층은 Ni-SiC를 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
The method of claim 3,
Wherein the plating layer is made of Ni-SiC.
제5항에 있어서,
상기 도금층의 형성을 위한 전기도금시 전해질 용액에 초음파를 가하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
6. The method of claim 5,
Wherein the ultrasonic wave is applied to the electrolyte solution during the electroplating for forming the plating layer.
제6항에 있어서,
상기 초음파는 150 내지 250W 전력 범위 내에서 30 내지 58 kHz 주파수 범위로 가해지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
The method according to claim 6,
Wherein the ultrasonic waves are applied in a frequency range of 30 to 58 kHz within a power range of 150 to 250W.
제6항에 있어서,
상기 전기도금은 펄스 전류(pulse current)를 인가하는 펄스 전기도금인 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
The method according to claim 6,
Wherein the electroplating is pulse electroplating to apply a pulse current.
제3항에 있어서,
상기 도금층은 Ni 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
The method of claim 3,
Wherein the plating layer is made of a Ni material.
제3항에 있어서,
상기 딤플의 직경은 10 내지 400μm 범위 내에 속하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
The method of claim 3,
Wherein the diameter of the dimples is in the range of 10 to 400 mu m.
제10항에 있어서,
서로 이웃한 딤플들의 간격은 120 내지 180μm 범위 내에 속하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
11. The method of claim 10,
Wherein a distance between neighboring dimples is in the range of 120 to 180 mu m.
제10항에 있어서,
상기 딤플의 깊이는 상기 딤플 직경의 0.5 내지 1.5배 범위 내에 속하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
11. The method of claim 10,
Wherein a depth of the dimple is within a range of 0.5 to 1.5 times the diameter of the dimple.
제10항에 있어서,
상기 딤플은 레이저 조사에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
11. The method of claim 10,
Wherein the dimples are formed by laser irradiation.
제1항에 있어서,
상기 딤플에는 베어링 특성을 갖도록 구형의 고체 윤활입자가 수용되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
The method according to claim 1,
Wherein the dimples receive spherical solid lubricant particles having bearing characteristics. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제14항에 있어서,
상기 고체 윤활입자의 표면에는 액체 윤활제를 수용하기 위한 다수의 미세 오일포켓이 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
15. The method of claim 14,
Wherein a plurality of fine oil pockets for receiving a liquid lubricant are formed on a surface of the solid lubricant particle.
제14항에 있어서,
상기 고체 윤활입자의 표면에는 액체 윤활제가 도포된 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
15. The method of claim 14,
Wherein the surface of the solid lubricant particle is coated with a liquid lubricant.
제15항에 있어서,
상기 딤플의 입구 폭은 상기 고체 윤활입자의 최대 직경보다 좁게 형성되어 상기 고체 윤활입자의 이탈을 방지하도록 한 것을 특징으로 하는 하이브리드 타입 저마찰 부재.
16. The method of claim 15,
Wherein an inlet width of the dimples is formed to be narrower than a maximum diameter of the solid lubricant particles to prevent the solid lubricant particles from being separated.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 저마찰 부재를 사용한 자동차 엔진.An automobile engine using the low friction member according to any one of claims 1 to 17.
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