열피로하중 상태의 알루미나 코팅 엔진 피스톤부의 열차폐 성능에 관한 연구A study on the performance of thermal barrier in alumina coated engine piston under thermal fatigue loads
- Other Titles
- A study on the performance of thermal barrier in alumina coated engine piston under thermal fatigue loads
- Authors
- 류혁준; 우성충; 김태원
- Issue Date
- Apr-2016
- Publisher
- 대한기계학회
- Keywords
- Thermal fatigue(열피로); Alumina coating(알루미나 코팅); Thermal barrier(열차폐); Crack(균열)
- Citation
- 대한기계학회 신뢰성부문 2016년도 춘계학술대회 논문집, pp.72 - 72
- Indexed
- OTHER
- Journal Title
- 대한기계학회 신뢰성부문 2016년도 춘계학술대회 논문집
- Start Page
- 72
- End Page
- 72
- URI
- https://scholarworks.bwise.kr/hanyang/handle/2021.sw.hanyang/23169
- Abstract
- 열차폐 코팅은 항공기 또는 가스터빈 엔진과 같이 고온환경에 노출되는 부품에 적용되는 방법으로써 부품의 표면온도를 낮추어 엔진 효율을 향상시키는 역할을 한다. 특히, 자동차 산업계에서는 피스톤 링에 얇은 알루미나 층을 코팅함으로써 2 % 이상의 연비향상을 가져왔다. 하지만 알루미나 코팅층은 알루미늄(Al6061) 하부층에 비해 상당히 취성적이며, 알루미늄과의 열팽창계수 차이로 인해 열피로하중에 취약하게 된다. 또한 열차폐 코팅층 내부에 생성된 산화물의 성장은 열차폐 코팅층의 지배적인 파손 메커니즘이다. 본 연구에서는 열피로하중에 의해 열화된 알루미나 코팅층의 열차폐 성능을 확인하기 위하여 두께 약 300 ㎛로 알루미나 코팅된 알루미늄 시편을 준비하였다. 엔진부의 가혹 온도조건을 고려하여 알루미늄 시편을 400 ℃까지 4분동안 가열한 다음 120 ℃까지 6분동안 냉각시켰다. 열피로에 의해 알루미나 코팅층과 알루미늄 하부층 사이에서 층간분리가 발생하였으며 또한 알루미나 코팅층 내부에서도 균열이 발생함을 확인하였다. 시편에 가해진 열피로 사이클 수가 증가함에 따라 균열 밀도(균열의 수/코팅층의 면적)가 증가하였고, 이로 인해 열차폐 성능이 감소하였다. 실험 결과에 기반하여 열피로 사이클 수와 열차폐 성능간의 경험식을 도출하였다.
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