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문제 정의
- 본 연구에서는 SCM415합금강 시험편에 침탄열처리와 C-N, TiN박막 코팅을 시켜 상온, 상압 및 무윤활상태에서 볼 온 디스크형 마찰 . 마모시험기와 긁기실험기로 시편의 마찰 .
제안 방법
- C-N박막층의 두께가 임계하중에 미치는 영향을 고찰하기 위하여 본 실험에서는 플라즈마 이온주입시간을 조절하여 C-N박막두께를 0.6, 1.1, 1.7, 2.4, 3.1 啊가 되는 시편을 제작하였다. 박막층의 두께측정은 광학현미경을 사용하여 측정하였다.
- 01^의 범위에서 측정하였다. 경도측정의 정확성을 위하여 시험편 종류에 따라하중을 같게 하였으며, 시험편마다 5회씩 측정하여 그 평균값을 구하였다. C-N박막과 TiN박막의 마이크로 경도를 Fig.
- 긁기시험법을 이용하여 C-N박막과 TiN박막의 임게하중을 비교하였다.
- 실험순서는 초음파세척, 건조, 마찰.마모시험, 초음파세척, 건조 현미경관찰, 표면거칠기측정 순으로 수행하였다.
- . 마모시험은 Fig. 1에 나타낸 바와 같이 볼 온 디스크형으로 상대시편인 세라믹 볼을 회전하는 박막증착된 시험편을 디스크위에 올려놓고 일정한 하중으로 가압하면서 상온, 상압, 무윤활유 상태에서 마찰.마모시험을 수행하였다.
- 1에 나타낸 바와 같이 볼 온 디스크형으로 상대시편인 세라믹 볼을 회전하는 박막증착된 시험편을 디스크위에 올려놓고 일정한 하중으로 가압하면서 상온, 상압, 무윤활유 상태에서 마찰.마모시험을 수행하였다.
- 마모시험기와 긁기실험기로 시편의 마찰 . 마모실험을 하여 모재의 경£, 표면거칠기, 박막층의 두께 등이 임계하중에 미치는 영향과 코팅층과 모재와의 접착강도를 구하였다. 본 연구에서 얻은 결과들을 요약하면 다음과 같다.
- 마찰.마모의 실험조건은 미끄럼속도를 100mm/sec로 항상 일정하게 하고 하중은 50, 100, 150N으로 변화시키면서 실험을 하였다.
- 시험편의 마찰.마모측정을 위하여 일정한 미끄럼거리에서 실험을 정지시켜 초음파세척을 한 후 마찰상태를 관찰하고, 볼의 마모영향을 최소한 줄이기 위해 각 단계마다 볼의 접촉부를바꾸면서 실험을 계속하였다. 이로 인하여 각 단계의 초기에는 마찰계수가 급격히 떨어졌다가 길들이기 상태가 반복적으로 나타나면서 다시 정상마모상태를 유지하는 현상이 나타났다.
- 모재경도에 따른 임계하중변화는 박막두께 t = 3.1 P叽 표면거칠기 Ra = 0.21Azm, 담금질온도를 조절하면서 모재경도를 42~65HRC로 맞추었다. 모재표면거칠기에 따른 임계하중변화는 박막두께 t = 3.
- 21Azm, 담금질온도를 조절하면서 모재경도를 42~65HRC로 맞추었다. 모재표면거칠기에 따른 임계하중변화는 박막두께 t = 3.1/zm, 모재경도 65HRC, 입도가 다른 연마지를 이용하여 표면거칠기를 Ra = 0.21 ~0.96/血로 맞추었다. 박막두께에 따른 임계하중변화는 표면거칠기 Ra = 0.
- 1 啊가 되는 시편을 제작하였다. 박막층의 두께측정은 광학현미경을 사용하여 측정하였다.
- 본 실험에서는 그라인딩과 플리싱을 하여 표면거칠기가 0.2~lpm되는 실험디스크를 제작하여 같은 조건하에서 디스크 표면위에 두께 第m되는 C-N박막을 입혀 임계하중을 측정하였다.
- 본 연구에서는 시험편의 박막층경도를 측정하기 위하여 마이크로 비커스 경도 시험기를 사용하여 측정하였다. 코팅층의 경도측정에서 모재의 경도가 낮은 영향을 배제하기 위하여 마이크로 비커스경도의 작용하중을 가능한 작게 하여 0.
- 본 연구에서는 항공기, 자동차, 오토바이, 일반산업 기계 등에 널리 사용되고 있는 기어의 내마모성에 관한 연구를 하기위하여 기어재료인 SCM415 합금강을 시험편재료로 선택하여 플라즈마 이온주입법 PSIL으로 시험편표면에 C-N박막을 증착시켜 PSU코팅층의 특성과 모재경도 박막층 두께, 표면거칠기 등이 임계하중에 미치는 영향을 고찰하고, C-N코팅과 TiN코팅의 마찰계수와 임계하중을 구하였다.
- 모재의 경도 표면거칠기, 및 박막두께에 따르는 박막층과 모재표면의 접착강도를 평가하기 위하여 아래와 같은 실험분석을 수행하였다. 시험편 표면을 연마지 600, 800, 1000, 1200, 1500, 2000Cw를 사용하여 모재의 표면거칠기를 Ra = 0.2~功m로 필요한 만큼 연마하였다.
- 본 실험에서는 긁기 시험기를 사용하였으며 200 伊의 곡률을 가진 다이아몬드압자로 실험하였다. 시험편마다 5회씩 측정하여 그 평균값을 구하였다. 모재의 경도 표면거칠기, 및 박막두께에 따르는 박막층과 모재표면의 접착강도를 평가하기 위하여 아래와 같은 실험분석을 수행하였다.
- 시험편표면에 플라즈마 이온주입 시험기 (PSU-EX)를 사용하여 고경도 박막층을 증착시켰으며, 마찰 . 마모시험은 Fig.
- 열처리공정을 변화시켜 SCM415 시험편의 표면경도를 42, 48, 55, 61, 65HRC되는 시험편을 제작하였고, Fig. 2은 SCM415모재의 경도에 따른 임계하중 변화를 나타냈다.
- 코팅층의 경도측정에서 모재의 경도가 낮은 영향을 배제하기 위하여 마이크로 비커스경도의 작용하중을 가능한 작게 하여 0.1~1.01^의 범위에서 측정하였다. 경도측정의 정확성을 위하여 시험편 종류에 따라하중을 같게 하였으며, 시험편마다 5회씩 측정하여 그 평균값을 구하였다.
대상 데이터
- 실험방법이다. 본 실험에서는 긁기 시험기를 사용하였으며 200 伊의 곡률을 가진 다이아몬드압자로 실험하였다. 시험편마다 5회씩 측정하여 그 평균값을 구하였다.
- 본 연구에서 사용한 시험편은 기어재료에 널리 사용하고 있는 KSD규격인 SCM415강을 사용하였다. SCM415 의 화학적 성분을 Table 1에 나타냈다.
- SCM415 의 화학적 성분을 Table 1에 나타냈다. 시편의 크기는 지름이 030이고 두께가 10皈皿인디 스크형 으로 가공하고 플라즈마 이온주입 시험기와 물리증착시험기를 사용하여 C-N박막과 TiN박막을 증착하였다.
성능/효과
- 364로서 Fig. 5(b)의 C-N박막층의 평균마찰계수 0.192보다 높게 나타났으며, C-N박막층의 마찰계수의 변화는 TiN박막층의 마찰계수의 변화보다 더 안정적으로 나타났다.
- 1) 모재경도와 C-N박막층의 두께가 증가할수록 임계하중이 증가하였다. 그리고 표면거칠기가 거칠수록 임계하중이 감소하였다.
- 2) C-N 박막과 TiN 박막의 마찰계수는 하중의 증가에 따라 다소 감소하는 경향으로 나타났고, 동일한 하중일 때 C-N 박막층의 마찰계수는 TiN 박막층의 마찰계수보다 작게 나타났다.
- 3) C-N 박막의 최대 마이크로비커스 경도값은 3200HV로 나타났으며, TiN박막의 경도 보다 32~43% 높게 나타났다. C-N박막의 임계하중은 TiN박막의 임계하중보다 약 25% 높게 나타났다.
- 4) 플라즈마 이온주입법으로 C-N코팅을 한 경우 경도는 모재보다 61~70% 증가되었으며, 마찰계수는 14~50% 감소되었다. 또한 C-N박막층의 마찰기구는 응착마모로부터 산화마모로 변화되는 것이 관찰 되 었다.
- 1N 하중에서 C-N박막의 비커스 경도값은 3200HV로 나타났으며 TiN박막의 마이크로 비커스 경도값은 2090HV으로 나타났다. 동일하중에서 C-N박막의 마이크로 비커스 경도가 TiN박막의 마이크로 비커스 경도보다 32~43% 높게 나타났다.
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