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문제 정의
- 본 연구에서는 그리이스의 조성과 특성별로 다양한 종류의 시작품을 제조하여 기초적인 물성평가와 기계적인 안정성 시험 등을통하여 특성을 비교 평가하였다.
제안 방법
- 그리이스 수명시간의 판단은 온도가 시험온도보다 20℃ 이상 상승했을 때와 과토오르크및 베어링이 파손 될 때까지의 시간을 기준으로 하였다. 그리이스 시료별로 각각 4회의시험을 실시하였으며 최대치와 최소치를 나타내는 데이타는 제외시키고 나머지 2개의데이타를 산술 평균하여 대표 수명시간으로처리하였다.
- 하였다. 그리이스 시료별로 각각 4회의시험을 실시하였으며 최대치와 최소치를 나타내는 데이타는 제외시키고 나머지 2개의데이타를 산술 평균하여 대표 수명시간으로처리하였다. 그리이스 수명시험기에 대한 개략도는 Fig.
- 그리이스의 기계적인 안정성을 평가하기위하여 혼화안정도(working stability)시험을실시하였으며, 통상적으로 105회 혼화한 후의 주도(penetration)값으로 평가하나 본 시험에서는 205 305 405회의 혼화를 실시한 후주도값의 변화를 비교 평가하였다. 기계적인혼화안정도 시험 결과를 Fig.
- 또한 베어링의 마모정도를 간접적으로 조사하기 위하여 시험 그리이스 속에 함유되어있는철(Fe) 마모분의 함량을 회화법(ashing method)을 통한 흡광분석법 (AAS, AI 1100 Perkin Elmer)을 이용하여 정량적으로 비교분석하였다. 회화법(ashing method)은 시험후의 그리이스 시료 0.
- 균질화시켜 제조하였다. 반면에 고온용 그리이스는 urea화합물을 오일과 결합시키는 방법으로 제조하여 최종적으로 milling 작업으로 처리를 하였다. 다른 고온용 그리이스인 불소계 그리이스는 PTFE를 기유에혼합하고 가열 교반시켜 냉각을 시킨 후 milling작업으로 처리하였다.
- 1의 그리이스 수명시험기와 같은 구조로 되어있다. 상기와 같이 그리이스별로 기초적인 물성시험을 실시하고 베어링에 적용한 그리이스 수명시험을 평가한 후시험 전후의 그리이스의 변색과 이물질의 혼입 여부를 현미경을 통해 관찰하였다. 그리이스의 산화 및 열화도는 적외선 분광분석법 (FT-IR, MAGNA- IR 750 Nicolet Co.
- 베어링에 적용한 그리이스의 수명시험은 그리이스시료의 특성 차이가 있기 때문에 모든 시료를 상대적으로 평가 할 수 있는 시험 조건을 채택하였다. 조건은 회전수: 4, 500 rpm, 온도 100 ℃, 래디얼 하중: 250 kgf, 그리이스주입량: 1±0.1 g(공간용적의 25%), 시험 베어링: #6203DD(접촉형 시일)를 사용하여 수명시험을 실시하였다. 그리이스 수명시험에 대한 시험조건은 Table 1에 나타내었다.
- 건조 후 노에서 모든 탄소성분이 제거될 때까지 550 - 770 ℃에서 3시간 정도 회화시킨다. 회화된 시료를 냉각시킨 후 진한 염산 약 6 ㎖로 처리하고 거름종이로 거른 후, 증류수로 희석하여 정량적으로 분석하였다.
대상 데이터
- 시험을 위한 그리이스는 특성별로 일반용 ①: Li/광유), 광범위용 (B: Li/에스테르유), 고온-고속용(A: Urea/에스테르유, B: Urea/ 에테르유), 고온용(E: PTFE/불소유)의 5종의시료를 제조하였다.
데이터처리
- 상기와 같이 그리이스별로 기초적인 물성시험을 실시하고 베어링에 적용한 그리이스 수명시험을 평가한 후시험 전후의 그리이스의 변색과 이물질의 혼입 여부를 현미경을 통해 관찰하였다. 그리이스의 산화 및 열화도는 적외선 분광분석법 (FT-IR, MAGNA- IR 750 Nicolet Co.)으로비교 분석하였다.
이론/모형
- 다른 고온용 그리이스인 불소계 그리이스는 PTFE를 기유에혼합하고 가열 교반시켜 냉각을 시킨 후 milling작업으로 처리하였다. 그리이스의 기초적인 물성시험은 KS M2130법에 준한 항목에 대하여 실험 평가를 실시하였으며, 그리이스의 기계적인 안정성을 비교 평가하기 위하여 혼화안정도(working stability)시험을 KS M2051 법에 준하여 실시하였다. 베어링에 적용한 그리이스의 수명시험은 그리이스시료의 특성 차이가 있기 때문에 모든 시료를 상대적으로 평가 할 수 있는 시험 조건을 채택하였다.
- 제조된 그리이스는 일반적인 그리이스 제조법 인 검화법 (saponification)으로 제조하였으며 분산과 냉각공정을 거친 후 milling 작업으로 균질화시켜 제조하였다. 반면에 고온용 그리이스는 urea화합물을 오일과 결합시키는 방법으로 제조하여 최종적으로 milling 작업으로 처리를 하였다.
성능/효과
- 1. 특성과 조성별로 제조된 5종의 그리 이스 시료를 기초적인 물성시험과 수명시험 결과에서 조성물의 특성 차이에 따라 그리이스의 성능에 큰 차이가 나타났다. Li증주제에광유를 사용한 그리이스보다는 urea증주제에합성유(에스테르, 에테르유)를 사용하는 경우에 산화 안정성과 내열성, 기계적인 안정성이 우수하게 나타났다n 특히 고온용과 내 산화성이 우수한 E의 PTFE/불소유의 경우에는 가장 장수명을 나타내었다.
- 2. 그리이스 수명시험 전후 현미경을 통한입자관찰에서 수명시험 후에는 5종 시료 전체에서 미량의 입자가 발견되었으나 이러한이물질이 그리이스의 성상변화를 발생시킬것으로는 판단되지 않았다. 그리이스 C와 B 는 시험후의 상태가 진한 갈색과 건조한 상태를 나타내었으며 그리이스 A, D, E시료도약간의 변색이 관찰되었다.
- 3. 그리이스의 산화 및 열화도를 비교 분석하기 위한 IR분석결과에서 그리이스 C, D 와 E시료에서 미세한 산화물의 특성치가 나타났으나 그리이스 성능을 좌우할 정도는 아닌 것으로 판단되었다. A, B시료는 시험 전후의 IR결과가 거의 동일한 결과를 보였다.
- A, B시료는 시험 전후의 IR결과가 거의 동일한 결과를 보였다. 4. 수명시험 전후의 철함량을 비교하면, 수명이 긴 그리스에서 철의 함량이 증가하였으나 수명이 가장 긴 그리이스 E의 경우에도 허용한계치 이내의 함량을 나타내었다.
- 그리이스 C와 B 는 시험후의 상태가 진한 갈색과 건조한 상태를 나타내었으며 그리이스 A, D, E시료도약간의 변색이 관찰되었다. PTFE를 증주제로 사용한 그리이스 E시료는 다른 시료와구조적인 차이를 확인할 수 있었으며, 이물질과 변색정도는 비교적 양호한 상태로 관찰되었다.
- 3에 나타내었다. 그리이스 시료 5종에 대하여 시험전 후의 철분 함량을 비교 분석한 결과 시험 전의 시료에서 의 철함량은 40-80 ppm 정도이나 수명시험 후에는 증가하였음을 알 수 있다. 그리이스 D의 경우에는 수명이 짧은 경우로 철의 함량 증가가 크지 않았으나, 수명이 긴 그리이스 E는 5종 그리이스 중에서 가장 큰 철 마모량을 나타내고 있다.
- 적점시험에서는 그리이스 A, C, E는 240 ℃ 이상 이였으며, 그리이스 B와 D는 각각 191 ℃, 185 ℃의 낮은 값을 나타내었다. 산화안정성 시험에서는 내산화성이 뛰어난 불소계를 사용한 그리이스 E가 가장 우수한 결과치를 보였으며 C, A, B, 0순으로 시험 평가되었다. 베어링 방청시험에서는 5종의 시작 그리이스 모두 녹 발생은 관찰이 되지 않았으며 이유(oil seperation) 도 시험의 경우 1.
- 3 에 나타내었다. 수명시험 결과에서 광범위용그리이스 D는 1,000시간의 수명시간을 나타내었고, 그리이스 B는 2, 150시간으로 D시료보다 2배 이상의 수명시간을 보였다. 또한그리이스 A와 C의 경우는 각각 2, 500시간, 2800시간 이상의 수명시간을 나타내었으며고온용 E(PTFE+불소유)그리이스는 가장 긴 3, 008시간 이상의 수명을 나타내었다.
- 2에 나타내고있다. 시료 그리이스 C와 E의 60회 혼화주도와 40만회 혼화주도의 차이 값이 비슷한결과(+70 ~+75)를 나타내었으며 그리이스 A, B, D의 시료의 경우는 각각 +120, +130, +110의 주도 상승치를 보였다. 이러한 결과는 기계적인 전단안정성에서 그리이스 A, B, D보다는 그리이스 C와 E가 다소 유리 할것으로 사료되며 통상의 100회 혼화 후의 평가가 아니라 가혹한 조건(40만회)을 고려한다면 5종의 시료 그리이스의 기계적인 안정성은 준수한 성능을 나타내는 것으로 판단된다.
- 시료 그리이스 C와 E의 60회 혼화주도와 40만회 혼화주도의 차이 값이 비슷한결과(+70 ~+75)를 나타내었으며 그리이스 A, B, D의 시료의 경우는 각각 +120, +130, +110의 주도 상승치를 보였다. 이러한 결과는 기계적인 전단안정성에서 그리이스 A, B, D보다는 그리이스 C와 E가 다소 유리 할것으로 사료되며 통상의 100회 혼화 후의 평가가 아니라 가혹한 조건(40만회)을 고려한다면 5종의 시료 그리이스의 기계적인 안정성은 준수한 성능을 나타내는 것으로 판단된다.
- 시료 그리이스들은 NLGI 주도 번호 2~3등급으로 제조되었으며, 이것은 통상 베어링용 그리이스로 적용되는 주도이다. 특성별 5종 그리이스(A, B, C, D, E)에 대한 기초적인 물성시험에서 NLGI 주도번호 2~3등급으로 규격치를 만족시켰다. 그리이스의 내열성은 물성시험 항목의 적점시험으로 비교가 가능하다.
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