축소 시편을 이용한 저마모 열분사표면코팅 제동디스크의 성능 평가

초록

최근 미세먼지에 관한 관심이 높아지면서 많은 산업 분야에서 미세먼지를 줄이려는 조치들을 취하고 있으며, 특히 자동차 산업에서 디스크/마찰재에서 발생하는 미세먼지 저감을 위한 저마모 기술이 개발되어 실차에 적용 중이다. 열분사 표면코팅은 열원을 사용하여 코팅재료를 용융시킨 후 용융된 재료를 압축공기/가스를 이용하여 고압으로 모재 표면에 분사시켜 모재에 부착시키는 방법이다. 본 논문에서는 저마모 제동디스크 성능평가를 위해 축소 디스크시편을 제작하여 표면을 코팅하였고 이를 축소제동시험기을 이용하여 성능평가(마찰계수, 마모량)를 수행하였다. 7종의 축소 디스크시편에 코팅방식(Arc, Plasma, HVOF) 및 코팅재료(Molybdenum, W.C Powder)를 각각 적용하여 열분사 표면코팅을 수행하였고, 도시철도용 합성마찰재를 이용하여 성능평가를 수행하였다. 제동성능평가를 위한 제동시험은 사전시험(베딩)을 통해 마찰재 접촉면을 확보한 후 제동 본시험 수행하였는데, 사전시험은 초기속도 80 km/h 에서 50 kgf/cm2의 접촉력으로 80회 수행(표면온도 80oC이하)하였고, 본 시험은 8종의 축소 디스크 시편 (기존 1종 및 표면코팅 7종)에 합성마찰재를 이용하여 초속 60, 90, 120 km/h에서 각각 50회씩 정지제동 시험을 수행하여 평균마찰계수, 디스크 마모량, 마찰재 마모량을 측정하였다. 시험 결과, 평균 마찰계수는 몰리브덴-플라즈마, 몰리브덴-아크에서 기존 디스크보다 0.085 및 0.06 높게 측정되었고, HVOF-W.C 파우더 5종은 0.052-0.032 낮게 측정되었다. 디스크 마모량은 몰리브덴-플라즈마에서 기존 디스크 보다 0.492 g 많이 감소했고 몰리브덴-아크에서 0.098 g 적게 감소하였으며, HVOF-W.C 파우더 5종은 0.849-0.883 g 적게 감소하였다. 또한, 마찰재 마모량은 몰리브덴-플라즈마, 몰리브덴-아크에서는 기존 디스크보다 많이 감소(0.228 및 0.06 mm)했으며, VOF-W.C 파우더 5종에서는 0.031-0.116 mm 작게 감소하였다. 평균 마찰계수 및 디스크/마찰재 마모량을 비교한 결과, HVOF-W.C. 파우더 중에서 Ni-Cr에 기초한 열분사 표면코팅 제동디스크가 우수한 성능을 보여주었다.