윤활 성능 향상을 위한 Laser Surface Texturing

Abstract

근래 레이저의 발전과 다양한 적용범위로 인하여 많은 산업과 소재에 적용 되고 있다. 레이저의 가장 큰 장점인 고밀도의 에너지는 금속의 표면에 미세하고 정밀한 가공이 가능하고 정말한 제어부의 기술발달로 인하여 활용영역은 더욱 증가하고 있는 추세이다. 자동차의 대부분의 부품이 금속으로 이루어져 있으며, 많은 부품 제조에 레이저를 활용하고 있다. 최근 들어 가장 크게 부각되고 있는 고연비 저탄소 자동차의 개발 요구에 있어서 레이저를 활용한 연구 및 적용의 가능성은 더욱 커져가는 실정이다. 자동차에 발생되는 마찰손실을 해결함으로써 고연비 더 나아가 저탄소 자동차의 개발에 좀 더 가까워 질 수 있다. 가장먼저 해결해야할 실험적인 문제점 해결은 낮은 마찰계수의 확보이다. 마찰계수는 여러 가지 복합적인 요인에 의해 영향을 받으며 윤활상태에서는 윤활유의 점성과 가해지는 압력, 동작속도로 압축되어 진다. 최근 레이저를 사용하여 LST(Laser Surface Texturing)을 활용하여 금속표면에 미세한 가공을 하는 연구들이 진행되고 있으며 본 연구에서는 접동부위 표면에 LST를 활용하여 딤플(Dimple)을 가공하고 이를 통하여 저 마찰계수를 구현하고, 혹독한 동작 환경에서 높은 내구성 확보를 목적으로 연구를 진행 하였다. 시험에 사용된 레이저 장비는 레이저 마킹시스템으로 20W급 Pulsed ytterbium fiber를 사용하였다. 마찰시험은 영국 PLINT社의 TE77 왕복식 마찰 시험기로 진행 하였다. 본 연구에서는 평판시편 및 피스톤링 표면에 딤플을 다양한 패턴, 딤플 깊이별로 제조하였으며, 하중, 속도를 변수로 여러 환경에서의 마찰특성을 확인하였다. 마찰계수는 Stribeck Curve로 비교하였으며, 내구성은 Scuffing저항 실험으로 비교하였다. 이 실험 결과를 통하여 마찰특성에서 우수한 최적의 딤플 패턴 및 깊이를 도출하였다.