기계/재료

닝보재료연구소 내마모성능이 100배이상 높은 수퍼 내마모 코팅층 개발

발행일 : 2014 / 05 / 15

마찰과 마모현상은 자연계에 널리 존재하는 물리현상으로서 인류 생활과 생산의 다양한 분야와 밀접히 연관되어 있다. 표면코팅처리를 통해 부품의 운동접촉과정에서의 마찰과 마모 행위를 조절 제어할 수 있기 때문에 수명을 연장시키고 사용범위를 확대할 수 있다. 이러한 내마모 코팅층은 교통운송, 에너지이용, 환경보호, 정밀기기, 선진제조, 의료기기, 정보저장 등 다양한 분야에서 폭넓게 응용되고 있다.

마모율은 코팅층의 내마모능력 및 공정화 잠재력을 평가하는 가장 관건적인 지표이다. 표면 코팅층은 일단 마모가 완료되면 운동 중에 있는 부품에 효과적인 보호가 불가능해진다. 따라서 응용차원에서 어떠한 사용조건에서든지 코팅층의 마모율을 충분히 낮출 것을 우선적으로 고려해야 한다. PVD(물리적 기상증착, Physical vapor deposition)법으로 제조한 내마모 코팅층의 경우, 마모율은 10-15㎥/N·m 수준급이거나 더욱 높은 상황이다. 마모율을 낮추기 위해 국내외 학자들이 더욱 복잡한 코팅층 구조(나노적층), 표면처리(ABS기술) 혹은 복잡한 전원(HIMPIMS전원) 등을 고안해냈으나 뚜렷한 효과를 보지 못했다.

최근 중국과학원 닝보재료기술공정연구소 해양중점실험실 황펑(黄峰) 연구팀은 화학성분 최적화 제조공법을 통해 수퍼 내마모 코팅층 개발에 성공하였는데, 코팅층 내마모성능은 국제 동일 유형의 제품보다 훨씬 월등한 것으로 나타났다. 연구팀이 개발한 질화 크롬(CrN), 질화 바나듐(VN), 바나듐규소질화물(V-Si-N) 등 다양한 코팅층 제품은 마모율을 10-17㎥/N·m 수준까지 낮거나 더욱 낮은 것으로 나타났으며, 국제 최고수준의 100배 정도에 달하였다. 관련 학술논문은 Surface & Coatings Technology 학술지 최신호 (2014, Vol. 248, pp.81-90)와 Wear 학술지 최신호 (2014, Vol. 315, pp.17-24)에 발표되었다.

이밖에도 연구팀은 중국 국가발명특허 2건(201210007178.X,201210293633)을 등록하였고 기타 국가발명특허를 출원 중에 있다. 코팅층 제품은 다양한 기판을 제조하는데 사용할 수 있으며, 부착력이 우수하고(긁힘 테스트 80N이상), 경도는 20~50GPa 범위에서 조절가능하며, 공기에서 건조 마찰계수는 0.4이하 수준인 것으로 나타났다.

PVD기술로 개발한 전이금속의 질화물 내마모 코팅층은 표면보호분야에서 용도가 가장 광범위하다. 새롭게 개발한 수퍼 내마모 코팅층으로 기존의 일반 코팅층을 대체할 경우 내마모 수준을 대폭 높이는 동시에 제품수명도 크게 연장시킬 것으로 전망된다.