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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김대은
- 발행연도
- 2019
- 저작권
- 연세대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수6
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베어링의 저항 토크 및 에너지 손실은 베어링의 궤도부 표면과 전동체 사이에서 발생하는 마찰 및 마모의 영향을 받으며 이를 최소화하는 설계가 필요하다. 최근, 이러한 손실을 줄이기 위해 베어링 궤도면에 적용할 수 있는 내마모 코팅이 많은 주목을 받고 있다. 그러나 실제 베어링의 작동 조건을 고려한다면, 1 GPa 이상의 고하중 조건에서 내마모 코팅의 트라이볼로지적 특성 향상 효과에 대한 검증이 필요하다.
본 연구에서는 미끄럼마찰 실험을 통해 탄소기반 소재(Si-DLC, ta-C), MoS2 및 graphite 등의 소재로으로 증착 된 SUJ2 베어링강의 마찰 및 마모 특성을 평가하였다. 또한, MoS2 와graphite 코팅은 각 코팅에 서로 다른 표면 처리를 적용하여 표면 처리의 트라이볼로지적 특성에 대한 향상 효과를 확인하였다. Pin-on-disc 타입의 마찰실험기를 사용하여 dead-weight 방식으로 높은 수직하중을 시편에 가하여 코팅의 트라이볼로지적 특성을 평가하였으며 건식 및 윤활 조건에서 트라이볼로지적 특성을 정량적으로 나타냈다. 또한, 베어링이 구름마찰이 주로 발생하는 기계요소임을 고려하여 협력업체를 통해 탄소기반 코팅의 구름마찰 실험을 진행하고 실험 후 시편을 전달받아 구름운동에 대한 코팅의 내구수명과 마모현상의 메커니즘을 분석하였다.
실험결과, 탄소기반 코팅은 고하중 조건에서 SUJ2 베어링강의 트라이볼로지적 특성을 향상시켰지만 MoS2 및 graphite 코팅은 낮은 경도로 인해 높은 마모율을 보여 고하중 조건에는 적합하지 않음을 확인할 수 있었다. 기판 표면 처리 방법에 따라 MoS2 와 graphite 코팅에서 다른 마찰 및 마모 경향성이 나타났으며, 내마모 특성을 개선하기 위해 SUJ2 베어링강에 단순히 윤활제를 적용하는 것보다 내마모 코팅을 적용하는 것이 트라이볼로지적 특성 향상에 더 긍정적인 효과가 있음을 확인하였다. 협력업체를 통해 추가 진행한 실험에서 두 탄소기반 코팅 중, 상대적으로 경도가 낮은 Si-DLC가 더 좋은 내구수명을 보였으며, 전반적인 연구 결과를 통해 베어링 내구수명 확보를 위한 경도와 코팅 설계가 필요함을 확인하였다. 본 연구에서 평가한 내마모 코팅의 트라이볼로지적 특성에 대한 결과는 코팅을 통해 기계 부품의 효율과 내구성을 향상시키기 위한 연구의 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다.
본 연구에서는 미끄럼마찰 실험을 통해 탄소기반 소재(Si-DLC, ta-C), MoS2 및 graphite 등의 소재로으로 증착 된 SUJ2 베어링강의 마찰 및 마모 특성을 평가하였다. 또한, MoS2 와graphite 코팅은 각 코팅에 서로 다른 표면 처리를 적용하여 표면 처리의 트라이볼로지적 특성에 대한 향상 효과를 확인하였다. Pin-on-disc 타입의 마찰실험기를 사용하여 dead-weight 방식으로 높은 수직하중을 시편에 가하여 코팅의 트라이볼로지적 특성을 평가하였으며 건식 및 윤활 조건에서 트라이볼로지적 특성을 정량적으로 나타냈다. 또한, 베어링이 구름마찰이 주로 발생하는 기계요소임을 고려하여 협력업체를 통해 탄소기반 코팅의 구름마찰 실험을 진행하고 실험 후 시편을 전달받아 구름운동에 대한 코팅의 내구수명과 마모현상의 메커니즘을 분석하였다.
실험결과, 탄소기반 코팅은 고하중 조건에서 SUJ2 베어링강의 트라이볼로지적 특성을 향상시켰지만 MoS2 및 graphite 코팅은 낮은 경도로 인해 높은 마모율을 보여 고하중 조건에는 적합하지 않음을 확인할 수 있었다. 기판 표면 처리 방법에 따라 MoS2 와 graphite 코팅에서 다른 마찰 및 마모 경향성이 나타났으며, 내마모 특성을 개선하기 위해 SUJ2 베어링강에 단순히 윤활제를 적용하는 것보다 내마모 코팅을 적용하는 것이 트라이볼로지적 특성 향상에 더 긍정적인 효과가 있음을 확인하였다. 협력업체를 통해 추가 진행한 실험에서 두 탄소기반 코팅 중, 상대적으로 경도가 낮은 Si-DLC가 더 좋은 내구수명을 보였으며, 전반적인 연구 결과를 통해 베어링 내구수명 확보를 위한 경도와 코팅 설계가 필요함을 확인하였다. 본 연구에서 평가한 내마모 코팅의 트라이볼로지적 특성에 대한 결과는 코팅을 통해 기계 부품의 효율과 내구성을 향상시키기 위한 연구의 기초 자료로 활용될 것으로 기대된다.
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