ASME 저널 게재 - 윤활제 화학 조성이 WEC에 미치는 영향

크리버는 백색 에칭 크랙(White Etching Crack, WEC) 현상에 대한 최신 연구 결과를 미국기계학회(ASME) Journal of Tribology에 발표하였습니다. 이번 논문은 크리버의 마찰학 전문가 Balasubramaniam Vengudusamy 박사, Stefan Seemeyer 박사, Reiner Spallek, Stefan Grundei 박사가 공동 저술하였으며, 윤활제 화학 조성이 WEC 발생에 어떻게 작용하는지를 체계적으로 규명하고 있습니다.

베어링 손상, 그 이상의 리스크
컴프레서, 기어박스, 풍력 터빈 등 고하중 회전체 시스템에서는 베어링의 고장이 단순한 부품 교체를 넘어, 가동 중단, 에너지 손실, 고객 신뢰 저하로 직결됩니다. 특히 WEC 손상은 갑작스러운 파손을 유발할 수 있어 고위험 분야에서 중요한 과제로 떠오르고 있습니다.

WEC, 윤활제 속 첨가제가 핵심 변수
연구는 FE8 테스트 장비를 활용해 실험을 진행하였습니다. 그 결과, 브랜치형 ZDDP(아연 디알킬디티오포스페이트) 및 과염기 칼슘 설포네이트(OBCaSu)의 고농도 사용이 WEC 발생에 결정적이라는 사실이 확인되었습니다.
• 고농도 ZDDP/OBCaSu를 포함한 윤활제는 약한 트라이보필름 구조를 형성하며, 이는 수소 침투를 용이하게 하여 WEC 유도 가능성을 높입니다.
• 반면, 저농도 또는 특정 화학 조성의 윤활제는 경도 및 탄성 계수가 각각 최대 110%, 80% 더 높은 견고한 트라이보필름을 형성하며, WEC 저항성이 우수하게 나타났습니다.

FeO와 수소 확산의 상관관계
WEC에 취약한 트라이보필름에서는 FeO(산화철), CaO, ZnO와 같은 조성물이 빠르게 형성되며, 특히 FeO는 수소 분해 촉매로 작용하여 수소 확산 및 WEC 형성을 유도할 가능성이 있다는 새로운 시사점을 제시하였습니다.

완전하게 첨가제 패키지가 설계된 기어오일의 의미 있는 결과
본 연구에서 사용된 기어오일은 얇고 균일한 트라이보필름, 그리고 WEC 비민감성 조성 특성을 나타냈으며, 테스트 기간 내 WEC 현상이 관찰되지 않았습니다. 이는 윤활제 설계에 있어 조성 및 필름 특성이 실제 내구성과 직결됨을 보여주는 중요한 데이터로 평가됩니다.

비금속 포함물 – 또 다른 위험 요소
추가로 진행된 마이크로피팅 시험(MPR)에서는, 비금속 포함물(non-metallic inclusions)이 있는 시험편에서 WEC가 더 빠르게 발생하는 경향이 관찰되었습니다. 이는 WEC를 촉진하는 첨가제가 없어도, 소재 내 구조적 불균질성이 WEC 발생을 촉진할 수 있음을 시사합니다.

화학 조성의 정밀 설계와 소재 이해의 통합 필요
이번 연구는 윤활제 조성, 트라이보필름 특성, 소재 불순물이라는 다차원적 요소가 복합적으로 작용하여 WEC를 유발한다는 사실을 과학적으로 입증하였습니다. 단순한 윤활제 교체나 개별 첨가제 변경만으로는 충분하지 않으며, 화학·기계·재료공학적 통합 접근이 필수적임을 강조합니다.

크리버는 앞으로도 산업 설비의 내구성 향상과 에너지 효율 개선을 위한 첨단 윤활 기술 연구에 지속적으로 매진할 것입니다.