기계 부품용 고체 윤활막의 마찰 특성에 관한 연구

Abstract

기계 부품용 고체 윤활막의 마찰 특성은 접촉 면압과 두 마찰면의 상대 운동 속도의 영향을 많이 받는다. 따라서 특정 기계 부품에 적합한 고체 윤활막을 선정하기 위하여 다양한 접촉 면압 및 상대 운동 속도 조건에서 고체 윤활막의 마찰 특성에 관한 자료를 수집하는 것은 매우 중요하다. 본 논문에서는 실험을 통해 고체 윤활막의 마찰 특성을 평가하였다. 마찰 실험은 Pin-on-Disk 타입의 장치를 이용하여 수행하였다. 실험 대상 고체 윤활막은 DLC, CrN+DLC, WC/C, CrN+DLC이다. 각각의 고체 윤활막은 Din 1.2842 공구강으로 제작된 substrate의 표면에 코팅되었다. 고체 윤활막의 마찰 계수 저감 효과를 비교하기 위해 고체 윤활막이 코팅되지 않은 Din 1.2842 공구강에 대해서도 동일한 실험을 수행하였다. 상대면의 재질은 SCM 415 크롬-몰리브덴 강이다. 실험은 30±10 % 상대 습도 조건과 $20±2^\circ C$ 온도 조건하에서 4가지 상대 운동 속도(0.03mm/s, 0.06mm/s, 0.12mm/s, 0.3mm/s)와 3가지 수직 하중(9.8N, 19.6N, 39.2N)에 대하여 실시하였으며 각각의 상대 운동 속도 및 수직 하중 조건에서 고체 윤활막과 Din 1.2842 공구강의 정지 마찰 계수와 운동 마찰 계수를 구하였다. 실험 결과 수직 하중이 증가할수록 고체 윤활막과 Din 1.2842 공구강의 정지 마찰 계수와 운동 마찰 계수가 감소하였다. 수직 하중의 증가에 따른 정지 마찰 계수와 운동 마찰 계수의 감소 경향으로부터 실험에서 고려한 수직 하중 조건에서 마찰면이 탄성 변형함을 유추할 수 있었다. 또한 대부분의 경우 상대 운동 속도가 증가할수록 고체 윤활막과 Din 1.2842 공구강의 운동 마찰 계수가 감소하였다. 이와 같은 현상은 상대 운동 속도가 상승함에 따라 마찰면의 전단 변형률(shear strain rate)이 증가하여 진실 접촉 면적(real area of contact)이 감소하기 때문이라 추측된다.