[논문]고탄소크롬 베어링강 2종(SUJ2) 베어링강에 증착된 저마찰 코팅의 트라이볼로지적 특성 연구

강경모; 신동갑; 박영훈; 김세웅; 김대은

doi:10.9725/kts.2018.34.6.254

고탄소크롬 베어링강 2종(SUJ2) 베어링강에 증착된 저마찰 코팅의 트라이볼로지적 특성 연구
A Study on the Tribological Characteristics of Low Friction Coating Deposited on SUJ2 Bearing Steel 원문보기

한국윤활학회지 = Tribology and lubricants, v.34 no.6, 2018년, pp.254 - 261

강경모 (연세대학교 대학원 기계공학과) , 신동갑 (연세대학교 대학원 기계공학과) , 박영훈 (일진그룹 선행재료연구센터 재료이노베이션팀) , 김세웅 (일진그룹 선행재료연구센터 재료이노베이션팀) , 김대은 (연세대학교 대학원 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In order to reduce resistance torque and energy loss, minimizing friction between race surface and rolling elements of a bearing is necessary. Recently, to reduce friction in bearing element, solid lubricant coating for the bearing raceway surface has been receiving much attention. Considering the operating conditions of real bearings, verifying the effect of solid lubricant coatings under extreme conditions of high load that is more than 1 GPa is necessary. In this study, we evaluated the friction and wear characteristics of SUJ2 bearing steels deposited by carbon-based coatings (Si-DLC, ta-C), $MoS_2$ and graphite. In case of $MoS_2$ and graphite coatings, different surface treatments were applied to the coatings to verify the effect of surface treatment. A pin-on-disc type tribotester was used to evaluate the tribological characteristics of the coatings. It was possible to quantitatively estimate the friction and wear characteristics of solid lubricant under dry and lubrication conditions. The carbon-based coatings improved the friction and wear properties of SUJ2 bearing steels under the high load condition, but $MoS_2$ and graphite coatings were not suitable for high load conditions due to its low hardness. Different friction and wear behaviors were found for different substrate surface treatment method. Also, it was confirmed that solid lubricant coatings had a more positive effect than just applying the lubricant for improving the tribological characteristics.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. Bare SUJ2 and coated specimens.
그림 Fig. 2. Scheme of MoS₂, graphite coatings.
그림 Fig. 3. Pin-on-disc rotational type tribotester.
그림 Fig. 4. Nano-indentation of carbon-based coatings.
표 Table 1. Friction test conditions
표 Table 2. Vickers hardness and conversed value
그림 Fig. 5. Friction coefficient in dry condition.
그림 Fig. 6. Lubricated specimen.
그림 Fig. 7. Friction coefficient in lubricant condition.
그림 Fig. 8. Cross section images of wear tracks and surface profile curves for (a) Substrate[SUJ2] (b) Si-DLC coating (c) ta-C coating.
그림 Fig. 9. Cross section photos of wear tracks and surface profile curves for (a) MoS2 coating treated by sand blasting, (b) MoS2 coating treated by manganese phosphate, (c) Graphite coating treated by sand blasting, (d) Graphite coating treated by manganese phosphate.
그림 Fig. 10. Wear rate for various solid lubricant coatings.
그림 Fig. 11. Cross section images of wear tracks for (a) Substrate[ SUJ2], (b) Si-DLC coating, (c) ta-C coating, (d) MoS₂ coating treated by sand blasting, (e) Graphite coating treated by sand blasting.
그림 Fig. 12. Wear rate for substrate[SUJ2] and various solid lubricant coatings.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 다양한 고체윤활 코팅이 갖는 마찰학적 특성 확인하고자 하였다. 측정하고자 하는 고체윤활코팅의 소재로는 고강도 탄소기반 코팅인 ta-C(tetrahed-ral carbon) 및 Si-DLC과 산업계에서 많이 적용되고 있는 코팅소재인 MoS₂ 및 그래파이트를 선정하였다.
본 연구에서는 다양한 종류의 고체윤활 코팅의 베어링 시편에 대한 적용 가능성을 평가하기 위해 베어링작동환경을 고려한 높은 접촉 압력조건에서 마찰실험을 진행하였고 다음의 결론을 얻었다.
본 연구에서는 베어링의 실제 작동환경을 고려하여 고하중 조건에서 SUJ2 베어링 강에 증착된 다양한 고체윤활 코팅이 갖는 마찰 및 마모 특성을 확인하였다. 마찰 실험에 앞서 진행하였던 경도측정 결과를 통해 탄소기반 코팅의 높은 경도를 확인하였고, 특히 ta-C코팅이70 GPa의 가장 높은 경도 값을 갖는 고경도 코팅임을 확인하였다.
본 연구에서는 실제 베어링의 작동환경을 고려하여 고하중 접촉조건하에서 다양한 고체윤활 코팅이 갖는 마찰 및 마모저감 효과를 평가 및 분석하였다. 산업계에서 우수한 가공 용이성, 기계적 물성과 내화학성 특성으로 인해 다양한 분야에서 활용되고, 베어링 소재로도 이용되는 SUJ2 베어링 강에 탄소 등의 다양한 고체윤활 코팅을 증착하여 각 코팅의 트라이볼로지적 특성을 평가하였다.

제안 방법

건식 실험 후 마모트랙을 3D 공초점 레이저 현미경을 통해 분석하였다. 건식실험에서 모재(SUJ2) 시편은 응착현상이 확인되었으며 Fig.
실험은 5,000 cycle동안 진행하였으며 동일한 조건으로 건식실험과 윤활실험을 진행하였다. 건식조건 실험을 통해 고체윤활 코팅의 마모를 가속화하여 내마모 특성을 상대비교 평가하였으며 그리스 윤활조건의 실험을 통해 실제 베어링의 작동환경을 고려하였다. 그리스는 베어링 업체에서 실제 사용되는 우레아 증주제 기반의 IJ-AF그리스를 일진그룹 선행재료연구센터를 통해 제공받았다.
경계 윤활조건과 같은 윤활의 역할이 적어지는 극한조건을 고려하여 건식조건의 마찰실험을 진행하였다. Fig.
SUJ2 베어링 강에 증착된 고체 윤활 코팅이 갖는 트라이볼로지적 특성을 평가 및 분석하기 위해 Pin-on-disc 방식의 마찰실험기를 활용하였다. 고체 윤활 코팅이 증착되지 않은 베어링 강 시편과 코팅이 증착된 시편의 마찰실험을 통해 마찰저감효과를 분석하고, 시편에 발생한 마모를 3D 공초점 레이저 현미경로 분석하여 각 시편이 갖는 내마모성을 정량적으로 평가하였다. 실험을 통해 얻은 트라이볼로지적 특성의 비교 분석을 기반으로 각 고체 윤활 코팅의 고하중 베어링용 코팅의소재로서의 적용가능성을 확인하였다.
마모를 판단하기 위한 기본적인 물성인 경도 측정을 진행하였다. 탄소기반 코팅과 모재(SUJ2), MoS₂, 그래파이트 코팅의 경도를 각각 나노인덴터(CSM Instrum-ent社)와 비커스 경도계(Zwick Roell 社)를 이용하여 측정하였다.
자세한 실험조건은 Table 1에 명시하였다. 모든 실험은 신뢰성을 고려하여 3번 반복 진행하였다.
모재 시편 및 각 고체윤활 코팅의 마찰 및 마모 실험은 ball-on-disc 회전운동형 마찰시험기(CSM Instrum-ent社)를 이용하여 진행하였다. 해당 마찰실험기는 척을 이용해 시편을 수평으로 고정하고 자중 방식으로 핀에 수직하중을 가한 상태에서 시편을 회전시킨다.
베어링의 윤활제로 활용되는 우레아 증주제 기반의IJ-AF 그리스를 정량적으로 도포한 뒤 마찰실험을 진행하였다. 윤활조건 마찰실험에서 MoS₂와 그래파이트 코팅의 경우, 건식조건 실험에서 더 효과적인 마찰 저감을 보인 샌드블래스팅 방식으로 표면 처리한 시편만으로 마찰실험을 진행하였다.
와 그래파이트 코팅은 생산 및 증착 기술이 상용화된 코팅이다. 본 연구에서 사용된 모든 고체윤활 코팅은 일진그룹 선행재료연구센터를 통해 제공받았으며, ta-C코팅와 Si-DLC코팅은 동우HST에서 각각 FCVA(Filtered Catho-dic Vacuum Arc) 장비와 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장비를 이용하여 SUJ2 베어링 강에 증착하였고 탄소기반 코팅의 경우, 베어링 강기판과의 부착력을 높이기 위해 약 300 nm 두께 Cr층을 중간층을 적용하였다.
나노인덴터의 Berkovich형상 팁을 이용하여 탄소 기반 코팅의 경도 측정을 진행하였으며 1 mN/min으로압입하였다. 비커스 경도측정은 코팅의 두께와 기판의 영향을 고려하여 10 gf의 수직하중을 10초간 압입하는조건으로 선정하였다. 모든 측정은 상온(~25℃, ~32%RH)에서 수행하였다.
본 연구에서는 실제 베어링의 작동환경을 고려하여 고하중 접촉조건하에서 다양한 고체윤활 코팅이 갖는 마찰 및 마모저감 효과를 평가 및 분석하였다. 산업계에서 우수한 가공 용이성, 기계적 물성과 내화학성 특성으로 인해 다양한 분야에서 활용되고, 베어링 소재로도 이용되는 SUJ2 베어링 강에 탄소 등의 다양한 고체윤활 코팅을 증착하여 각 코팅의 트라이볼로지적 특성을 평가하였다.
56 mm의 SUJ2 베어링 강구로 선정하였다. 실제 베어링에 가해지는 높은 접촉압력을 고려하여 핀에 15 N의 수직하중을 가하여 시편과 상대면 사이에 1.6 GPa의 높은 접촉압력을 구현하였다. 실험은 5,000 cycle동안 진행하였으며 동일한 조건으로 건식실험과 윤활실험을 진행하였다.
6 GPa의 높은 접촉압력을 구현하였다. 실험은 5,000 cycle동안 진행하였으며 동일한 조건으로 건식실험과 윤활실험을 진행하였다. 건식조건 실험을 통해 고체윤활 코팅의 마모를 가속화하여 내마모 특성을 상대비교 평가하였으며 그리스 윤활조건의 실험을 통해 실제 베어링의 작동환경을 고려하였다.
베어링의 윤활제로 활용되는 우레아 증주제 기반의IJ-AF 그리스를 정량적으로 도포한 뒤 마찰실험을 진행하였다. 윤활조건 마찰실험에서 MoS₂와 그래파이트 코팅의 경우, 건식조건 실험에서 더 효과적인 마찰 저감을 보인 샌드블래스팅 방식으로 표면 처리한 시편만으로 마찰실험을 진행하였다. Fig.
마모를 판단하기 위한 기본적인 물성인 경도 측정을 진행하였다. 탄소기반 코팅과 모재(SUJ2), MoS₂, 그래파이트 코팅의 경도를 각각 나노인덴터(CSM Instrum-ent社)와 비커스 경도계(Zwick Roell 社)를 이용하여 측정하였다.
현미경을 통해 측정한 마모면적을 실험조건인 수직하중(15 N)과 실험시간(5,000 cycle)로 나눠 마모율을 계산하였고, 이를 Fig. 10에 나타내었다. 탄소기반 코팅들은 약 2.

대상 데이터

, 그래파이트 코팅은 13 mm 두께로 증착되었다. Fig. 1은 본 연구에서 사용된 총 7개의 시편이며, 표면처리된 MoS₂와 그래파이트 코팅의 개요도는 Fig. 2와 같다.
건식조건 실험을 통해 고체윤활 코팅의 마모를 가속화하여 내마모 특성을 상대비교 평가하였으며 그리스 윤활조건의 실험을 통해 실제 베어링의 작동환경을 고려하였다. 그리스는 베어링 업체에서 실제 사용되는 우레아 증주제 기반의 IJ-AF그리스를 일진그룹 선행재료연구센터를 통해 제공받았다. 자세한 실험조건은 Table 1에 명시하였다.
베어링에서 궤도면의 상대면이 동일재질인 SUJ2임을 고려하여 마찰실험의 상대면을 직경 5.56 mm의 SUJ2 베어링 강구로 선정하였다. 실제 베어링에 가해지는 높은 접촉압력을 고려하여 핀에 15 N의 수직하중을 가하여 시편과 상대면 사이에 1.
본 연구에서는 다양한 고체윤활 코팅이 갖는 마찰학적 특성 확인하고자 하였다. 측정하고자 하는 고체윤활코팅의 소재로는 고강도 탄소기반 코팅인 ta-C(tetrahed-ral carbon) 및 Si-DLC과 산업계에서 많이 적용되고 있는 코팅소재인 MoS₂ 및 그래파이트를 선정하였다. 해당 소재를 직경 50mm의 원형 SUJ2 베어링 강 기판에 증착하였다.
측정하고자 하는 고체윤활코팅의 소재로는 고강도 탄소기반 코팅인 ta-C(tetrahed-ral carbon) 및 Si-DLC과 산업계에서 많이 적용되고 있는 코팅소재인 MoS₂ 및 그래파이트를 선정하였다. 해당 소재를 직경 50mm의 원형 SUJ2 베어링 강 기판에 증착하였다.

이론/모형

SUJ2 베어링 강에 증착된 고체 윤활 코팅이 갖는 트라이볼로지적 특성을 평가 및 분석하기 위해 Pin-on-disc 방식의 마찰실험기를 활용하였다. 고체 윤활 코팅이 증착되지 않은 베어링 강 시편과 코팅이 증착된 시편의 마찰실험을 통해 마찰저감효과를 분석하고, 시편에 발생한 마모를 3D 공초점 레이저 현미경로 분석하여 각 시편이 갖는 내마모성을 정량적으로 평가하였다.
나노인덴터의 Berkovich형상 팁을 이용하여 탄소 기반 코팅의 경도 측정을 진행하였으며 1 mN/min으로압입하였다. 비커스 경도측정은 코팅의 두께와 기판의 영향을 고려하여 10 gf의 수직하중을 10초간 압입하는조건으로 선정하였다.

성능/효과

1. SUJ2 소재끼리의 접촉은 고하중 조건에서 응착으로 인해 높은 마찰력과 마모가 발생하였으며, 윤활제의적용으로 이를 완화시킬 수 있으나 고체윤활 코팅을 적용한 경우보다 트라이볼로지적 특성이 크게 향상되지는 않았다.
2. 고경도의 탄소기반 코팅은 우수한 트라이볼로지적 특성으로 인해 고하중의 실험조건에서 SUJ2베어링 강의 저마찰 및 내마모성을 향상에 가장 효과적이었으므로 고하중의 작동환경에서 충분히 활용 가능할 것으로 판단된다.
탄소기반 코팅은 안정적인 마찰계수와 마모율을보 여주었고, 특히 Si-DLC코팅은 저마찰 특성이 매우 우수함을 확인하였다. MoS₂와 그래파이트 코팅은 ta-C코팅보다는 낮고 Si-DLC보다는 높은 평균 마찰계수를 보였으나, 마찰계수가 cycle증가에 따라 증가하는 경향을 나타났으며 마모율도 크게 나타났다. 이는 경도가 낮은 MoS₂와 그래파이트 코팅이 높은 수직하중을 견디지 못하고 마모가 발생하여 코팅이 제거되었고, 코팅이 가진cycle 초반의 저마찰 특성이 cycle 후반까지 유지되지 못했기 때문인 것으로 해석된다.
마찰 실험에 앞서 진행하였던 경도측정 결과를 통해 탄소기반 코팅의 높은 경도를 확인하였고, 특히 ta-C코팅이70 GPa의 가장 높은 경도 값을 갖는 고경도 코팅임을 확인하였다. MoS₂와 그래파이트 코팅은 기판의 소재인베어링 강보다는 낮은 경도 값을 보였고 샌드블래스팅방식으로 표면처리한 경우가 인산망간처리 방식의 경우보다 경도가 조금 더 높았다. 해당 결과를 통해 탄소기반 코팅이 고하중 조건의 높은 접촉압력에서 우수한 내마모성을 나타낼 것으로 기대할 수 있었다.
따라서 해당 실험에서 사용된 IJ-AF그리스의 경우, ta-C코팅의 마찰 특성 향상에 긍정적인 영향을 주나, Si-DLC 코팅에는 적합하지 않을 것으로 판단된다. MoS₂와 그래파이트 코팅은 마찰계수가 안정되지 않았고 마모율은 건식실험의 값과 크게 다르지 않았다. 이는 그리스의 적용과 무관하게MoS₂와 그래파이트 코팅이 높은 수직하중을 견디지 못하였고, 심한 마모가 발생했던 것으로 판단된다.
07의 낮은 마찰계수를 나타냈다. MoS₂와 그래파이트 코팅은 샌드블래스팅 방식으로 표면처리한 경우에는 0.08, 0.11, 인산망간처리 방식으로 표면처리한 경우에는 0.09, 0.16의 평균마찰계수로 계산되었고, 마찰계수가 cycle진행에 따라 점점 증가하는 경향을 보였다. 표면처리 방식에는 샌드블래스팅이 인산망간처리보다 마찰 저감에 더 효과적임을 확인할 수 있었다.
1의 마찰계수를 보였다. Si-DLC코팅의 마찰계수는 건식조건에서보다 소폭 증가하였으며, ta-C코팅의 경우에는 0.17에서0.1로 감소한 것을 확인하였다. 이전에 진행된 윤활제와첨가제 종류에 따른 탄소기반 코팅의 마찰 경향성 변화에 대한 연구 결과에 따르면, 동일한 윤활제나 첨가제가 적용된 조건에서도 사용된 탄소기반 코팅의 종류마다 다른 화학 반응 및 트라이보필름이 발생하고 마찰 및 마모 경향성이 바뀌는 것을 확인할 수 있다[7, 8].
이는 그리스가 상대면인 SUJ2 베어링 강구 사이에 윤활막을 형성하여 응착현상을 저해한 것으로 파악된다. 결과적으로 모재(SUJ2)에 그리스를 사용하는 경우 고하중 조건에서 마찰 및 마모 저감에 긍정적인 영향을 줄 수 있으나, 불안정한마찰계수와 응착현상이 발생했다는 점에서 그리스의 적용만으로 미끄럼 마찰에 의한 손실을 크게 저감하기는 어려울 것으로 판단된다.
4E-8의 마모율로 계산되었다. 동일한 표면처리 방식이 적용된 경우, 서로 마모율이 비슷하였고, 두 코팅 모두 샌드블래스팅 방식으로 표면처리된 경우가 더 적은 양의 마모가 발생함을 확인하였다.
이전의 탄소기반 코팅에 대한 연구에 따르면 윤활제 종류에 따라 코팅의 마찰 경향성이 변화할 수 있음이 보고되었다[10, 11]. 따라서 해당 실험에서 사용된 IJ-AF그리스의 경우, ta-C코팅의 마찰 특성 향상에 긍정적인 영향을 주나, Si-DLC 코팅에는 적합하지 않을 것으로 판단된다. MoS₂와 그래파이트 코팅은 마찰계수가 안정되지 않았고 마모율은 건식실험의 값과 크게 다르지 않았다.
본 연구에서는 베어링의 실제 작동환경을 고려하여 고하중 조건에서 SUJ2 베어링 강에 증착된 다양한 고체윤활 코팅이 갖는 마찰 및 마모 특성을 확인하였다. 마찰 실험에 앞서 진행하였던 경도측정 결과를 통해 탄소기반 코팅의 높은 경도를 확인하였고, 특히 ta-C코팅이70 GPa의 가장 높은 경도 값을 갖는 고경도 코팅임을 확인하였다. MoS₂와 그래파이트 코팅은 기판의 소재인베어링 강보다는 낮은 경도 값을 보였고 샌드블래스팅방식으로 표면처리한 경우가 인산망간처리 방식의 경우보다 경도가 조금 더 높았다.
모재(SUJ2)와 MoS₂, 그래파이트 코팅의 마찰계수는 계속 증가하거나 증가 후 감소하는 등의 불안정한 경향을 보였으며, 평균 마찰계수는 각각 0.17, 0.15, 0.15로 계산되었다.
5는 모든 시편들의 마찰계수 측정 결과이다. 모재(SUJ2)의 평균 마찰계수는 0.7로 측정되었으며, 모든 종류의 고체윤활 코팅이 bare SUJ2의 마찰 특성을 최대60%까지 향상시킨 것을 확인할 수 있다. 탄소기반 코팅인 Si-DLC와 ta-C는 각각 0.
고체 윤활 코팅이 증착되지 않은 베어링 강 시편과 코팅이 증착된 시편의 마찰실험을 통해 마찰저감효과를 분석하고, 시편에 발생한 마모를 3D 공초점 레이저 현미경로 분석하여 각 시편이 갖는 내마모성을 정량적으로 평가하였다. 실험을 통해 얻은 트라이볼로지적 특성의 비교 분석을 기반으로 각 고체 윤활 코팅의 고하중 베어링용 코팅의소재로서의 적용가능성을 확인하였다.
윤활 마찰실험에서 모재(SUJ2) 시편은 그리스에 의해건식실험에서 보다 낮은 값의 평균 마찰계수를 확인하였으나, cycle의 증가에 따라 마찰계수가 증가하다가 감소하는 다소 불안정한 경향성을 나타내었다. 마모분석의 경우, 건식 조건에서 보다 적은 양인 두께 1 mm의 응착이 발생한 것을 확인하였다.
이는 동일 소재간 높은 응착력으로 인해 발생한 것으로 판단된다. 탄소기반 코팅은 안정적인 마찰계수와 마모율을보 여주었고, 특히 Si-DLC코팅은 저마찰 특성이 매우 우수함을 확인하였다. MoS₂와 그래파이트 코팅은 ta-C코팅보다는 낮고 Si-DLC보다는 높은 평균 마찰계수를 보였으나, 마찰계수가 cycle증가에 따라 증가하는 경향을 나타났으며 마모율도 크게 나타났다.
16의 평균마찰계수로 계산되었고, 마찰계수가 cycle진행에 따라 점점 증가하는 경향을 보였다. 표면처리 방식에는 샌드블래스팅이 인산망간처리보다 마찰 저감에 더 효과적임을 확인할 수 있었다.
4은 탄소기반 코팅의 나노인덴터 측정 결과이다. 해당 결과를 통해 ta-C와 Si-DLC 코팅의 경도가 각각70 GPa, 27 GPa로 계산되었다. Table 2는 비커스 경도계를 이용한 경도측정 결과를 정리한 표이다.
MoS₂와 그래파이트 코팅은 기판의 소재인베어링 강보다는 낮은 경도 값을 보였고 샌드블래스팅방식으로 표면처리한 경우가 인산망간처리 방식의 경우보다 경도가 조금 더 높았다. 해당 결과를 통해 탄소기반 코팅이 고하중 조건의 높은 접촉압력에서 우수한 내마모성을 나타낼 것으로 기대할 수 있었다.
Table 2는 비커스 경도계를 이용한 경도측정 결과를 정리한 표이다. 해당 경도값을 Pa단위로 환산 시, 모재 시편(9.5 GPa)보다 MoS₂, 그래파이트 코팅의 경도가 상대적으로 낮은 값을 보였으며, 샌드블래스팅 방식의 표면처리가 인산망간처리 방식보다 경도 상승에 효과적인 것을 확인할 수 있었다.
이러한 미끄럼 마찰 저감을 통한 베어링 성능 향상방법으로 베어링 궤도면에 고체윤활 코팅을 적용하는 기술이 최근 많은 주목을 받고 있으며[1-3], 특히, 탄소기반 코팅이 적용된 베어링 강 재질의 기판에 대한 마찰 저감 연구가 활발히 진행되고 있다[4-9]. 해당 연구를 통해 1 GPa 이하의 접촉 조건에서 베어링 강 기판에 탄소기반 코팅을 적용한 경우, 코팅의 우수한 트라이볼로지적 특성으로 인해 베어링 강 소재의 저마찰 및 내마모성이 향상되었으며 탄소기반 코팅이 베어링 궤도면 코팅으로 활용 가능함이 검증되었다. 그러나 실제 베어링의 작동환경이 1 GPa 이상의 접촉조건임을 고려하면 고하중의 극한 조건에서의 마찰 저감 및 내구성 향상 효과에 대한 검증이 필요하다.

후속연구

3. MoS₂와 그래파이트 코팅은 낮은 경도로 인해 고하중의 접촉조건에서 심한 마모가 발생하였으므로 상대적으로 저하중인 작동환경에서 활용 가능할 것으로 기대된다.
본 연구에서 평가한 고체 윤활 코팅의 트라이볼로지적 특성에 대한 결과는 코팅을 통해 기계 부품의 효율과내구성을 향상시키기 위한 연구 자료로 활용될 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	베어링이란 무엇인가?	베어링은 회전 및 왕복 운동을 하는 기계부품을 지지하는 기계부품으로, 다양한 기계적 움직임이 요구되는 기계시스템에서 필수적인 기계요소이다. 베어링의 성능은지지 과정에서 발생하는 에너지 손실 정도와 내구수명에 의해 결정되며, 이는 베어링의 저항토크, 즉, 궤도면와전동체 사이에서 발생하는 마찰력에 반비례한다.
	베어링의 성능은 어떠한 요소에 의해 결정되는가?	베어링은 회전 및 왕복 운동을 하는 기계부품을 지지하는 기계부품으로, 다양한 기계적 움직임이 요구되는 기계시스템에서 필수적인 기계요소이다. 베어링의 성능은지지 과정에서 발생하는 에너지 손실 정도와 내구수명에 의해 결정되며, 이는 베어링의 저항토크, 즉, 궤도면와전동체 사이에서 발생하는 마찰력에 반비례한다. 특히, 구름운동에 의한 구름마찰보다 미끄럼운동에 의한 미끄럼마찰에서 큰 마찰이 발생하므로, 베어링의 제작에는 저항토크 및 에너지 손실의 저감을 위해 궤도면와 전동체간의 미끄럼 마찰을 최소화시키는 설계가 필요하다.
	탄소기반 코팅이 적용된 베어링 강 재질의 기판에 대한 마찰 저감 연구 성과는 어떠하였는가?	이러한 미끄럼 마찰 저감을 통한 베어링 성능 향상방법으로 베어링 궤도면에 고체윤활 코팅을 적용하는 기술이 최근 많은 주목을 받고 있으며[1-3], 특히, 탄소기반 코팅이 적용된 베어링 강 재질의 기판에 대한 마찰 저감 연구가 활발히 진행되고 있다[4-9]. 해당 연구를 통해 1 GPa 이하의 접촉 조건에서 베어링 강 기판에 탄소기반 코팅을 적용한 경우, 코팅의 우수한 트라이볼로지적 특성으로 인해 베어링 강 소재의 저마찰 및 내마모성이 향상되었으며 탄소기반 코팅이 베어링 궤도면 코팅으로 활용 가능함이 검증되었다. 그러나 실제 베어링의 작동환경이 1 GPa 이상의 접촉조건임을 고려하면 고하중의 극한 조건에서의 마찰 저감 및 내구성 향상 효과에 대한 검증이 필요하다.

참고문헌 (11)

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상세보기
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Kim, J. H., Park, C. H., Ahn, H. S., "Evaluation of failure modes and adhesion of DLC films by scratch test", Tribol. Lubr., Vol. 33, No. 4, pp. 127-133, 2017.
Amanov, A., Watabe, T., Tsuboi, R., Sasaki, S., "Improvement in the tribological characteristics of Si-DLC coating by laser surface texturing under oil-lubricated point contacts at various temperatures", Surf. Coat. Technol, Vol. 232, pp. 549-560, 2013.

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Theiler, G., Gradt, T., Osterle, W., Bruckner, A., Weihnacht, V., "Friction and endurance of MoS2/ta-C coatings produced by laser Arc deposition", Wear, Vol. 297, No. 1-2, pp. 791-801, 2013.

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Waesche, R., Hartelt, M., Weihnacht, V., "Influence of counterbody material on wear of ta-C coatings under fretting conditions at elevated temperatures", Wear, Vol. 267, No. 12, pp. 2208-2215, 2009.

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Okubo, H., Watanabe, S., Tadokoro, C., Sasaki, S., "Ultralow friction of a tetrahedral amorphous carbon film lubricated with an environmentally friendly ester-based oil", Tribol. Online, Vol. 11, No. 2, pp. 102-113, 2016.

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Okubo, H., Tadokoro, C., Sasaki, S., "Tribological properties of a tetrahedral amorphous carbon (ta-C) film under boundary lubrication in the presence of organic friction modifiers and zinc dialkyldithiophosphate (ZDDP)", Wear, Vol. 332-333, pp. 1293-1302, 2015.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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