KR20160070926A - 자동차 습동 부품용 코팅재 및 이를 이용한 자동차 습동부품 표면처리 방법 - Google Patents

자동차 습동 부품용 코팅재 및 이를 이용한 자동차 습동부품 표면처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160070926A
KR20160070926A KR1020140177813A KR20140177813A KR20160070926A KR 20160070926 A KR20160070926 A KR 20160070926A KR 1020140177813 A KR1020140177813 A KR 1020140177813A KR 20140177813 A KR20140177813 A KR 20140177813A KR 20160070926 A KR20160070926 A KR 20160070926A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
coating layer
layer
molybdenum
coating
base material
Prior art date
Application number
KR1020140177813A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101673712B1 (ko
Inventor
홍웅표
박정연
최광훈
김보경
여인웅
서지연
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020140177813A priority Critical patent/KR101673712B1/ko
Publication of KR20160070926A publication Critical patent/KR20160070926A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101673712B1 publication Critical patent/KR101673712B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/347—Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with layers adapted for cutting tools or wear applications

Abstract

본 발명은 엔진 구동부품 등 습동부품의 표면을 코팅하여 상온 및 고온에서 마찰 특성 및 기계적 특성을 동시에 향상시킬 수 있는 자동차 습동부품 표면처리 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 습동부품 표면처리 방법은 질소(N2) 분위기에서 크롬(Cr)을 반응시켜, 모재의 표면에 아크 이온 플레이팅 방법으로 크롬 질화물(CrN)층을 증착시키는 버퍼층 증착단계; 및 질소(N2) 및 아르곤(Ar) 가스가 혼합된 분위기 가스를 주입하고, 상기 버퍼층이 증착된 모재의 표면에 몰리브덴(Mo) 원자를 스퍼터링 방법으로 코팅층을 적층시키는 코팅층 증착단계;를 포함하며, 상기 코팅층에 포함된 몰리브덴(Mo)의 함량은 7 ~ 9 at%인 것을 특징으로 한다.

Description

자동차 습동 부품용 코팅재 및 이를 이용한 자동차 습동부품 표면처리 방법{COATING MATERIAL FOR SLIDING PART OF VEHICLE AND COATING METHOD THEREOF}
본 발명은 자동차 습동 부품용 코팅재 및 이를 이용한 자동차 습동부품 표면처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진 구동부품 등 습동부품의 표면을 코팅하여 상온 및 고온에서 마찰 특성 및 기계적 특성을 동시에 향상시킬 수 있는 자동차 습동 부품용 코팅재 및 이를 이용한 자동차 습동부품 표면처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 산업용 제품, 특히 자동차용 부품은 대부분 제조 후 장기간 사용하게 되는 제품으로써, 제품이 마모되거나 윤활성의 저하시 소음과 연료손실 등이 발생하고, 연료의 리크 문제와 더불어 효율이 떨어지게 되는 중대한 결함으로 이어질 수 있게 된다.
이를 바꾸어 설명하면, 엔진 등 자동차 습동 부품의 윤활성 향상과 표면층의 압축응력 향상시, 회전체의 강성이 증가하여 동력전달을 극대화시킬 수 있게 되고, 제품 경량화 작업시 전체 동력 발생과 제품의 사용 효율에 지대한 영향을 미치게 된다.
이에, 캠샤프트, 타펫, 연료분사노즐 및 브란쟈 등과 같은 주요 자동차 부품에 대해서 내구 특성과 저마찰 특성 등을 확보하기 위해 상당한 연구와 개발이 진행되고 있다.
종래, DLC(Diamond Like Carbon)코팅의 경우, 내화학성, 저마찰 특성 등과 함께 비교적 높은 코팅 경도를 갖게 되므로, 그 특성을 활용할 경우 부품의 기계적 특성을 향상시킬 수 있게 된다. 그러나 상기한 DLC코팅은 제조공정이 복잡하고, 생산단가가 비싸 적용이 어려우며, 무엇보다 적용되는 모재가 제한된다는 큰 단점이 있었다.
또한, 일본에서 공지된 DLC 코팅 기술의 경우, 코팅층의 밀착력과 제품 수명 저하의 문제점을 해결하기 위해 DLC 층 코팅 직전에 Si층을 0.1~1㎛ 정도 우선 코팅하는 공정이 있으며, 일본의 공지된 다른 DLC 기술의 경우도 Si을 넣기 위해 프로판가스와 테트라메틸실렌(Tetra Methyl Silane; TMS)가스를 첨부하여 코팅을 하기도 한다.
그러나, 상기한 종래의 DLC 코팅 기술들은 고진공에서 스퍼터링하여 표면의 흡착력을 증가시켜 밀착력을 증가시키는 것으로 설명하고 있으나, 공정 제어에 어려움이 있고, 특히 TMS가 분위기 가스와 반응하여 분체를 다량 형성시켜 클러스터를 만들며 이것이 제품의 표면에 내려앉아 제품의 불량요인으로 작용하는 문제점이 있다. 즉, 제품이 들어있는 챔버 내에서 플라즈마를 발생시킬 때에, 첨가되는 가스와의 반응으로 분체가 발생하고 이것이 제품의 표면에 앉아 제품의 코팅불량 혹은 밀착력과 품질이 낮아지게 되는 것이다.
상기와 같이, 고진공에서 DLC 코팅한 경우 제품의 표면에 분체가 생성된 것을 확인할 수 있고, 이처럼 분체가 형성되면 제품의 밀착력 평가와 마모 시험시 표면에서 코팅막이 부서지고 뜯겨져 나가게 되어 성능이 떨어지는 결과를 보이게 되는데, 이것이 분체가 생성되면 품질이 급격히 나쁘게 되는 주요 원인으로 작용하는 문제점을 가지고 있었다.
현재 자동차의 습동 부품 등의 코팅재로 사용되는 DLC는 상온에서의 저마찰 및 기계적 특성은 만족하나 고온에서의 저마찰 및 기계적 특성이 저하되는 단점을 가지고 있었다.
이를 극복하기 위한 방안으로 Ti-Ag-N 또는 Ti-Ag-Mo-N 코팅재가 제시되고 있으나, 이러한 Ti-Ag-N 또는 Ti-Ag-Mo-N 코팅재의 경우 저마찰 및 내열특성은 우수하지만, 연질금속(Soft metal)인 Ag의 함량이 증가함에 따라 고온에서 저마찰 특성이 향상됨에도 불구하고 경도 특성이 저하되어 열악한 내구 특성을 지니는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 고가의 Ag 함량이 증가함에 따라 생산 비용이 증가되는 문제점을 가지고 있었다.
종래, 물리기상증착(PVD, Physical Vapor Deposition)장비를 이용하여 Ti-N으로 조성된 제1코팅층과 Ti-Ag-N으로 조성된 제2코팅층이 반복적으로 교대되도록 적층되어 형성하여 Ti-Ag-N 코팅층이면서도 저마찰성 뿐만 아니라 내구성과 내열성을 향상시키는 코팅층 및 코팅방법에 대해서는 "멀티레이어 코팅층 및 코팅방법 (공개특허 10-2014-0028581)" 등에서 구체적으로 공지되어 있다.
그러나, 연질금속인 Ag의 함량이 증가함에 따라, 경도 특성이 저하되는 문제점을 해결하지 못하였다.
또한, 고가의 Ag 함량이 증가함에 따라, 생산비용이 증가되는 문제점 해결하지 못하였다.
공개특허 10-2014-0028581 (2014. 03. 10.)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 상온 및 고온에서 마찰 특성 및 기계적 특성을 향상시키면서도 생산 비용을 절감시킬 수 있는 자동차 습동 부품용 코팅재 및 이를 이용한 자동차 습동부품 표면처리 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 자동차 습동부품 표면처리 방법은 질소(N2) 분위기에서 크롬(Cr)을 반응시켜, 모재의 표면에 아크 이온 플레이팅 방법으로 크롬 질화물(CrN)층을 증착시키는 버퍼층 증착단계; 및 질소(N2) 및 아르곤(Ar) 가스가 혼합된 분위기 가스를 주입하고, 상기 버퍼층이 증착된 모재의 표면에 몰리브덴(Mo) 원자를 스퍼터링 방법으로 코팅층을 적층시키는 코팅층 증착단계;를 포함하며, 상기 코팅층에 포함된 몰리브덴(Mo)의 함량은 7 ~ 9 at%인 것을 특징으로 한다.
상기 버퍼층 증착단계는, 버퍼층의 두께 0.1㎜ 이하로 증착시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 코팅층은, 크롬(Cr) 타겟에 전류를 인가하여 형성된 크롬 질화물(CrN)층을 포함하는 제1 코팅층과 몰리브덴(Mo) 타겟에 전류를 인가하여 형성되는 몰리브덴(Mo)층 또는 몰리브덴 질화물(MoN)층을 포함하는 제2 코팅층을 포함할 수 있다.
상기 코팅층 증착단계는, 상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 반복적으로 적층시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 분위기 가스는 질소(N2) 가스 : 아르곤(Ar) 가스의 질량비는 1 : 0.8이며, 공정 압력은 8 mTorr인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 크롬 질화물층 및 코팅층의 결정립은 20 nm 이하로 형성된 것이 바람직하다.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른, 자동차 습동부품 표면처리 방법은 상기 버퍼층 증착단계 이전에, 챔버 내부에 상기 모재을 위치시키고 상기 챔버 내부를 진공으로 형성시키고, 상기 모재의 표면과 내부 온도분포가 균일 하도록 300℃ 이상의 온도로 40분 이상 가열하는 준비 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 준비 단계 이후에, 모재의 표면에 부착된 이물질을 제거하는 클리닝 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 자동차 습동 부품용 코팅재는, 크롬 질화물(CrN)층을 포함하는 제1 코팅층; 및 몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴 질화물(MoN) 중 적어도 하나를 포함하는 제2 코팅층으로 형성되며, 상기 제1 코팅층과 제2 코팅층을 반복적으로 적층된 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 습동 부품용 코팅재는 몰리브덴(Mo)의 함량이 7 ~ 9 at% 인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층의 결정립 크기는 20 nm 이하(0 제외)로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기존 DLC, CrN 코팅층에 비하여 윤활, 마찰 및 기계적 특성을 향상시키면서, 코팅 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 엔진 등 습동 부품의 윤활, 마찰 및 기계적 특성을 향상시킴으로써, 자동차의 연비 및 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 HAADF(high-angle annular dark field)를 사용한 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅층의 TEM 사진이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅층의 두께방향으로 성분의 함량을 도시판 그래프이며,
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 코팅층의 몰리브덴(Mo) 함량에 따른 마찰계수를 비교한 그래프이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 코팅층의 몰리브덴(Mo) 함량에 따른 경도를 비교한 그래프이며,
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 코팅층의 몰리브덴(Mo) 함량에 따른 접착력을 비교한 그래프이고,
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 코팅층의 몰리브덴(Mo) 함량에 따른 마찰 계수를 보여주는 그래프이며,
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 코팅층과 비교재 간의 건식 마찰계수를 비교한 그래프이고,
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 코팅층과 비교재 간의 윤활 마찰계수(150℃)를 비교한 그래프이며,
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 코팅층과 비교재 간의 경도를 비교한 그래프이고,
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 코팅층과 DLC층 간의 윤활 온도에 따른 윤활 마찰계수를 비교한 표이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 자동차 습동부품 표면처리 방법은 모재의 표면에 크롬 질화물(CrN)층을 증착시키는 버퍼층 증착단계와 크롬 질화물 상면에 코팅층(10)을 적층시키는 코팅층 증착단계를 포함한다.
이러한, 버퍼층 및 코팅층(10) 증착은 물리기상증착(Physical Vapor Deposition, PVD) 장비에 의해 형성될 수 있으며, 버퍼층 증착단계는 PVD 장비의 챔버에 모재을 위치시킨 후, 질소(N2) 분위기가 형성될 수 있도록 질소(N2) 가스를 챔버 내부로 유입시키면서 아크 이온 플레이팅 방식으로 크롬(Cr) 원자를 반응시켜 크롬 질화물(CrN)층을 증착시킨다.
이때, 버퍼층의 두께는 0.1㎜이하로 제한하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 크롬 질화(CrN)층은 코팅층(10)과 모재 간의 격자상수 차이를 감소시킴으로써 접합 강도를 향상시키기 위한 것으로, 크롬 질화물(CrN)층의 두께가 0.1㎜를 초과하는 경우, 모재와 버퍼층 간의 팽창율 및 강도 차이로 인하여 버퍼층에 균열, 깨짐 등의 결함이 발생될 수 있기 때문에, 그 두께를 0.1mm 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
이에, 코팅층(10)과 모재 간의 격자상수 차를 감소시킴으로써, 코팅층(10) 계면간 접합 강도를 향상시킬 수 있다.
모재 표면에 크롬 질화물(CrN)로 이루어진 버퍼층 증착이 완료되면, 코팅층 증착단계에서 버퍼층이 증착된 모재의 표면에 코팅층(10)을 적층시킨다.
도 1은 HAADF(high-angle annular dark field)를 사용한 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅층의 TEM 사진이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅층의 두께방향으로 성분의 함량을 도시판 그래프이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅층(10)은 크롬(Cr) 타겟에 전류를 인가하여 형성된 제1 코팅층(11)과 몰리브덴(Mo) 타겟에 전류를 인가하여 형성되는 제2 코팅층(12)을 포함한다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅층(10)은 크롬 질화물(CrN)층인 제1 코팅층(11)이 약 20 nm의 두께로 형성되고, 몰리브덴(Mo)층 또는 몰리브덴 질화물(MoN)층으로 형성된 제2 코팅층(12)이 약 10nm의 두께로 형성되며, 제1 코팅층(11)과 제2 코팅층(12)이 반복하여 교대로 적층된 멀티 레이어층으로 형성된다.
이에, 코팅층(10)의 기계적 특성을 향상시키면서, 주기적으로 형성된 제2 코팅층(12)으로 인하여 마찰 특성이 향상될 수 있다.
이러한, 코팅층(10) 증착은 챔버 내부에 질소(N2) 가스와 아르곤(Ar) 가스가 혼합된 분위기 가스를 PVD 장치의 챔버로 유입시킨 상태에서, 크롬(Cr) 타겟에 전류를 인가하여 제1 코팅층(11)을 형성하고 몰리브덴(Mo) 타겟에 전류를 인가하여 제2 코팅층(12)을 형성시킨다.
보다 구체적으로, 질소(N2) 가스 : 아르곤(Ar) 가스가 1 : 0.8의 질량비로 혼합된 분위기 가스를 챔버 내부 압력이 8 mTorr가 되도록 챔버 내부로 유입시킨 후, 아크 소스를 이용하는 아크 건에 크롬(Cr) 타겟을 장착하고, 스퍼터 소스를 이용하는 스퍼터 건에 몰르브덴(Mo)을 장착하고, 아크 건과 스퍼터 건의 전류를 교대로 ON/OFF 시킴으로써, 제1 코팅층(11)과 제2 코팅층(12)이 교대로 적층된 멀티 레이어층을 형성한다.
이때, 아크 건에는 1A의 전류를 인가하고, 상기 스퍼터 건에는 70A의 전류를 인가하여 제1 코팅층(11) 및 제2 코팅층(12)을 형성한다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 버퍼층 및 코팅층(10)의 결정립은 20 nm로 형성되는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 결정립의 크기가 작아질수록 마찰계수가 감소하기 때문에, 본 발명의 낮은 마찰계수를 만족하기 위해 결정립의 크기를 20 nm 이하로 제한하는 것이 바람직하며, 결정립의 크기가 20 nm를 초과할 경우 마찰계수가 지나치게 높아지기 때문이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 코팅층(10)에 함유된 몰리브덴(Mo)의 함량은 7 ~ 9 at%로 제한하는 것이 바람직하며, 그 이유는 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 코팅층의 몰리브덴(Mo) 함량에 따른 마찰계수를 비교한 그래프이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 코팅층의 몰리브덴(Mo) 함량에 따른 경도를 비교한 그래프이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 코팅층의 몰리브덴(Mo) 함량에 따른 접착력을 비교한 그래프이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 코팅층(10)에 포함된 몰리브덴(Mo)의 함량이 7 ~ 9 at% 인 경우, 그 외 범위의 비교재에 비하여 낮은 마찰계수를 보여 마찰 특성이 향상됨을 알 수 있으며, 비교재에 비하여 경도 및 접착력이 향상됨을 알 수 있다.
이는 몰리브덴(Mo) 첨가에 따라 경도 특성이 향상되어 코팅층의 하충 지지력이 증가되면서, 몰리브덴(Mo)의 함량을 최적화함으로써, 건식 저마찰 및 윤활 특성이 향상되었기 때문이다.
따라서, 코팅층(10)에 포함된 몰리브덴(Mo)의 함량은 7 ~ 9 at%로 제한하는 경우, 마찰특성, 강도 및 접착력을 동시에 향상됨을 알 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 코팅층의 몰리브덴(Mo) 함량에 따른 마찰 계수를 보여주는 그래프이다.
코팅층(10)의 몰리브덴(Mo) 함량이 8 at%인 경우 윤활 마찰계수는 0.02로 가장 낮게 나타났으며, 몰리브덴(Mo)의 함량이 8at%를 기준으로 증가 또는 감소함에 따라 윤활 마찰계수가 증가하게 된다.
따라서, 몰리브덴(Mo)의 함량을 7 ~ 9 at%로 제한하면, 윤활 마찰계수가 0.04 이하로 나타나, 윤활 마찰특성이 향상됨을 알 수 있다.
이는, 몰리브덴(Mo)의 함량을 7 ~ 9 at%로 첨가 시 산화 몰리브덴(MoO3)이 형성됨에 따라 저마찰 특성이 향상되나, 7 at% 미만인 경우 산화 몰리브덴(MoO3)이 충분히 형성되지 못하여 저마찰 특성이 저하되고, 9 at%를 초과하는 경우 산화 몰리브덴(MoO3)의 형성이 증가되는 반면, 경도 저하로 인하여 하중 지지력이 감소되어 저마찰 특성이 저하되기 때문이다.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 코팅층과 종래 습동부품의 코팅층으로 사용된 DLC층 및 CrN층을 비교한 그래프이다.
도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라, 상기와 같이 형성된 코팅층(10)은 종래 DLC층 및 CrN층에 비하여 건식 마찰계수와 150℃에서 윤활 마찰계수는 낮은 반면, 경도는 높게 나타나, 종래 DLC층 및 CrN층에 비하여 건식 저마찰 및 윤활특성뿐만 아니라 경도가 동시에 향상됨을 알 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따라 형성된 코팅층(10)은 CrN층 대비 건식 저마찰 특성 43%, 윤활 특성 50%, DLC층 대비 윤활 특성 50% 향상되었으며, CrN층 대비 밀착력 85%, 경도 15%, DLC층 대비 밀착력 17%, 경도 20% 향상되어 윤활 특성 뿐만 아니라 기계적 특성이 동시에 향상됨을 알 수 있다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 습동부품 표면처리 방법은 버퍼층 증착단계 이전에, 챔버 내부에 상기 모재을 위치시킨 후 챔버를 진공으로 형성시키고, 모재을 가열하는 준비 단계 및 모재의 표면에 부착된 이물질을 제거하는 클리닝 단계를 더 포함한다.
보다 상세하게, 준비 단계는 진공형성 과정과 히팅 과정으로 구분된다.
먼저, 진공형성과정에서 챔버 내 진공을 형성시켜 분위기 내 불순물의 영향을 최소화하여 코팅층(10) 특성 향상시킨다. 1차 로타리 펌프를 이용해 10-3Torr까지 진공도를 형성시킨 후 2차 TMP(Turbo Molecular Pump)를 통해 5×10-5Torr의 진공도를 유지한다.
그 후, 히팅 과정은 고온에서의 질소(N)의 반응/결합이 원활하게 진행되도록 유도하기 위해 300℃ 이상으로 온도가 유지되도록 설정한 후 히팅 유지시간은 40min이상으로 하여 코팅하고자 하는 모재의 표면과 내부 온도분포 균일화한다.
준비 단계가 완료되면, 클리닝과정에서, 모재의 표면상에 존재하는 이물질 제거하여 코팅층(10) 특성 향상시키기 위해 모재을 초음파 세척기를 이용하여 에탄올과 아세톤으로 세척 후 챔버 내에서 이온건을 이용하여 20min이상 표면을 식각 및 클리닝을 실시한다.
이에, 코팅층(10)의 특성을 향상시킴과 동시에 모재과 버퍼층 간의 결합력을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 코팅층 11: 제1 코팅층
12: 제2 코팅층

Claims (11)

  1. 질소(N2) 분위기에서 크롬(Cr)을 반응시켜, 모재의 표면에 아크 이온 플레이팅 방법으로 크롬 질화물(CrN)층을 증착시키는 버퍼층 증착단계;
    질소(N2) 및 아르곤(Ar) 가스가 혼합된 분위기 가스를 주입하고, 상기 버퍼층이 증착된 모재의 표면에 몰리브덴(Mo) 원자를 스퍼터링 방법으로 코팅층을 적층시키는 코팅층 증착단계;를 포함하며,
    상기 코팅층에 포함된 몰리브덴(Mo)의 함량은 7 ~ 9 at%인 것을 특징으로 하는, 자동차 습동부품 표면처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 버퍼층 증착단계는,
    버퍼층의 두께가 0.1㎜ 이하로 증착시키는 것을 특징으로 하는, 자동차 습동부품 표면처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 코팅층은,
    크롬(Cr) 타겟에 전류를 인가하여 형성된 크롬 질화물(CrN)층을 포함하는 제1 코팅층과 몰리브덴(Mo) 타겟에 전류를 인가하여 형성되는 몰리브덴(Mo)층 또는 몰리브덴 질화물(MoN)층을 포함하는 제2 코팅층을 포함하는, 자동차 습동부품 표면처리 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 코팅층 증착단계는,
    상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층을 반복적으로 적층시키는 것을 특징으로 하는, 자동차 습동부품 표면처리 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 분위기 가스는 질소(N2) 가스 : 아르곤(Ar) 가스의 질량비는 1 : 0.8이며, 공정 압력은 8 mTorr인 것을 특징으로 하는, 자동차 습동부품 표면처리 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 크롬 질화물층 및 코팅층의 결정립은 20 nm 이하로 형성된 것을 특징으로 하는, 자동차 습동부품 표면처리 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 버퍼층 증착단계 이전에,
    챔버 내부에 상기 모재을 위치시키고 상기 챔버 내부를 진공으로 형성시키고, 상기 모재의 표면과 내부 온도분포가 균일 하도록 300℃ 이상의 온도로 40분 이상 가열하는 준비 단계;를 더 포함하는, 자동차 습동부품 표면처리 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 준비 단계 이후에,
    모재의 표면에 부착된 이물질을 제거하는 클리닝 단계;를 더 포함하는, 자동차 습동부품 표면처리 방법.
  9. 크롬 질화물(CrN)층을 포함하는 제1 코팅층; 및
    몰리브덴(Mo) 또는 몰리브덴 질화물(MoN) 중 적어도 하나를 포함하는 제2 코팅층으로 형성되며,
    상기 제1 코팅층과 제2 코팅층을 반복적으로 적층된 것을 특징으로 하는, 자동차 습동 부품용 코팅재.
  10. 청구항 9에 있어서,
    몰리브덴(Mo)의 함량은 7 ~ 9 at% 인 것을 특징으로 하는, 자동차 습동 부품용 코팅재.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 코팅층 및 제2 코팅층의 결정립 크기는 20 nm 이하(0 제외)로 형성된 것을 특징으로 하는, 자동차 습동 부품용 코팅재.
KR1020140177813A 2014-12-10 2014-12-10 자동차 습동 부품용 코팅재 및 이를 이용한 자동차 습동부품 표면처리 방법 KR101673712B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140177813A KR101673712B1 (ko) 2014-12-10 2014-12-10 자동차 습동 부품용 코팅재 및 이를 이용한 자동차 습동부품 표면처리 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140177813A KR101673712B1 (ko) 2014-12-10 2014-12-10 자동차 습동 부품용 코팅재 및 이를 이용한 자동차 습동부품 표면처리 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160070926A true KR20160070926A (ko) 2016-06-21
KR101673712B1 KR101673712B1 (ko) 2016-11-08

Family

ID=56353591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140177813A KR101673712B1 (ko) 2014-12-10 2014-12-10 자동차 습동 부품용 코팅재 및 이를 이용한 자동차 습동부품 표면처리 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101673712B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180023795A (ko) * 2016-08-24 2018-03-07 현대자동차주식회사 차량용 구동부품의 표면코팅 방법 및 이를 이용하여 제조된 차량용 구동부품
CN109988994A (zh) * 2019-05-21 2019-07-09 仪征亚新科双环活塞环有限公司 一种具有耐磨减摩作用的镀层、其制备方法及活塞环
US10737462B2 (en) 2016-08-24 2020-08-11 Hyundai Motor Company Method for coating surface of moving part of vehicle and moving part of vehicle manufactured by the same

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140028581A (ko) 2012-08-29 2014-03-10 현대자동차주식회사 멀티레이어 코팅층 및 코팅방법
KR20140066967A (ko) * 2010-10-28 2014-06-03 오를리콘 트레이딩 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐 Pvd를 이용한 몰리브덴 일산화물 레어어 및 그의 생산
KR20140136037A (ko) * 2012-03-12 2014-11-27 오를리콘 트레이딩 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐 개선된 슬라이딩 특성을 지닌 코팅

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140066967A (ko) * 2010-10-28 2014-06-03 오를리콘 트레이딩 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐 Pvd를 이용한 몰리브덴 일산화물 레어어 및 그의 생산
KR20140136037A (ko) * 2012-03-12 2014-11-27 오를리콘 트레이딩 아크티엔게젤샤프트, 트뤼프바흐 개선된 슬라이딩 특성을 지닌 코팅
KR20140028581A (ko) 2012-08-29 2014-03-10 현대자동차주식회사 멀티레이어 코팅층 및 코팅방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180023795A (ko) * 2016-08-24 2018-03-07 현대자동차주식회사 차량용 구동부품의 표면코팅 방법 및 이를 이용하여 제조된 차량용 구동부품
US10737462B2 (en) 2016-08-24 2020-08-11 Hyundai Motor Company Method for coating surface of moving part of vehicle and moving part of vehicle manufactured by the same
CN109988994A (zh) * 2019-05-21 2019-07-09 仪征亚新科双环活塞环有限公司 一种具有耐磨减摩作用的镀层、其制备方法及活塞环
CN109988994B (zh) * 2019-05-21 2024-01-30 仪征亚新科双环活塞环有限公司 一种具有耐磨减摩作用的镀层、其制备方法及活塞环

Also Published As

Publication number Publication date
KR101673712B1 (ko) 2016-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2316983B1 (en) Nitrogen-containing amorphous carbon and amorphous carbon layered film, and sliding member
EP3287544B1 (en) Coated metal mold and method for manufacturing same
JPH04311569A (ja) 硬質多層膜形成体およびその製造方法
RU2553803C2 (ru) Трибология в сочетании с коррозионной стойкостью: новое семейство pvd- и pacvd-покрытий
KR101673712B1 (ko) 자동차 습동 부품용 코팅재 및 이를 이용한 자동차 습동부품 표면처리 방법
JP2008001951A (ja) ダイヤモンド状炭素膜およびその形成方法
KR101632345B1 (ko) Dlc 피복막 및 피복 밸브 리프터
JP2009035584A (ja) 摺動部材
KR101382997B1 (ko) 코팅층 표면 처리 방법
KR102009409B1 (ko) 티타늄 버퍼 층을 갖는 dlc 코팅 사이징 롤러
JP5616082B2 (ja) セラミックス被覆材の製造方法
JP2004269991A (ja) 異なる環境において耐摩耗性に優れたダイアモンドライクカーボン多層膜
KR20150118665A (ko) 저마찰 및 기계적 특성이 향상된 자동차 습동 부품용 코팅재 및 이를 이용한 표면 코팅방법
KR20150116523A (ko) 지르코늄 복합소재 코팅층 및 상기 코팅층의 형성 방법
US20160333462A1 (en) Multi-layer coating and method for forming the same
CN115572945A (zh) 复合涂层及其制备方法
CN112030121B (zh) 宽温域减摩耐磨MoCN复合薄膜、其制备方法及应用
CN110612361B (zh) 硬质碳膜与其制造方法及滑动构件
KR100923291B1 (ko) 에어컴프레서용 베인의 저온 질화 및 디엘씨 코팅방법
CN112708859A (zh) 一种具有减摩抗磨的CrAlVN涂层的刀具及其制备方法
KR20080109316A (ko) 질소가 함유된 디엘씨 코팅방법
JP7302878B2 (ja) 炭素膜および摺動部材
KR101270282B1 (ko) 저마찰 코팅 필름 및 그 제조방법
CN113549868B (zh) 一种Si、WC增强复合多层非晶碳基宽温域润滑薄膜及其制备方法
KR101628554B1 (ko) 대량 생산성 및 저마찰 특성이 우수한 표면처리 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E90F Notification of reason for final refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191029

Year of fee payment: 4