백색 부식 균열(WEC)의 이해

WEC는 구름 요소 베어링 내부에서 윤활유가 엄청난 내부 압력을 생성하여 금속 접촉면을 탄성적으로 변형시키는 ‘탄성유체역학 윤활(Elasto-hydrodynamic lubrication)’ 조건에서 발생합니다. 이러한 극한 압력은 윤활유 내의 수분 또는 탄화수소 분자로부터 자유 수소를 방출시켜 금속 구조 내부로 침투하게 합니다. 침투한 수소는 내부 압력을 증가시키고 균열을 형성하여 궁극적으로 마모 입자를 생성합니다. 이는 표면 응력에 의한 기계적 현상인 일반적인 피로 마모와 달리, 수소와 금속 표면 아래의 화학적 상호작용이 균열을 유발하는 ‘수소 마모’의 특성을 가집니다. 현미경으로 관찰 시 균열이 흰색으로 에칭된 것처럼 보여 ‘백색 부식 균열’이라 불립니다.

WEC 가속 요인 및 기존 해결책

• 윤활유 성분: 보론, 아연과 같은 금속 함유 제형은 흡습성이 강하여 수분을 더 많이 흡수하고, 이 수분은 수소의 주요 공급원이 되어 WEC 과정을 가속화합니다.

• 미세 전류: 풍력 터빈의 VFD(가변 주파수 드라이브)와 같은 환경에서 발생하는 미세 전류는 전기적 침식을 유발하여 WEC를 가속화할 수 있습니다.

• 오염물 침투: 수분과 같은 오염물질의 침투 역시 WEC 발생을 촉진하는 주요 요인입니다.

기존의 해결책으로는 금속 첨가제의 영향을 줄이기 위해 무회분(ashless) 제형을 사용하거나, 기유 혼합을 조절하여 표면 응력을 줄이는 방법 등이 있습니다.

Neo Copper 기술의 작동 원리

Neo Copper Technologies의 윤활유는 다음과 같은 방식으로 WEC 문제에 접근합니다.

• 구리 보호층 형성: 윤활유가 작동하면서 기계 표면에 구리층을 증착시켜 표면 응력을 감소시킵니다.

• 수소 침투 방지: 형성된 구리층은 수분 오염 및 미세 전류의 영향을 줄이고, 수소가 금속 구조로 침투하는 것을 막는 ‘난공불락의 장벽’ 역할을 합니다.

• 마찰 감소: 구리층은 마찰 계수를 현저히 낮춰 전체 시스템의 효율성을 향상시킵니다.

성능 검증: 마이크로 피팅 리그(MPR) 테스트

Neo Copper 기술의 효과를 입증하기 위해, 풍력 터빈 기어박스 내부 조건을 모사할 수 있는 반복 가능한 벤치 테스트인 마이크로 피팅 리그(MPR)가 사용되었습니다. 이 리그는 구름 요소 베어링의 조건을 시뮬레이션하며, 미세 전류를 통과시켜 WEC 가속 요인을 재현합니다. 테스트는 수백만 사이클에 걸쳐 진행되며, 주로 마찰량과 진동량을 평가합니다. 피트가 형성되면 표면 거칠기가 증가하여 진동이 증가하므로, 진동은 성능 저하의 지표로 활용됩니다.

테스트 결과 비교

• 기존 OEM 승인 오일 (표준 합성 ISO 320): 250mA의 전류 인가 조건에서 마찰 계수는 비교적 일정했으나, 피트 형성으로 인해 진동이 지속적으로 증가하여 73.5백만 사이클에서 테스트가 중단되었습니다.

• Neo Copper 오일: 200백만 접촉 사이클까지 매우 낮은 진동을 유지하며 탁월한 성능을 보였습니다. 이는 기존 오일 대비 2배 이상의 수명 연장을 의미합니다. 마찰 계수 또한 테스트 초기부터 극적으로 감소하는 모습을 보였습니다.

• 시각적 증거: 테스트 종료 후 OEM 오일로 작동한 베어링에서는 심각한 마이크로 피팅 및 스폴링이 관찰된 반면, Neo Copper 오일로 200백만 사이클을 작동한 베어링에서는 마이크로 피팅이나 표면 손상이 전혀 발견되지 않았습니다.