KR20160145145A - 접동 부재 및 피스톤 링 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일측면에 따른 접동(摺動) 부재(1)는, 기재(2)와, 기재(2)의 접동면 상에 형성된 용사 피막(10)을 구비하고, 용사 피막(10)이, 몰리브덴상(11), 탄화크롬상(12) 및 니켈크롬 합금상(13)을 포함하며, 몰리브덴상(11), 탄화크롬상(12) 및 니켈크롬 합금상이 기재(2)의 접동면 상에 퇴적하고, 기재(2)의 표면에 대하여 수직인 방향(Y)에 있어서의 탄화크롬상(12)의 두께(tCrC)의 평균값이 TCrC이며, 같은 방향에 있어서의 몰리브덴상(11)의 두께(tMo)의 평균값이 TMo일 때, TCrC/TMo가 0.46∼1.00이다.

Description

접동 부재 및 피스톤 링{SLIDING MEMBER AND PISTON RING}
본 발명은 접동(摺動) 부재 및 피스톤 링에 관한 것이다.
최근, 엔진의 고출력화 등의 고성능화에 따라, 엔진용의 피스톤 링의 사용 환경은 점점 더 엄격해지고, 보다 우수한 내마모성 및 내인화성을 갖는 피스톤 링이 요구되고 있다(하기 특허문헌 1∼4 참조). 특히 실린더 라이너와 접동하는 피스톤 링의 외주면에는, 높은 내마모성 및 내인화성 등이 요구된다. 이러한 요구에 응하기 위해, 피스톤 링의 외주 접동면 상에 용사법에 의해 피막을 형성하여, 피스톤 링에 높은 내마모성 및 내인화성을 부여해 왔다. 또한, 「인화」란, 피스톤 링의 외주면(접동면)이, 실린더 라이너와의 접동에 따른 발열에 의해 실린더 라이너와 접합하는 현상이다. 「내인화성」이란, 인화를 일으키기 어려운 성질을 말한다.
예컨대, 용사 피막의 내마모성을 높이는 방법으로서, 용사 피막에 포함되는 경질 입자로서의 세라믹 성분을 증가시키는 방법이 있다.
일본 특허 공개 제2007-314839호 공보 일본 특허 공개 제2005-155711호 공보 일본 특허 공개 제2012-046821호 공보 일본 특허 공개 평성3-172681호 공보
그러나, 용사 피막 중의 세라믹 성분이 증가하면, 피스톤 링 외주면과 접동하는 엔진의 라이너 내면의 마모량이 증대해 버린다. 이하에서는, 엔진의 라이너 내면과 같이, 피스톤 링의 외주면과 접동하는 부재를, 「상대재」라고 기재한다.
용사 피막은, 반용융 상태의 입자가 모재에 내던져져 형성되기 때문에, 조성이 상이한 복수의 입자가 찌부러져 중합된 조직을 갖는다. 이 때문에, 용사 피막을 접동시키면, 연질인 금속 성분과 경질인 세라믹 성분의 양방이 용사 피막의 접동면에 나타난다. 경질 성분과 연질 성분을 접동시킨 경우, 연질 성분 쪽이 마모되기 쉽기 때문에, 용사 피막의 접동면은 균질 재료의 것에 비해서 거칠어지기 쉽다. 또한, 용사 조건이 적절하지 않은 경우, 조직의 일부가 용이하게 접동면으로부터 탈락하여, 접동면이 거칠어지거나, 탈락한 입자에 의해 어브레시브 마모(Abrasive wear)가 발생하거나 한다.
본 발명은 우수한 내마모성을 가지며, 또한 상대재의 마모를 억제하는 것이 가능한 접동 부재 및 피스톤 링을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일측면에 따른 접동 부재는, 기재와 상기 기재의 접동면 상에 형성된 용사 피막을 구비하고, 용사 피막이 몰리브덴상, 탄화크롬상 및 니켈크롬 합금상을 포함하며, 몰리브덴상, 탄화크롬상 및 니켈크롬 합금상이 기재의 접동면 상에 퇴적하고, 기재의 접동면에 대하여 수직인 방향에 있어서의 탄화크롬상의 두께의 평균값이 TCrC이며, 기재의 접동면에 대하여 수직인 방향에 있어서의 몰리브덴상의 두께의 평균값이 TMo일 때, TCrC/TMo가 0.46∼1.00이다.
본 발명의 일측면에 따른 접동 부재에 있어서는, TMo는 1.4 ㎛∼4.2 ㎛여도 좋고, TCrC는 1.1 ㎛∼2.2 ㎛여도 좋다.
본 발명의 일측면에 따른 접동 부재에 있어서는, 기공이 용사 피막 내에 형성되어 있고, 몰리브덴상, 탄화크롬상, 니켈크롬 합금상 및 기공이 접동면 상에서 중첩되어 있으며, 접동면 상에서 중첩된, 몰리브덴상, 탄화크롬상, 니켈크롬 합금상 및 기공의 수의 합계가, 접동면에 수직인 방향에 있어서의 용사 피막의 단위 두께당 48/(100 ㎛)∼71/(100 ㎛)여도 좋다.
본 발명의 일측면에 따른 접동 부재에 있어서는, 용사 피막 중의 몰리브덴 원자의 함유율이 37 질량％∼51 질량％여도 좋고, 용사 피막 중의 크롬 원자의 함유율이 19 질량％∼32 질량％여도 좋으며, 용사 피막 중의 니켈 원자의 함유율이 6 질량％∼13 질량％여도 좋고, 용사 피막 중의 탄소 원자의 함유율이 10 질량％∼14 질량％여도 좋다.
본 발명의 일측면에 따른 접동 부재에 있어서는, 용사 피막의 평균 경도가 400 HV0.1∼900 HV0.1이어도 좋다.
본 발명의 일측면에 따른 피스톤 링은 상기 접동 부재를 구비한다.
본 발명에 따르면, 우수한 내마모성을 가지며, 또한 상대재의 마모를 억제하는 것이 가능한 접동 부재 및 피스톤 링을 제공할 수 있다.
도 1에 있어서의 (a)[즉, 도 1의 (a)]는 본 발명의 일실시형태에 따른 접동 부재(피스톤 링)의 사시도이고, 도 1에 있어서의 (b)[즉, 도 1의 (b)]는 도 1의 (a)의 접동 부재의 b-b 방향의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시형태에 따른 접동 부재에 있어서의 용사 피막의 내부 구조를 나타내는 도면이며, 접동 부재의 접동면에 수직인 방향에 있어서의 용사 피막의 단면의 모식도이다.
도 3은 마모량 측정 장치의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1의 접동 부재의 용사 피막의 단면(기재의 접동면에 수직인 단면)의 일부의 반사 전자상이다.
도 5는 실시예 1의 접동 부재의 용사 피막의 단면(기재의 접동면에 수직인 단면)의 다른 일부의 반사 전자상이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2의 접동 부재의 용사 피막의 단면(기재의 접동면에 수직인 단면)의 일부의 반사 전자상이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2의 접동 부재의 용사 피막의 단면(기재의 접동면에 수직인 단면)의 다른 일부의 반사 전자상이다.
도 8은 본 발명의 실시예 3의 접동 부재의 용사 피막의 단면(기재의 접동면에 수직인 단면)의 일부의 반사 전자상이다.
도 9는 본 발명의 실시예 3의 접동 부재의 용사 피막의 단면(기재의 접동면에 수직인 단면)의 다른 일부의 반사 전자상이다.
도 10은 비교예 1의 접동 부재의 용사 피막의 단면(기재의 접동면에 수직인 단면)의 일부의 반사 전자상이다.
도 11은 비교예 1의 접동 부재의 용사 피막의 단면(기재의 접동면에 수직인 단면)의 다른 일부의 반사 전자상이다.
도 12는 비교예 2의 접동 부재의 용사 피막의 단면(기재의 접동면에 수직인 단면)의 일부의 반사 전자상이다.
도 13은 비교예 2의 접동 부재의 용사 피막의 단면(기재의 접동면에 수직인 단면)의 다른 일부의 반사 전자상이다.
도 14는 비교예 3의 접동 부재의 용사 피막의 단면(기재의 접동면에 수직인 단면)의 일부의 반사 전자상이다.
도 15는 비교예 3의 접동 부재의 용사 피막의 단면(기재의 접동면에 수직인 단면)의 다른 일부의 반사 전자상이다.
도 16은 비교예 4의 접동 부재의 용사 피막의 단면(기재의 접동면에 수직인 단면)의 일부의 반사 전자상이다.
도 17은 비교예 4의 접동 부재의 용사 피막의 단면(기재의 접동면에 수직인 단면)의 다른 일부의 반사 전자상이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명이 적합한 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것이 아니다.
[접동 부재]
본 실시형태에 따른 접동 부재는, 예컨대, 피스톤 링, 실린더, 베인 및 리프터 등의 일부 또는 전부를 구성하여도 좋다. 이하에서는, 접동 부재(1)가 피스톤 링인 경우에 대해서 설명한다. 도 1 및 2에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 피스톤 링(1)은, 예컨대, 환형의 기재(2)와, 기재(2)의 외주에 위치하는 접동면(2a) 상에 형성된 용사 피막(10)을 구비한다.
기재(2)는, 예컨대, 주철재 및 강재 등으로 이루어진다. 기재(2)의 형상은, 접동 부재의 용도에 따라 적절하게 선택되며, 특별히 한정되지 않는다. 접동 부재(1)가 피스톤 링인 경우, 기재(2)의 외직경은, 예컨대 200 ㎜∼980 ㎜여도 좋다. 기재(2)의 내직경은, 예컨대 190 ㎜∼920 ㎜여도 좋다. 기재(2)의 두께는, 예컨대 5 ㎜∼25 ㎜ 정도여도 좋다. 기재(2)의 외주면은, 피스톤 링(1)이 엔진의 실린더 내에 삽입되는 경우, 상대재인 라이너와 접동하는 면이다.
기재(2)의 외주면에 용사 피막(10)을 형성하기 전에, 미리 샌드 블라스트 등에 의해, 1 ㎛∼20 ㎛ 정도의 거칠기의 요철을 기재(2)의 외주면에 형성하여도 좋다. 이에 의해, 용사법에 있어서 용융한 입자가 기재(2)의 볼록부 또는 오목부에 충돌할 때에, 용융한 입자의 응고·수축에 따라 응력이 입자에 작용하고, 이 응력에 기인하는 anchoring 효과에 의해 용사 피막(10)이 기재(2)에 강고하게 접착하기 쉽다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 용사 피막(10)은, 몰리브덴상(11), 탄화크롬상(12) 및 니켈크롬 합금상(13)을 포함한다. 용사 피막(10)은, 복수의 몰리브덴상(11) 및 복수의 탄화크롬상(12) 및 복수의 니켈크롬 합금상(13)을 포함하여도 좋다. 용사 피막(10)은, 몰리브덴상(11), 탄화크롬상(12) 및 니켈크롬 합금상(13)으로 이루어져 있어도 좋다. 몰리브덴상(11)은 용사 피막(10)의 내인화성에 기여한다. 탄화크롬상(12)은 용사 피막(10)의 내마모성에 기여한다. 니켈크롬 합금상(13)의 적어도 일부는, 몰리브덴상(11)과 탄화크롬상(12) 사이에 개재되어, 양상을 접합하는 기능을 갖는다. 몰리브덴상(11), 탄화크롬상(12) 및 니켈크롬 합금상(13)은, 기재(2)의 접동면(2a) 상에 퇴적하고 있다. 몰리브덴상(11), 탄화크롬상(12) 및 니켈크롬 합금상(13)은, 접동면(2a)에 평행한 방향으로 연장되는 층이어도 좋다. 즉, 몰리브덴상(11), 탄화크롬상(12) 및 니켈크롬 합금상(13)은, 각각 몰리브덴층, 탄화크롬층 및 니켈크롬 합금층이어도 좋다.
상기 기재(2)의 접동면(2a)에 대하여 수직인 방향(Y)에 있어서의 탄화크롬상(12)의 두께가 tCrC이고, tCrC의 평균값이 TCrC이며, 방향(Y)에 있어서의 몰리브덴상(11)의 두께가 tMo이고, tMo의 평균값이 TMo일 때, TCrC/TMo는 0.46∼1.00이다.
TCrC/TMo가 0.46∼1.00인 것은, 탄화크롬상(12)의 평균 두께(TCrC)와 몰리브덴상(11)의 평균 두께(TMo)의 차가 작은 것을 의미한다.
탄화크롬상(12)은 몰리브덴상(11)보다 딱딱해서, 마멸하기 어렵다. 바꾸어 말하면, 몰리브덴상(11)은, 탄화크롬상(12)보다 부드러워, 마멸하기 쉽다. 따라서, TCrC/TMo가 0.46∼1.00의 범위 밖인 경우, 연질의 몰리브덴상(11)이 용사 피막(10)의 접동면에 있어서 마멸하기 쉽고, 경질의 탄화크롬상(12)이 용사 피막(10)의 접동면에 노출되어 잔존하기 쉽다. 즉, TCrC 및 TMo의 차가 큰 경우, 용사 피막(10)의 접동면이 마모하기 쉬워, 접동면이 거칠어지기 쉽다. 경질의 탄화크롬상(12)이 용사 피막(10)의 접동면에 노출되어 있는 경우, 상대재가 탄화크롬상(12)과의 접동에 의해 마모하기 쉽다. 또한, 탄화크롬상(12)이 용사 피막(10)의 접동면에 노출되어 있는 경우, 탄화크롬상(12)이 용사 피막(10)의 접동면으로부터 탈락하기 쉽고, 탈락한 탄화크롬상(12)이 어브레시브 마모를 야기한다. 한편, 본 실시형태에서는, TCrC 및 TMo의 차가 큰 경우에 발생하는 상기 현상이 억제된다. 즉, 본 실시형태에서는, TCrC/TMo가 0.46∼1.00이며, TCrC 및 TMo의 차가 작기 때문에, 용사 피막(10)의 접동면이 균질하며, 접동에 따른 용사 피막(10)의 접동면의 마모 및 조화가 억제되고, 상대재의 마모도 억제된다. 같은 이유에서, TCrC/TMo는 0.50∼1.00, 0.51∼1.00, 0.60∼1.00, 0.65∼1.00, 0.50∼0.80, 0.51∼0.80, 0.60∼0.80, 0.65∼0.80, 0.50∼0.76, 0.51∼0.76, 0.60∼0.76, 또는 0.65∼0.76이어도 좋다.
몰리브덴상(11)의 평균 두께(TMo)는, 1.4 ㎛∼4.2 ㎛, 또는 2.0 ㎛∼4.0 ㎛여도 좋다. 몰리브덴상(11)의 평균 두께(TMo)가 4.2 ㎛ 이하인 경우, 접동면이 매끄러워지기 쉬운 경향이 있다. 같은 이유에서, TMo는 2.4 ㎛∼3.0 ㎛여도 좋다.
탄화크롬상(12)의 평균 두께(TCrC)는, 1.1 ㎛∼2.2 ㎛, 또는 1.0 ㎛∼2.0 ㎛여도 좋다. TCrC가 1.0 ㎛ 이상인 경우, 탄화크롬상이 갖는 내마모성이 충분히 발휘되어, 용사 피막의 마모량이 저감되는 경향이 있다. 탄화크롬상(12)의 평균 두께(TCrC)가 2.2 ㎛ 이하인 경우, 접동 시에 탄화크롬상이 접동면으로부터 돌출하기 어려워져, 접동 후의 접동면이 매끄러워지기 때문에, 용사 피막 및 상대재의 마모량이 함께 감소하는 경향이 있다. 같은 이유에서, TCrC는 1.4 ㎛∼1.9 ㎛여도 좋다.
니켈크롬 합금상(13)의 평균 두께(TNiCr)는 0.5 ㎛∼1.0 ㎛여도 좋다. 니켈크롬 합금상(13)의 평균 두께(TNiCr)는 0.8 ㎛∼0.9 ㎛여도 좋다.
복수의 기공(14)이, 용사 피막(10) 내에 형성되어 있어도 좋다. 기공(14)이, 용사 피막(10)의 몰리브덴상(11) 내에 형성되어 있어도 좋다. 기공(14)이, 용사 피막(10)의 탄화크롬상(12) 내에 형성되어 있어도 좋다. 기공(14)이, 용사 피막(10)의 니켈크롬 합금상(13) 내에 형성되어 있어도 좋다. 기공(14)이, 몰리브덴상(11), 탄화크롬상(12) 및 니켈크롬 합금상(13) 중 2개의 상 또는 3개의 상 사이에 형성되어 있어도 좋다. 기공(14)의 폭(D)은 0.4 ㎛∼0.8 ㎛여도 좋다. 기공(14)의 폭(D)이란, 기재(2)의 접동면(2a)에 수직인 방향(Y)에 있어서의 기공(14)의 폭(내직경)의 평균값이다. 기공(14)의 폭(D)은 0.5 ㎛∼0.6 ㎛여도 좋다.
몰리브덴상(11), 탄화크롬상(12), 니켈크롬 합금상(13) 및 기공(14)이, 접동면(2a) 상에서 중첩되어 있어도 좋다. 즉, 몰리브덴상(11), 탄화크롬상(12), 니켈크롬 합금상(13) 및 기공(14)이, 상기 접동면(2a)에 수직인 방향(Y)을 따라, 중첩되어 있어도 좋다. 접동면(2a) 상에서 중첩된 몰리브덴상(11)의 평균 상 수가, 용사 피막(10)의 단위 두께당 NMo(단위: 1/100 ㎛)이며, 접동면(2a) 상에서 중첩된 탄화크롬상(12)의 평균 상 수가, 용사 피막(10)의 단위 두께당 NCrC(단위: 1/100 ㎛)이고, 접동면(2a) 상에서 중첩된 니켈크롬 합금상(13)의 평균 상 수가, 용사 피막(10)의 단위 두께당 NNiCr(단위: 1/100 ㎛)이며, 접동면(2a) 상에서 중첩된 기공(14)의 수의 평균값이, 용사 피막(10)의 단위 두께당 NP일 때, (NMo+NCrC+NNiCr+NP)는, 48/(100 ㎛)∼71/(100 ㎛)여도 좋다. (NMo+NCrC+NNiCr+NP)가 상기 범위 내인 경우, 용사 피막(10)의 조직을 구성하는 각 상이 미세하며, 용사 피막(10)에 있어서의 각 상의 기울기가 억제되어, 용사 피막(10)이 균일하게 마모하는 경향이 있다. 이 때문에, 접동 시에 있어서의 용사 피막(10)의 접동면이 평활해지기 쉬워, 용사 피막(10)의 접동면의 표면 거칠기가 저감되기 쉽고, 상대재의 마모가 억제되기 쉬운 경향이 있다. 같은 이유에서, (NMo+NCrC+NNiCr+NP)는, 51.6/(100 ㎛)∼64.6/(100 ㎛)여도 좋다.
몰리브덴상(11)의 평균 상 수(NMo)는, 예컨대, 16.1/(100 ㎛)∼19.9/(100 ㎛), 또는 17.2/(100 ㎛)∼18.7/(100 ㎛)여도 좋다.
탄화크롬상(12)의 평균 상 수(NCrC)는, 예컨대, 15.1/(100 ㎛)∼21.6/(100 ㎛), 또는 16.0/(100 ㎛)∼21.2/(100 ㎛)여도 좋다.
니켈크롬 합금상(13)의 평균 상 수(NNiCr)는, 예컨대, 11.6/(100 ㎛)∼29.9/(100 ㎛), 또는 15.4/(100 ㎛)∼24.4/(100 ㎛)여도 좋다.
기공(14)의 수의 평균값(NP)은, 예컨대, 0.3/(100 ㎛)∼7.9/(100 ㎛), 또는 0.6/(100 ㎛)∼3.6/(100 ㎛)여도 좋다.
용사 피막(10) 중의 몰리브덴 원자의 함유율은, 37 질량％∼51 질량％, 또는 40.64 질량％∼48.68 질량％여도 좋다.
용사 피막(10) 중의 크롬 원자의 함유율은, 19 질량％∼32 질량％, 또는 21.90 질량％∼29.16 질량％여도 좋다.
용사 피막(10) 중의 니켈 원자의 함유율은, 6 질량％∼13 질량％, 또는 7.98 질량％∼11.89 질량％여도 좋다.
용사 피막(10) 중의 탄소 원자의 함유율은, 10 질량％∼14 질량％, 또는 11 질량％∼14 질량％여도 좋다.
몰리브덴 원자, 크롬 원자, 니켈 원자 및 탄소 원자 각각의 함유율이 상기 범위 내인 경우, 본 발명에 따른 효과가 얻어지기 쉬운 경향이 있다.
용사 피막(10)의 두께는, 50 ㎛∼600 ㎛, 또는 200 ㎛∼450 ㎛여도 좋다. 용사 피막(10)의 두께가 50 ㎛ 이상인 경우, 용사 피막(10)의 거칠기를 제어하기 위해 표면을 가공한 후라도, 충분한 두께를 남길 수 있어, 용사 피막(10)의 내구성이 유지되기 쉬운 경향이 있다. 용사 피막(10)의 두께가 600 ㎛ 이하인 경우, 기재(2)로부터의 용사 피막(10)의 박리가 억제되기 쉬운 경향이 있다.
용사 피막(10)의 비커스 경도는 400 HV0.1∼900 HV0.1, 450 HV0.1∼850 HV0.1, 또는 500 HV0.1∼800 HV0.1이어도 좋다. 용사 피막(10)의 비커스 경도가 400 HV0.1 이상인 경우, 용사 피막의 마모량이 저감하기 쉬운 경향이 있다. 용사 피막(10)의 비커스 경도가 900 HV0.1 이하인 경우, 상대재의 마모량이 저감하기 쉬운 경향이 있다.
[접동 부재의 제조 방법]
접동 부재(1)는, 분말 조성물(입자)을 기재(2)의 접동면(2a) 상에 용사하여, 기재(2)의 접동면(2a) 상에 용사 피막(10)을 형성함으로써 제조된다. 분말 조성물은, 예컨대, 몰리브덴 입자, 탄화크롬 입자 및 니켈크롬 합금 입자자를 포함한다. 분말 조성물은, 몰리브덴 입자, 탄화크롬 입자 및 니켈크롬 합금 입자만으로 이루어져 있어도 좋다.
분말 조성물에 있어서의 몰리브덴 입자의 함유율은, 분말 조성물의 전체 질량에 대하여, 40 질량％∼60 질량％, 또는 45 질량％∼55 질량％이어도 좋다. 분말 조성물이 몰리브덴 입자를 포함함으로써, 내마모성 및 내인화성이 우수하고, 기재(2)와의 밀착성이 우수한 용사 피막(10)을 얻기 쉽다. 분말 조성물 중의 몰리브덴 입자의 함유율이 40 질량％ 이상인 경우, 상기 내인화성 및 밀착성이 향상하기 쉬운 경향이 있다. 또한, 분말 조성물 중 몰리브덴 입자의 함유율이 60 질량％ 이하인 경우, 탄화크롬 입자 및 니켈크롬 합금 입자의 함유율을 조정하여, 탄화크롬 입자 및 니켈크롬 합금 입자의 혼합 비율을 확보하기 쉽다.
몰리브덴 입자의 메디안 직경은, 15 ㎛∼40 ㎛, 또는 25 ㎛∼35 ㎛여도 좋다. 몰리브덴 입자의 메디안 직경이 15 ㎛ 이상인 경우, 몰리브덴이 용사 피막(10) 중에서 다른 금속 성분과 얽히기 쉬워지는 경향이 있다. 또한, 용사 시에 과도한 흄(fume)의 발생을 억제할 수 있어, 용사 피막(10)과 기재(2)의 접착력이 향상하기 쉬운 경향이 있다. 또한, 분말 조성물의 유동성이 향상하여, 용사 피막(10)을 형성하기 쉬운 경향이 있다. 한편, 몰리브덴 입자의 메디안 직경이 40 ㎛ 이하인 경우, 용사 피막(10) 중에 보다 미세한 조직이 형성되어, 상대재의 마모가 저감되기 쉬운 경향이 있다. 또한, 몰리브덴 입자가 용융하기 쉬워, 용사 피막(10) 중의 기공률이 감소하는 경향이 있다. 또한, 입자의 메디안 직경이란, 입경에 분포를 갖는 입자군을 어떤 입경을 경계로 2개의 군으로 나누었을 때, 입경이 큰 군과 입경이 작은 군의 입자의 수가 같아지는 직경을 나타낸다.
몰리브덴 입자는 조립된 소결 입자여도 좋다. 몰리브덴 조립 소결 입자는, 소직경의 몰리브덴 분말을 조립한 후, 가열함으로써 얻어진다. 조립에 이용되는 몰리브덴 분말의 입경은, 예컨대, 1 ㎛∼3 ㎛여도 좋다.
분말 조성물에 있어서의 탄화크롬 입자의 함유율은, 분말 조성물의 전체 질량에 대하여, 20 질량％∼40 질량％, 또는 30 질량％∼40 질량％여도 좋다. 분말 조성물이 탄화크롬 입자를 포함함으로써, 엔진 내 등에서의 용사 피막(10)의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 분말 조성물 중의 탄화크롬 입자의 함유율이 20 질량％ 이상인 경우, 용사 피막(10)의 내마모성이 향상하기 쉬운 경향이 있다. 또한, 분말 조성물 중의 탄화크롬 입자가 40 질량％ 이하인 경우, 용사 피막(10) 내에서 입자끼리가 결합하기 쉬워, 용사 피막(10)의 표면으로부터의 탄화크롬상의 탈락이 억제되기 쉬운 경향이 있다. 탄화크롬이 용사 피막(10)의 표면으로부터 탈락하면, 탈락한 탄화크롬이 용사 피막(10)과 상대재의 계면에 존재한 채로, 접동 부재(1)와 상대재가 접동하기 때문에, 피막의 마모량 및 상대재의 마모량이 함께 증대하는 경향이 있다.
탄화크롬 입자의 메디안 직경은 5 ㎛∼25 ㎛, 9 ㎛∼24 ㎛, 또는 10 ㎛∼20 ㎛여도 좋다. 탄화크롬 입자의 메디안 직경이 5 ㎛ 이상인 경우, 탄화크롬 입자가 지나치게 작은 경우에 비해서, 탄화크롬이 용사 피막(10) 중에서 다른 금속 성분과 얽히기 쉬워져, 용사 피막(10)의 접동면으로부터 탈락하기 어려워진다. 또한, 탄화크롬 입자의 메디안 직경이 25 ㎛ 이하인 경우, 탄화크롬상이 용사 피막(10)의 접동면으로부터 돌출하기 여려워, 접동면이 매끄러워지기 때문에, 탄화크롬상 자체가 접동면으로부터 탈락하기 어려운 경향이 있다. 또한 용사 피막(10)의 접동면에 돌출한 탄화크롬상에 의해 상대재의 접동면이 마모되는 현상도 일어나기 어렵다. 또한, 탄화크롬 입자의 메디안 직경이 25 ㎛ 이하인 경우, 탄화크롬 입자가 지나치게 큰 경우에 비해서, 용사 피막(10)의 조직 내의 경도차가 감소한다. 그 결과, 용사 피막(10)의 접동면에 있어서 국소적으로 딱딱한 부분(탄화크롬이 편재하는 부분)이 작아져, 탄화크롬에 의해 상대재의 접동면에 미세한 요철이 형성되는 현상이 일어나기 어려워진다. 따라서, 탄화크롬 입자의 메디안 직경이 상기 범위에 있는 경우, 용사 피막(10)의 내마모성이 향상하기 쉬워, 상대재의 접동면의 마모를 억제하기 쉬운 경향이 있다.
분말 조성물에 있어서의 몰리브덴 입자의 함유율이 MMo 질량％이고, 분말 조성물에 있어서의 탄화크롬 입자의 함유율이 MCrC 질량％일 때, MCrC/MMo는 0.33∼1.00이어도좋다. MCrC/MMo가 0.33∼1.00인 경우, TCrC/TMo가 0.46∼1.00의 범위 내로 제어되기 쉽다. 같은 이유에서, MCrC/MMo는 0.54∼0.89여도 좋다.
분말 조성물에 있어서의 니켈크롬 합금 입자의 함유율은, 분말 조성물의 전체 질량에 대하여, 10 질량％∼25 질량％, 또는 10 질량％∼20 질량％여도 좋다. 분말 조성물이 니켈크롬 합금 입자를 포함함으로써, 접동 등에 의해 탄화크롬이 용사 피막(10)으로부터 탈락하는 것을 억제할 수 있다. 분말 조성물 중의 니켈크롬 합금 입자의 함유율이 10 질량％ 이상인 경우, 용사 피막(10)을 구성하는 성분(특히 탄화크롬)의 접동면으로부터의 탈락이 억제되기 쉬운 경향이 있다. 또한, 분말 조성물 중의 니켈크롬 합금 입자의 함유율이 25 질량％ 이하인 경우, 내인화성이 향상하기 쉬운 경향이 있다.
니켈크롬 합금 입자의 메디안 직경은, 10 ㎛∼35 ㎛, 또는 15 ㎛∼30 ㎛여도 좋다. 니켈크롬 합금 입자의 메디안 직경이 10 ㎛ 이상인 경우, 용사 피막(10)을 구성하는 성분(특히 탄화크롬)의 접동면으로부터의 탈락이 억제되기 쉬운 경향이 있다. 또한, 니켈크롬 합금 입자의 메디안 직경이 35 ㎛ 이하인 경우, 용사 피막(10) 중의 조직이 치밀해져, 용사 피막(10)을 구성하는 성분의 탈락이 억제되기 쉬워, 상대재의 마모가 억제되어 쉬운 경향이 있다. 또한, 용사 피막(10) 중의 니켈크롬 합금이 접동면 상에 미세하게 분산되어, 상대재의 마모가 저감되기 쉬운 경향이 있다.
분말 조성물은, 상기 이외의 다른 성분을 포함하고 있어도 좋다. 다른 성분은, 예컨대, 니켈크롬 합금 이외의 니켈 합금, 코발트 합금 및 구리 및 구리 합금 등이어도 좋다. 니켈 합금은, 예컨대 니켈기 자용성 합금이어도 좋다. 분말 조성물 중의 상기 다른 성분의 함유율은, 상기 분말 조성물 전체량을 기준으로 하여, 1 질량％∼10 질량％ 정도이면 좋다. 다른 성분의 메디안 직경은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 분말 조성물은, 불가피한 불순물로서 상기 이외의 성분을 포함하는 경우가 있다. 불순물의 함유율은, 본 발명의 효과를 저해하지 않을 정도로 낮으면 좋다.
분말 조성물은, 용사 장치 내에서 가열되어, 기재(2)의 접동면(2a)을 향하여 고속으로 분사된다. 분말 조성물을 기재(2)의 접동면(2a) 상에 용사하는 방법은, 가스 프레임 용사법, 플라즈마 용사법, 또는 고속 프레임 용사법(HVOF) 등이어도 좋다. 이들 방법 중 플라즈마 용사법이 바람직하다.
플라즈마 용사법에서는, 용사 장치의 양극과 음극 사이에 고전압을 인가함으로써, 양극과 음극 사이의 기체가 플라즈마화된다. 플라즈마화된 기체는 가열되어, 더욱 팽창하기 때문에, 고온 또한 고속으로 용사 장치로부터 분출되어, 플라즈마 제트류(플라즈마 플룸)를 만든다. 용사 장치에 공급된 분말 조성물이 상기 플라즈마 제트류 중에서 가열 및 가속되어, 기재(2)를 향하여 분사된다. 가열 및 가속된 입자는, 입자의 일부가 용융하고 있기 때문에, 기재(2)에 충돌할 때에, 편평화하여, 기재(2)의 접동면(2a) 상에 층형으로 퇴적한다. 그리고, 층형으로 퇴적한 입자는 기재(2) 상에서 급냉되어, 용사 피막(10)을 형성한다.
플라즈마 용사법에 따르면, 분말 조성물 중의 입자를, 다른 용사 방법보다 고온으로 가열할 수 있어, 분말 조성물 중의 각 입자의 용융이 촉진되는 경향이 있다. 이 때문에, 플라즈마 용사법에 따라 제작된 용사 피막(10)의 기재(2)의 접동면(2a)에 수직인 단면(XY)(피막의 두께 방향으로 평행인 단면)에서는, 층형의 몰리브덴상(11)과 층형의 탄화크롬상(12)과 층형의 니켈크롬 합금상(13)이 퇴적하고, 각 상이 습곡하여 서로 중합되며, 또한 얽히는 조직이 형성되는 경향이 있다. 그리고, 용사 피막(10)의 단면에 있어서 상기 조직이 형성됨으로써, 접동 후도 탄화크롬상이 용사 피막(10) 중에 유지되기 쉽고, 또한, 접동 후의 용사 피막(10) 표면이 평활해지기 쉬운 경향이 있다. 따라서, 상기 플라즈마 용사에 의해 얻어진 용사 피막(10)은 내마모성이 우수하고, 또한 상대재의 마모를 억제한다.
플라즈마 용사법에 있어서, 기재(2)에 충돌시키는 입자(플라즈마 플룸 중을 비행하는 용사 입자)의 평균 속도는, 예컨대, 210 m/초 이상, 또는 215 m/초 이상이어도 좋다. 용사 입자의 평균 속도는, 예컨대, 230 m/초 이하, 또는 226 m/초 이하여도 좋다. 플라즈마 용사법에 있어서, 용사 입자의 평균 온도는, 예컨대, 3000℃ 이상, 또는 3025℃ 이상이어도 좋다. 플라즈마 용사법에 있어서, 용사 입자의 평균 온도는, 예컨대, 3250℃ 이하, 또는 3228℃ 이하여도 좋다. 기재(2)에 충돌시키는 입자의 평균 속도가 210 m/초 이상이고, 상기 입자의 평균 온도가 3000℃ 이상인 경우, 몰리브덴 입자가 변형되기 쉽고, 얇은 몰리브덴상이 형성되기 쉬워, TCrC/TMo를 0.46∼1.00의 범위 내로 제어하기 쉽다.
플라즈마 용사의 조건은, 상기 용사 입자의 평균 속도 및 평균 온도가 상기 범위가 되도록 설정된다. TCrC/TMo를 0.46∼1.00의 범위 내에 있는 용사 피막(10)을 제조하는 경우, 플라즈마 용사의 전류값(플라즈마 가스 전류)은, 예컨대, 450 A∼550 A여도 좋고, 전력값은, 예컨대, 45 ㎾∼75 ㎾여도 좋다.
플라즈마 용사 장치 중의 양극과 음극 사이에 공급되는 기체는, 예컨대, 질소, 아르곤, 수소, 또는 헬륨 등이어도 좋다. 상기 기체(플라즈마 작동 가스)는 1종 단독으로 이용되어도 좋고, 2종을 조합하여 이용되어도 좋다. 플라즈마 작동 가스는, 질소와 아르곤의 혼합 가스여도 좋다.
상기 플라즈마 작동 가스의 공급량은, 80 NL/분∼160 NL/분, 또는 100 NL/분∼130 NL/분이어도 좋다. 또한, 플라즈마 작동 가스가, 질소와 아르곤의 혼합 가스인 경우, 혼합 가스 중의 질소의 공급량은 1 NL/분∼20 NL/분이어도 좋다. 혼합 가스 중의 아르곤의 공급량은 79 NL/분∼140 NL/분이어도 좋다. 플라즈마 작동 가스의 공급량이, 상기 하한값 이상인 경우, 용사 시의 입자에 충분한 속도를 부여할 수 있기 때문에, 용사 피막(10)이 치밀해져, 용사 피막(10)으로부터의 각 상의 탈락이 억제되기 쉬운 경향이 있다. 플라즈마 작동 가스의 공급량이 상기 상한값 이하인 경우, 용사 시의 입자의 속도가 지나치게 커지지 않고, 용사 피막(10)이 과도하게 치밀해지는 것이 억제되기 쉬운 경향이 있다. 이 때문에, 용사 피막(10) 중의 내부 응력이 작아져, 용사 피막(10)에 있어서의 크랙이 발생하기 어려운 경향이 있다. 또한, 분말 조성물 중의 입자를 충분히 용융시키는 것이 가능해져, 용융이 충분하지 않은 입자의 덩어리(스피팅)가 용사 피막(10) 중에 포함되는 것이 억제되어, 용사 피막(10)의 표면이 거칠어지는 것이 억제되기 쉬운 경향이 있다.
실시예
이하에, 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 범위는 이들에 한정되는 것이 아니다.
(실시예 1)
[접동 부재(1)의 제작]
일반 구조용 압연 강재(SS400)의 판재를, 세로 5 ㎜, 가로 3.5 ㎜, 두께 8 ㎜의 각기둥형으로 절취함으로써, 시험용 기재를 얻었다. 이하의 순서로, 용사 피막을 기재의 접동면(세로 5 ㎜×가로 3.5 ㎜의 면)에 형성하였다.
50 질량부의 몰리브덴 입자, 15 질량부의 니켈크롬 합금 입자 및 35 질량부의 탄화크롬 입자를 혼합하여, 분말 조성물 A를 얻었다. 몰리브덴 입자로서는, 몰리브덴 가루를 조립 소결하여 얻어진, 파울렉스 가부시키가이샤 제조의 입자(상품명: SG-12S)를 이용하였다. 조립 전의 몰리브덴 가루(1차 입자)의 입자경은 1 ㎛∼3 ㎛이며, 조립 후의 몰리브덴 입자(2차 입자)의 메디안 직경은 31 ㎛였다. 니켈크롬 합금 입자로서는, 술저메트코사 제조의 입자(상품명: Metco 43VF-NS)를 이용하였다. 니켈크롬 합금 입자의 메디안 직경은 22 ㎛였다. 탄화크롬 입자로서는, 술저메트코사 제조의 입자(상품명: Metco 70F)를 이용하였다. 탄화크롬 입자의 메디안 직경은 13 ㎛였다.
플라즈마 용사법에 따라, 분말 조성물 A를 상기 시험용 기재의 접동면 상에 용사함으로써, 실시예 1의 접동 부재를 제작하였다. 플라즈마 용사법은, 술저메트코사 제조의 플라즈마 용사 장치 「TriplexPro」를 이용하여 행하였다. 플라즈마 용사는 이하의 조건 하에서 행하였다. 용사 입자의 평균 속도는 218 m/초로 조정하였다. 용사 입자의 평균 온도는 3228℃로 조정하였다. 용사 입자의 평균 속도 및 평균 온도는 오제르사 제조의 용사 상황 해석 장치 「SprayWatch」(등록 상표)를 이용하여 측정하였다. 용사 입자를 충돌시키는 기재(2)의 접동면의 중앙부에 있어서, 용사 입자의 평균 속도 및 평균 온도를 측정하였다.
전류: 450 A.
전력: 54 ㎾.
캐리어 가스(플라즈마 작동 가스): Ar과 N2의 혼합 가스.
Ar 가스의 유량(공급량): 100 NL/분.
N2 가스의 유량(공급량): 2.2 NL/분.
[접동 부재의 구조 및 조성의 분석]
주사형 전자 현미경(SEM)을 이용한 측정의 결과, 용사 후의 기재의 접동면 상에, 두께가 약 438 ㎛인 용사 피막이 형성되어 있는 것이 확인되었다.
실시예 1의 접동 부재의 용사 피막을, 기재의 접동면에 대하여 수직인 방향으로 절단하였다. 이 용사 피막의 단면(1)에 있어서의 용사 피막을, SEM에 부속된 에너지 분산형 X선 분광 장치(SEM-EDX)에 의해 분석하였다. 분석의 결과, 용사 피막은, 복수의 몰리브덴상, 복수의 탄화크롬상 및 복수의 니켈크롬 합금상을 포함하는 것이 확인되었다. 또한, SEM에 의한 관찰의 결과, 복수의 기공이 용사 피막 중에 형성되어 있는 것이 확인되었다.
실시예 1의 용사 피막의 단면(1)의 반사 전자상을 SEM으로 촬영하였다. 용사 피막의 단면(1)의 반사 전자상을 도 4에 나타낸다. 단면(1)의 반사 전자상의 배율은 500배이며, 반사 전자상의 해상도(픽셀수)는, 1280×960 픽셀이었다. 같은 방법으로, 기재의 접동면에 대하여 수직인 방향에 있어서의 용사 피막의 단면으로서, 단면(1)과는 별도의 부분[단면(2)]의 반사 전자상을 촬영하였다. 단면(2)의 반사 전자상을 도 5에 나타낸다. 도 4 및 5 중의 흰 부분이 몰리브덴상이고, 짙은 회색의 부분이 탄화크롬상이며, 엷은 회색의 부분이 니켈크롬 합금상이고, 검은 부분이 기공이다. 도 4 및 5로부터, 층형의 몰리브덴상, 층형의 탄화크롬상, 층형의 니켈크롬 합금상 및 기공이 각각 습곡하여, 각 상 및 기공이 접동면 상에서 퇴적하고 있는 것이 확인되었다.
실시예 1의 접동 부재의 용사 피막을, 기재의 접동면에 대하여 수직인 방향으로 절단하였다. 이 용사 피막의 단면에 속하는 측정 부위 a, b, c, d 및 e에 있어서의 탄소, 산소, 몰리브덴, 크롬 및 니켈 각각의 함유율을, SEM-EDX에 의해 측정하였다. 측정 결과를 표 3에 나타낸다.
용사 피막의 상기 단면(1)의 반사 전자상을 이용한 이하의 단계 1∼5를 실시하였다.
<단계 1> 반사 전자상에 있어서의 콘트라스트차에 기초하여, 몰리브덴상, 탄화크롬상, 니켈크롬 합금상 및 기공을 서로 식별하였다.
<단계 2> 마스크 사이즈가 3×3 픽셀인 대다수 필터(Majority Filtering)에 의해, 노이즈를 반사 전자상으로부터 제거하였다.
<단계 3> 반사 전자상에 있어서 세로(접동면에 수직인 방향)로 배열되는 복수의 픽셀로 이루어지는 하나의 픽셀열 내에 존재하는 각 상의 두께 및 기공의 폭을 각각 개별로 적산하였다.
<단계 4> 상기 하나의 픽셀열 내에 존재하는 각 상의 수 및 기공의 수를 각각 개별로 세었다.
<단계 5> 반사 전자상에 있어서 세로(접동면에 수직인 방향)로 배열되는 모든 픽셀열에 있어서, 상기 단계 3 및 4를 실시하였다.
상기 단면(1)의 반사 전자상을 이용한 단계 1∼5에 따라, 몰리브덴상의 상수(NMo), 탄화크롬상의 상수(NCrC), 니켈크롬 합금상의 상수(NNiCr), 기공의 수(NP), 몰리브덴상의 두께(TMo), 탄화크롬상의 두께(TCrC), 니켈크롬 합금상의 두께(TNiCr) 및 기공의 폭(D)을 측정하였다. 이들 단면(1)에 관한 측정 결과를, 표 2의 단면 No.1의 행에 나타낸다. 이들 측정 결과에 기초하여 산출한 NMo+NCrC+NNiCr+NP를 표 2에 나타낸다. 단면(1)에 관한 상기 측정 결과에 기초하여 산출한 TMo, TCrC 및 TNiCr의 평균값 TAVE 및 TCrC/TMo를 표 2에 나타낸다.
상기 단면(1)의 반사 전자상의 경우와 동일한 방법으로, 상기 단면(2)의 반사 전자상을 이용한 단계 1∼5를 실시하였다. 단면(2)의 반사 전자상을 이용한 단계 1∼5에 따라, NMo, NCrC, NNiCr, NP, TMo, TCrC, TNiCr 및 D를 측정하였다. 이들 단면(2)에 관한 측정 결과를, 표 2의 단면 No.2의 행에 나타낸다. 이들 측정 결과에 기초하여 산출한 NMo+NCrC+NNiCr+NP를 표 2에 나타낸다. 단면(2)에 관한 상기 측정 결과에 기초하여 산출한 TAVE 및 TCrC/TMo를 표 2에 나타낸다.
[비커스 경도]
이하의 방법으로, 실시예 1의 용사 피막의 비커스 경도를 측정하였다.
JIS Z2244가 규정하는 방법에 준하여, 비커스 경도를 측정하였다. 측정에는 비커스 경도계(주식회사 아카시 제조, 상품명: MVK-G2)를 이용하였다. 비커스 경도의 측정에 있어서, 시험력은 HV0.1이며, 하중의 유지 시간은 10초였다. 접동 부재의 기재의 접동면에 대하여 수직인 방향에 있어서의 용사 피막의 단면의 중앙부에 위치하는 20부분의 비커스 경도를 측정하고, 이들의 평균값을 구하였다. 비커스 경도의 평균값을 표 1에 나타낸다.
[평균 마모량]
실시예 1의 접동 부재의 내마모성 시험을 하기 방법으로 행하였다.
도 3은 내마모성 시험에 이용한 마모량 측정 장치의 측면도이다. 마모량 측정 장치(5)에서는, 접동 부재의 홀더(6)와, 상대재인 디스크(7)가 대향하여 배치되어 있다. 실시예 1의 2개 접동 부재(1)를, 마모 핀으로 하여, 홀더(6)의 소정의 위치에 삽입하여 고정하였다. 홀더(6)에 설치된 접동 부재(1)의 용사 피막(10)을, 디스크(7)에 대향시켰다. 하중(W)을 홀더(6)에 걸어, 접동 부재(1)의 용사 피막(10)과 디스크(7)를 접촉시켰다. 용사 피막(10)과 디스크(7)가 접촉한 상태로, 접촉면에 윤활유를 공급하면서, 디스크(7)를 하기 조건으로 도 3의 화살표(R) 방향으로 회전시켰다.
<시험 조건>
마모 핀(접동 부재)의 치수: 세로 5.0 ㎜×가로 3.5 ㎜×두께 8.0 ㎜.
as-coat 피막(용사 후에 연마 등의 후처리가 되어 있지 않은 용사 피막)(5.0 ㎜×3.5 ㎜).
상대재: φ이 60 ㎜인 디스크(원반).
크로스 해칭 마무리에 의해 조정된 산술 평균 거칠기(Ra): 0.2 ㎛∼0.4 ㎛.
붕소주철제(「타르칼로이」(등록 상표)).
피스톤 링 1개와 디스크의 접촉 면적: 3.5 ㎜×5 ㎜.
접촉면압: 94 ㎫.
윤활유: JOMO Delstar F20 상당품.
윤활유 공급: 오일 공급(150 mL/분).
윤활유 온도: 80℃(오일 배스 설정), 약 65℃(접동면에의 공급 시간).
시험 방법: 1) 하중 500 N, 상대재 회전 속도 500 rpm으로 5분간 연습 운전.
2) 하중 3300 N, 상대재 회전 속도 790 rpm으로 60분간 본시험.
3) 용사 피막 및 상대재의 마모량을 측정.
4) 1)∼3)을 재차 행한다.
마이크로미터를 이용하여, 내마모성 시험 전후에 있어서의, 접동 부재(1) 전체의 두께[기재(2)와 용사 피막(10)의 두께의 합계값]를 측정하였다. 내마모성 시험 전의 접동 부재(1)의 두께로부터, 내마모성 시험 후의 접동 부재(1)의 두께를 뺌으로써, 용사 피막(10)의 마모량을 산출하였다. 용사 피막마다 내마모성 시험을 3회 행하여, 얻어진 용사 피막의 마모량의 산술 평균값을 용사 피막(10)의 평균 마모량으로 하였다. 실시예 1의 용사 피막의 평균 마모량을 표 1에 나타낸다.
또한, 촉침식 단차계를 이용하여, 내마모성 시험 후의 디스크 표면의 접동부(접동 자국)의 바닥면과 비접동부 표면의 거리(단차)를 측정하였다. 이 거리(단차)가, 상대재의 마모량이다. 용사 피막마다 내마모성 시험을 3회 행하고, 얻어진 상대재의 마모량의 산술 평균값을 상대재의 평균 마모량으로 하였다. 상대재의 평균 마모량을 표 1에 나타낸다.
(실시예 2∼3 및 비교예 1∼4)
실시예 2∼3 및 비교예 1∼4 각각의 접동 부재의 제작에서는, 용사 입자의 평균 속도 및 평균 온도를 하기 표 1에 기재된 값으로 조정하였다.
비교예 4에서는, 분말 조성물 A 대신에 분말 조성물 B를 이용하였다. 분말 조성물 B는, 60 질량부의 몰리브덴 입자와, 30 질량부의 니켈크롬 합금 입자와, 10 질량부의 탄화크롬 입자를 포함하는 것이었다.
이상의 사항을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로, 실시예 2∼3 및 비교예 1∼4 각각의 접동 부재를 제작하였다.
실시예 1과 동일한 방법으로, 각 실시예 및 비교예의 접동 부재의 구조 및 조성을 분석하였다. 분석 결과를 표 1∼3에 나타낸다.
실시예 1과 동일한 방법으로 촬영한 실시예 2의 용사 피막의 단면(1)의 반사 전자상을 도 6에 나타낸다. 실시예 1과 동일한 방법으로 촬영한 실시예 2의 용사 피막의 단면(2)의 반사 전자상을 도 7에 나타낸다.
실시예 1과 동일한 방법으로 촬영한 실시예 3의 용사 피막의 단면(1)의 반사 전자상을 도 8에 나타낸다. 실시예 1과 동일한 방법으로 촬영한 실시예 3의 용사 피막의 단면(2)의 반사 전자상을 도 9에 나타낸다.
실시예 1과 동일한 방법으로 촬영한 비교예 1의 용사 피막의 단면(1)의 반사 전자상을 도 10에 나타낸다. 실시예 1과 동일한 방법으로 촬영한 비교예 1의 용사 피막의 단면(2)의 반사 전자상을 도 11에 나타낸다.
실시예 1과 동일한 방법으로 촬영한 비교예 2의 용사 피막의 단면(1)의 반사 전자상을 도 12에 나타낸다. 실시예 1과 동일한 방법으로 촬영한 비교예 2의 용사 피막의 단면(2)의 반사 전자상을 도 13에 나타낸다.
실시예 1과 동일한 방법으로 촬영한 비교예 3의 용사 피막의 단면(1)의 반사 전자상을 도 14에 나타낸다. 실시예 1과 동일한 방법으로 촬영한 비교예 3의 용사 피막의 단면(2)의 반사 전자상을 도 15에 나타낸다.
실시예 1과 동일한 방법으로 촬영한 비교예 4의 용사 피막의 단면(1)의 반사 전자상을 도 16에 나타낸다. 실시예 1과 동일한 방법으로 촬영한 비교예 4의 용사 피막의 단면(2)의 반사 전자상을 도 17에 나타낸다.
도 6∼17에 나타내는 바와 같이, 실시예 2∼3 및 비교예 1∼4 각각의 접동 부재는 모두, 기재와, 기재의 접동면 상에 형성된 용사 피막을 구비하고, 용사 피막이 몰리브덴상, 탄화크롬상 및 니켈크롬 합금상을 포함하며, 몰리브덴상, 탄화크롬상, 니켈크롬 합금상 및 기공이 기재의 접동면 상에 퇴적하고 있는 것이 확인되었다.
실시예 1과 동일한 방법으로, 다른 실시예 및 비교예 각각의 용사 피막의 비커스 경도를 측정하였다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
실시예 1과 동일한 방법으로, 다른 실시예 및 비교예 각각의 접동 부재를 이용한 내마모성 시험을 행하고, 각 용사 피막의 평균 마모량 및 상대재의 평균 마모량을 측정하였다. 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
TCrC/TMo가 0.46∼1.00인 실시예 1∼3에서는, 비교예 1∼4에 비해서, 내마모성 시험 후의 용사 피막의 마모량이 작고, 또한, 상대재의 마모량을 작은 것이 확인되었다.
실시예 1∼3 및 비교예 1∼3의 용사 피막은 모두 분말 조성물 A로 형성되었음에도 불구하고, 비교예 3에서는, 실시예 1∼3 및 비교예 1∼2의 용사 피막 정도의 미세한 조직이 얻어지지 않았다(도 4∼15를 참조). 표 2에 나타내는 바와 같이, 비교예 3의 용사 피막에서는, 실시예 1∼3 및 비교예 1∼2와 비교하여, 각 상의 평균 두께가 크고, 평균 상 수가 적었다. 비교예 3과 실시예 1∼3 및 비교예 1∼2의 차이는, 비교예 3에서는 용사 입자의 평균 속도가 작았던 것에 기인한다고 생각된다. 비교예 3에서는, 실시예 1∼3 및 비교예 1∼2에 비해서, 용사 피막 및 상대재의 평균 마모량이 컸다. 이것은, 비교예 3의 용사 피막의 조직은 미세하지 않았기 때문에, 어브레시브 마모가 발생한 것에 기인한다라고 생각된다.
본 발명에 따른 접동 부재는, 예컨대, 자동차 또는 선박 등의 엔진용의 피스톤 링에 적용된다.
1…접동 부재(피스톤 링), 2…기재, 2a…접동면, 5…마모량 측정 장치, 6…홀더, 7…디스크, 10…용사 피막, 11…몰리브덴상, 12…탄화크롬상, 13…니켈크롬 합금상, 14…기공.

Claims (6)

  1. 기재와, 상기 기재의 접동(摺動)면 상에 형성된 용사 피막을 구비하고,
    상기 용사 피막이 몰리브덴상, 탄화크롬상 및 니켈크롬 합금상을 포함하며,
    상기 몰리브덴상, 상기 탄화크롬상 및 상기 니켈크롬 합금상이 상기 기재의 접동면 상에 퇴적하고,
    상기 기재의 접동면에 대하여 수직인 방향에 있어서의 상기 탄화크롬상의 두께의 평균값이 TCrC이며,
    상기 기재의 접동면에 대하여 수직인 방향에 있어서의 상기 몰리브덴상 두께의 평균값이 TMo일 때,
    TCrC/TMo가 0.46∼1.00인, 접동 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 TMo가 1.4 ㎛∼4.2 ㎛이고,
    상기 TCrC가 1.1 ㎛∼2.2 ㎛인, 접동 부재.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기공이 상기 용사 피막 내에 형성되어 있고,
    상기 몰리브덴상, 상기 탄화크롬상, 상기 니켈크롬 합금상 및 상기 기공이 상기 접동면 상에서 중첩되어 있으며,
    상기 접동면 상에서 중첩된, 상기 몰리브덴상, 상기 탄화크롬상, 상기 니켈크롬 합금상 및 상기 기공의 수의 합계가, 상기 접동면에 수직인 방향에 있어서의 상기 용사 피막의 단위 두께당 48/(100 ㎛)∼71/(100 ㎛)인, 접동 부재.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용사 피막 중의 몰리브덴 원자의 함유율이 37 질량％∼51 질량％이고,
    상기 용사 피막 중의 크롬 원자의 함유율이 19 질량％∼32 질량％이며,
    상기 용사 피막 중의 니켈 원자의 함유율이 6 질량％∼13 질량％이고,
    상기 용사 피막 중의 탄소 원자의 함유율이 10 질량％∼14 질량％인, 접동 부재.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용사 피막의 평균 경도가 400 HV0.1∼900 HV0.1인, 접동 부재.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 접동 부재를 구비하는 피스톤 링.
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