[논문]Cr-X-N(X=Si, Zr) 코팅된 유압펌프 부품의 마모특성 향상에 관한 연구

김범석; 김정택; 이상율

Cr-X-N(X=Si, Zr) 코팅된 유압펌프 부품의 마모특성 향상에 관한 연구
Improvement of Tribological Properties of Cr-X-N(X=Si, Zr) Coatings Deposited on Hydraulic Pump Part 원문보기

김범석 (한국항공대학교 항공재료공학과) , 김정택 (한국항공대학교 항공재료공학과) , 이상율 (한국항공대학교 항공재료공학과)

전기 정유압장치는 밸브플레이트, 실린더 배럴, 피스톤, 샤프트등으로 이루어진 유압펌프의 부품에 요구되는 기계적 성질을 향상하기위하여 이온 질화를 포함한 다양한 연구가 진행 되어지고 있다. 그러나 본실험에서는 이온질화시 발생하는 열변형등의 단점을 해결하기 위하여 PVD 박막을 실시하여 유압펌프 부품의 마모특성 향상에 관한 연구를 실시하였다.

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문제 정의

본 실험에서는 유압펌프부품에 플라즈마 질화 실시후 PVD 하드 코팅으로 이루어진 복합처리를 실시하여 부품의 마모특성에 관해 연구를 실시하였다. 오일 환경에서 하중변화를 주면서 고속도 disk-to-disk 마모실험이 수행하였고 PVD코팅된 펌프부품의 결과는 기존의 방법인 플라즈마 질화법에 의한 펌프부품과 비교하였다.
또한 PVD 코팅후에도 표면조도를 측정하였다. 이것은 가능한 마모거동을 근간으로 하는 시험부품의 표면조도 영향을 조사하기 위하여 실시하였다. 표면 조도는 a surfcorder SE1700 (Kosaka Lab)를 이용하여 측정하였다.

제안 방법

CrZrN 과 CrSiN 박막으로 코팅된 실린더 배럴은 오일분위기에서 20kgf의 하중하에서 밸브플레이트를 상대제로로 마모실험이 수행되었고 Stribeck 마찰거동은 그림 3.에서 보여진 바와 같이 질화처리된 마찰거동과 비교되었다. 기존 유압펌프에 사용된 질화처리된 실린더 배렐은 코팅된 밸럴들보다 높은 약。정지마찰을 보여주었다.
박막제작을 위한 자세한 코팅 과정은 이전논문에서 개제 되어 있다실린더 베럴은 박막의 밀착력을 향상하기 위해 전처리로 플라즈마 질화처리를 실시하였다. 또한 PVD 코팅후에도 표면조도를 측정하였다. 이것은 가능한 마모거동을 근간으로 하는 시험부품의 표면조도 영향을 조사하기 위하여 실시하였다.
0053 m/s2, 오일 분위기에서 하중은 20kgf로 실시하었다. 마모 트랙은 마모실험이후 SEM (HITACHI S-3500H)을 이용하여 관찰하였다.
표면 조도는 a surfcorder SE1700 (Kosaka Lab)를 이용하여 측정하였다. 마찰거동은 고속마모시험기(그림 1.참조)를 이용하여 실시하고 Stribeck 곡선을 기본으로 분석되었고 실험조건은 다음과 같다. 마모속도는 최대 1600 rpm, 감속도는 (AV/At) = -0.
증착되었다. 박막제작을 위한 자세한 코팅 과정은 이전논문에서 개제 되어 있다실린더 베럴은 박막의 밀착력을 향상하기 위해 전처리로 플라즈마 질화처리를 실시하였다. 또한 PVD 코팅후에도 표면조도를 측정하였다.
마모특성에 관해 연구를 실시하였다. 오일 환경에서 하중변화를 주면서 고속도 disk-to-disk 마모실험이 수행하였고 PVD코팅된 펌프부품의 결과는 기존의 방법인 플라즈마 질화법에 의한 펌프부품과 비교하였다.
표면조도가 마찰거동에 큰 영향을 미치기 때문에 표면조도는 살린더배럴과 상대제인 밸브플레이트 표면조도를 마모실험전후에 측정하였다. 결과는 표1.

대상 데이터

CrZrN 과 Cr-Si-N 다층박막은 비대칭 마그네트론 스퍼터링법을 이용하여 AISI 4340강으로 제조된 실린더 베럴에 증착되었다. 박막제작을 위한 자세한 코팅 과정은 이전논문에서 개제 되어 있다실린더 베럴은 박막의 밀착력을 향상하기 위해 전처리로 플라즈마 질화처리를 실시하였다.
0269倒I, 225%의 가장 작게 감소한 값이 측정되었다. 본 연구에서 사용된 금속의 표면경도는 CrZrN 은 3050Hv (33GPa)4), CrSiN 경우 2240Hv (22.4GPa) , 질화후 표면 경도는 615Hv, 밸브플레이트는 124 Hv로 알려져있다. 밸브플레이트와 질화된 실린더 베럴과의 표면 경도의 차이(즉, CrZrN경우 eHv =2926, CrSiN 경우 eHv =2116, 질화의 경우 eHv 二491)를 고려하면 마모실험 이후실린더 배럴의 표면조도 감소는 경도의 차이에 따라 반비례한다.

성능/효과

2. 플라즈마 질화처리된 펌프부품보다 PVD코팅된 부품에서 마모특성이 많이 향상되었다. CrZrN 코팅은 특히 초기의 200rpm이전의 낮은 속도 범위에서 빠르게 0.
2% 만큼 감표면조도가 감소되었다. Cr-Si-N(0.1198em 0.0872em)t CrZrN (0.1198//m -, 0Q969仰i), Ra 값의 감소는 마모시험중 박막의 마찰거동에 좋은 효과를 가져다 줄 것으로 예상된다. 마모시험이후에 표면조도의 감소는 CrZrN(AR=0.
기존 유압펌프에 사용된 질화처리된 실린더 배렐은 코팅된 밸럴들보다 높은 약。정지마찰을 보여주었다. CrZrN 코팅은 특히 초기의 200rpm이전의 낮은 속도 범위에서 빠르게 0.01 이하로 마찰계수가 떨어지는 우수한 마찰거동을 보여주었다. 정지마찰은 유압펌프구조에서 시작시와 저속가동시의 거동에 강한 영향을 미치는 물성이다.
정지마찰은 유압펌프구조에서 시작시와 저속가동시의 거동에 강한 영향을 미치는 물성이다. 복합적인 마찰 범위에서 유체 마찰 범위까지의 전이는 CrZrN코팅된 배렐은 약 300rpm에서 그리고 CrSiN코팅된 배렐은 약 900rpm에서 발생한 것으로 나타났다. 90Qrpm이상의 회전속도에서 CrZrN코팅된 배렐에서 속도증가에 따른 마찰계수의 증가는 속도증가에 따른 유체점성의 증가로 설명될수 있다.
플라즈마 처리된 실린더 배럴은 높은 Ra (0.119&如)값을가지 고 질화후 코팅박막은 CrZrN 코팅 은 19.1% 그리 고 CrSiN 코팅은 27.2% 만큼 감표면조도가 감소되었다. Cr-Si-N(0.

후속연구

3. 이 연구를 통해, CrZrN코팅은 유압펌프부품의 마모 특성향상을 위해 특히 토크 효율 향상을 위해 성공적으로 적용 할 수 있을 것으로 사료된다.

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