마찰 저감: 첨단 표면 코팅이 에너지 절약, 비용 절감, 산업 효율성 향상을 이끄는 방법

마찰에 관해서라면 라르스 플레스 닐센(Lars Pleth Nielsen)은 할 말이 많은 사람이다.

"마찰은 표면의 특성(평탄도, 원형도, 거칠기)에 달려 있습니다."라고 덴마크 기술연구원(Danish Technological Institute) 트라이볼로지 센터 매니저인 플레스 닐센은 말한다. "마찰은 표면이 놓인 매질(습윤/건조, 입자 유무)에도 의존합니다. 역학, 화학, 유체 역학을 아우르는 다학제적 분야로, 원자 수준까지 분석해야 일어나는 일을 완전히 이해할 수 있습니다."

트라이볼로지 센터는 다양한 애플리케이션에서 마찰, 부식, 마모를 줄이는 표면 코팅을 개발한다. 주 7일 운영되는 코팅 시설을 갖춘 센터는 주로 맞춤형 솔루션으로 덴마크 산업을 지원한다.

플레스 닐센은 대부분의 경력을 표면 연구에 바쳤다. 표면에서 개별 원자의 거동에 초점을 맞춘 표면 물리학 박사학위를 취득했다. 현재 연구소 업무 외에도 산업 마모 예방을 위한 유럽 네트워크(ENIWEP) 회장을 맡고 있다.

ENIWEP은 산업 마모 예방에 전념하는 유레카(EUREKA) 산하 조직이다. 이 프로젝트는 산업계와 트라이볼로지 연구 간 협력을 강화하고 과학적 발견의 산업 기술 이전을 가속화한다.

주목할 만한 이니셔티브로 스페인, 독일, 벨기에가 공동 지원하는 프로젝트에서 팀은 진공 및 우주 애플리케이션용 저마찰 다이아몬드 유사 탄소(DLC) 코팅을 개발 중이다.

플레스 닐센은 마찰과 기계적 마모가 고도로 산업화된 국가 GDP의 약 2~4%를 차지한다고 지적한다.

"식품 및 자동차 제조 같은 주요 부문에서 마모, 손상, 마찰 이슈를 봅니다."라고 그는 말한다. "마찰은 부품 수명이 제한되는 주요 이유입니다. 저마찰 코팅 적용은 초기 비용이 들지만, 장기적 이점(더 높은 품질 출력, 연장된 공구 수명, 유지보수 감소)이 투자를 상회합니다. 많은 기업이 마찰의 숨은 비용을 과소평가하다가 첨단 코팅으로 인한 절감 효과를 깨닫게 됩니다."

덴마크 통조림 제조사를 예로 든다. 코팅 없이 폴딩·스탬핑 공구는 생산 30분 만에 마모된다. 연구소 코팅 적용 후 몇 달간 윤활유 없이 작동 가능하며, 완제품 캔 세척에 드는 물과 전력 집약적 공정을 없앨 수 있다.

마찰의 필요성

마찰은 두 표면이 서로 마찰할 때마다 운동을 방해하는 힘이다. 성능을 저해할 수 있지만, 걷기, 앉기, 계단 오르기 등 일상 작업에 필수적이다. 미끄러짐을 방지하기 때문이다.

마찰 저감

마찰 감소는 트렐레보그(Trelleborg) 솔루션의 많은 부분에서 핵심 목표다. 실링 애플리케이션에서 실링 기능은 과도한 마찰 없이 달성되어야 시스템 성능 저하를 막는다. 탈출 슬라이드에서 가속 운동을 돕거나 다양한 지형에서 타이어 성능을 최적화하는 등 효과적 마찰 관리가 필수적이다.

마찰 감소가 GDP에 영향을 미치는 산업 현장에서, 엔지니어링 실링 솔루션과 호스는 설계와 소재 배합을 통해 최적 마찰 특성 달성에 집중한다. 트렐레보그는 동적 유압 애플리케이션에서 효율을 높이는 터콘(Turcon) PTFE 기반 실링 소재를 개발했으며, 시로코 II(Scirocco II) 호스에 적용된 마찰 기술은 고체 처리 작업에서 비용을 명백히 절감함을 입증했다.

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