Effects of Increasing Ambient Temperatures on the Static Load Performance and Surface Coating of a Gas Foil Thrust Bearing

외기 온도 증가가 가스 포일 스러스트 베어링의 하중지지 성능과 표면 코팅에 미치는 영향

Abstract

Gas foil thrust bearings (GFTBs) are oil-free self-acting hydrodynamic bearings that support axial loads with a low friction during airborne operation. They need solid lubricants to reduce dry-friction between the runner and top foil and minimize local wears on their surfaces during start-up and shutdown processes. In this study, we evaluate the lift-off speeds and load capacity performance of a GFTB with Polytetrafluoroethylene (PTFE) surface coating by measuring drag torques during a series of experimental tests at increasing ambient temperatures of 25, 75 and 110℃. An electric heat gun provides hot air to the test GFTB operating in the closed booth to increase the ambient temperature. Test results show that the increasing ambient temperature delays the lift-off speed and decreases the load capacity of the test GFTB. An early developed prediction tool well predicts the measured drag torques at 60 krpm. After all tests, post inspections of the surface coating of the top foil are conducted. Scanning electron microscope (SEM) images imply that abrasive wear and oxidation wear are dominant during the tests at 25℃ and 110℃, respectively. A quantitative energy dispersive spectroscopy (EDS) microanalysis reveals that the weight percentages of carbon, oxygen, and nitrogen decrease, while that of fluorine increases significantly during the highest-temperature tests. The study demonstrates that the increasing ambient temperature noticeably deteriorates the static performances and degrades the surface coating of the test GFTB.

1. 서론

가스 포일 베어링(gas foil bearing, GFB)은 유연한 강성 구조체 내면에 유체동압에 의한 유막을 형성하여 축을 부상시킨다. 또한, 주변 공기를 윤활 유체로 사용하기 때문에 정격 운전 시 마찰 성능이 우수하고 별도의 윤활 시스템이 필요치 않다. 하지만, 충분한 유체동압이 형성되지 않는 시동 및 정지 시에는 탑 포일(top foil)과 러너(runner) 사이에 지속적인 마찰이 발생하고 장기간 반복할 경우 마모(wear) 현상이 발생할 수 있다. 이러한 마모를 방지하고자 탑 포일에 고체 윤활 코팅(solid lubricant coating)을 적용한 많은 연구가 수행되었으며, 300℃ 이상의 고온 환경에서도 내구 수명이 뛰어난 고온 고체 윤활 코팅에 대한 연구도 수행되고 있다 [1-6].

Dellacorte와 Valco [1]는 공기 포일 저널 베어링(gas foil journal bearing, GFJB)의 하중지지 성능을 정량화하기 위해 경험 법칙 (rule of thumb, ROT)을 제시하였으며, 이를 통해 GFJB의 하중지지력은 표면속도와 투영 면적에 비례함을 밝혔다. 또한, 탄성 포일 구조체의 설계와 작동 온도가 베어링의 성능에 중요한 영향을 준다고 보고하였다. Radil과 Dellacorte [2]는 탑 포일에 적용되는 고체 윤활 코팅이 GFJB의 하중지지 능력에 미치는 영향을 실험적으로 평가하였으며, 고체 윤활 코팅이 경계 및 혼합 윤활 구간에서 효과적인 윤활 작용을 하여 최대 하중지지력을 향상함을 보고하였다. Dellacorte [3]등은 로터에 고체 윤활 코팅을 적용하여 고온 환경에서의 GFJB 마찰 성능과 내구 수명을 향상시켰다. 또한, 포일의 마모는 베어링 하중에 비례하여 증가함을 실험적으로 증명하였다. Dellacorte [4] 등은 탑 포일과 로터에 다양한 고체 윤활 코팅을 조합하여 베어링 성능 평가를 수행하였다. 그 결과 최적의 윤활 코팅 조합인 경우, 기존에 비해 약 3배 이상 하중지지력 계수가 향상됨을 보였다. Heshmat [5]등은 고온, 고속 조건에서 GFJB의 다양한 코팅 별 마모 비교 실험을 수행하였으며, 이를 통해 타 코팅 대비 내열성과 내마모성이 우수한 코팅을 개발하였다. Dykas [6]는 베어링 마찰로 인한 발열을 적절히 관리하지 못할 경우 가스 포일 스러스트 베어링(gas foil thrust bearing, GFTB)의 포일 표면과 러너에 열변형(thermal deformation)이 발생하고 이에 따른 불균일한 유막 압력과 두께 분포는 국부적인 마모를 유발할 수 있음을 밝혔다. Kim [7]등은 GFTB의 하중지지능력과 마찰 성능 향상을 위하여 최적의 탑 포일 경사 높이를 해석적으로 제시하고 실험적으로 검증하였다. 이를 위해 러너와 포일 표면 코팅의 거칠기를 정량적으로 측정하여 해석 모델에 반영하였다. Hwang [8] 등은 GFTB의 부상속도 및 하중지지능력 측정 실험을 수행하여 낮은 표면 조도를 갖는 러너의 경우 부상속도가 더 낮고 하중지지능력은 더 높아짐을 증명하였다. Hwang [9] 등은 고속, 고하중에서 구동되는 GFTB에 냉각 공기를 주입하면 베어링을 효과적으로 냉각할 수 있으며 마찰토크를 감소하여 윤활성능을 향상할 수 있음을 실험적으로 밝혔다. Hwang[10] 등은 회전각가속도에 따른 GFTB의 부상 및 정지 시의 마찰 토크 측정을 통해, 회전각가속도가 증가할수록 그리고 하중이 감소할수록 베어링 수명 단축을 유발하는 마모 거리가 현저하게 감소함을 보였다. Wu [11]등은 외부 하중, 베어링 재료 강성 및 가속 시간이 가스 포일 스러스트 베어링의 마찰 특성에 미치는 영향을 해석적으로 연구하였다. 그 결과 하중이 감소하거나 베어링 접촉 강성이 증가했을 때 부상 속도가 감소함을 보였다. 또한, 혼합 윤활 영역에서 표면 거칠기가 부상 및 마찰 성능에 미치는 영향을 고찰하였다. San Andres [12]등은 조립과 설치에 유리한 형태로 제작된 용접형 GFTB의 성능 평가를 수행하였다. 특정 정적 하중과 회전속도에서의 베어링 축 방향 변위, 파손 지점 토크, 유입 냉각 공기 유량, 입출구 공기 온도를 측정하였으며, 정적 하중이 증가할수록 냉각 공기의 출구 온도가 상승함을 보였다.

이와 같이 과거의 연구들은 GFB의 성능이 포일 구조체의 형상, 고체 윤활 코팅의 성능, 표면 거칠기, 회전각 가속도, 온도 조건 등의 작동 환경에 따라 현저하게 달라짐을 밝혔다. 하지만, 아직까지 주변 외기 온도가 GFTB의 윤활 성능에 미치는 영향을 정량적으로 분석한 논문은 거의 없는 실정이다. 따라서 본 논문에서는 외기 온도가 GFTB의 부상성능과 하중지지 성능에 미치는 영향을 정량적으로 밝히고 표면 코팅 변화를 분석하고자 한다.

2. 가스 포일 스러스트 베어링

Fig. 1은 6개의 범프 포일로 지지된 탑 포일을 갖는 가스 포일 스러스트 베어링의 개략도를 보여준다. 각 패드는 러너가 회전함에 따라 유체 동압 형성을 위해 선단에 경사구간(inclined area)을 갖고 이후는 동압의 유지를 위한 평평한 구간(flat area)을 갖는다. 평평한 구간은 범프포일로 지지되어 하중의 변화에 따라 탄성 변형한다. 각 탑 포일의 선단은 점용접이 되었으며 끝단은 자유단이다. 베어링이 하중을 지지할 수 있는 충분한 동압이 형성되기 이전의 낮은 회전속도 또는 고하중 조건에는 공기유막이 형성되지 않아 베어링과 러너간에 마찰이 발생한다.

Fig. 1. Schematic view of gas foil thrust bearing with top foil coating.

이러한 경우에 발생하는 심각한 마찰 및 마모를 방지하기 위해서 탑 포일 표면에는 폴리테트라 플루오르에틸렌 (poly-tetrafluoroethylene, PTFE) 고체 윤활 코팅이 도포되어 있다. PTFE는 4개의 불소(fluorine, F)와 2개의 탄소(carbon, C) 원자로 이루어진 과불화 화합물로서 열에 강하고 낮은 마찰계수를 갖는다. Table 1에는 본 논문에서 실험에 사용한 시험 베어링의 형상 치수 및 재료 물성치를 보여준다. 베어링의 외부와 내부 반지름은 각각 30.5 mm와 15.5 mm이며, 용접부와 패드 사이 각도(between top foil angle)는 5°이고, 이를 포함한 1개의 패드 원주 각도(pad arc angle)는 60°이다.

Table 1. Design parameters and material properties of test gas foil thrust bearing

3. 가스 포일 스러스트 베어링 시험 장치

Fig. 2는 가스 포일 스러스트 베어링 시험장치를 위에서 내려다 본 사진과 정면에서 바라본 개략도를 보여준다. 사진과 개략도 사이의 부품 명칭들은 왼쪽부터 하중 부가를 위한 공압실린더(pneumatic cylinder), 하중을 측정하는 로드셀(load cell), 하중을 전달하는 중앙 로드(center rod), 중앙로드를 마찰없이 지지하는 공기정압베어링(aerostatic bearing), 중앙로드 오른쪽 끝단에 설치된 가스 포일 스러스트 베어링(test GFTB), 회전 러너(rotating runner), 열선총(heat gun), 온도 유지 부스(closed booth), 구동 모터(driving motor)를 지시하여 보여준다. 사진의 왼쪽에는 베어링의 마찰토크를 측정하기 위한 토크 암(torque arm)과 하중센서(load cell)를 지시하여 보여준다. 베어링에 최 근접한 대기의 온도를 측정하기 위하여 열전대는 온도 유지 부스 내 시험 베어링의 외경 바깥 근처에 설치하였다. 본 실험장치는 참고문헌 [8,9]에 소개된 실험장치에 열선총과 온도 유지 부스를 추가하여 수정한 것으로서, 실험부 대기 온도 변화에 따른 베어링의 성능 특성을 측정하기 위하여 고안되었다. 실험장치의 작동원리에 대한 자세한 사항은 참고문헌 [8,9]에 상술되어 있다.

Fig. 2. Photo (upper) and schematic view (lower) of gas foil thrust bearing test rig with heat gun and closed booth.

4. 실험 및 분석 방법

대기 온도에 따른 베어링의 성능을 평가하기 위하여 부상 실험, 하중지지능력 실험, 실험 결과 분석 등을 수행하였으며, 실험 후에는 베어링 코팅 표면 육안 검사, 코팅 표면 전자주사현미경(scanning electron microscope, SEM)검사, 코팅 표면 에너지 분산형 형광 X선 분석(energy dispersive X-ray spectroscopy, EDS)을 하였다.

부상 실험은 베어링에 10 N의 일정한 예압을 부가한 상태에서 회전속도를 약 5 krpm/s의 일정한 가속율로 60 krpm까지 증가하여 약 5초간 정지한 후 자유 감속하였으며, 이러한 부상시험을 외기 온도 상온 (25℃), 중온 (75℃), 고온 (110℃)의 조건에서 동일한 방법으로 반복하면서 베어링의 마찰 토크를 측정하였다. 각 외기 온도에 도달 후 약 5분간 온도가 동일하게 유지되는지 확인하고 시험을 수행하였다.

하중지지력 실험은 베어링에 10 N의 일정한 예압을 부가한 상태에서 회전속도를 5 krpm/s의 일정한 가속율로 60 krpm까지 가속하여 유지한 후 하중을 증가하며 마찰 토크를 관찰하였으며, 베어링이 지지할 수 있는 최대 하중에서 베어링과 러너가 접촉하여 마찰토크가 급격히 커지게 되면 그 때의 하중을 최대하중지지력으로 판단하였다. 최대 하중 지지능력을 확인한 후에는 하중을 감소하여 초기 예압인 10 N까지 감소한 후 회전축을 자유정지하여 실험을 종료하였다. 이러한 과정을 상온, 중온, 그리고 고온 조건에서 반복하며 외기 온도 증가에 따른 마찰토크와 최대하중지지력의 변화를 비교 평가하였다. 실험 결과는 참고문헌 [13,14]에서 개발한 베어링 성능 예측 프로그램을 이용하여 해석한 결과와 비교한 후 분석하였다.

실험 종료 후에는 각 외기 온도 조건에서 실험한 베어링 시편의 접촉 표면을, 광학 현미경에 비해 분해능과 초점심도가 우수한 전자주사현미경(SEM)을 이용하여 이미지화 하였으며, 이들을 실험을 수행하지 않은 신규 베어링의 표면과 비교하여 분석하였다. 참고로, SEM 분석을 위한 시편을 준비하기 위하여 각 실험 베어링의 표면을 육안 관찰 후 접촉 흔적이 뚜렷한 영역5곳을 선택한 후 절단하여 전처리하였다. 또한, 에너지 분산형 형광 X선 분석 장치(EDS)를 이용하여 이들 시편들의 성분 원소 구성을 분석하고 비교하였다.

5. 결과 및 분석

5.1. 부상 성능

Fig. 3은 가스 포일 스러스트 베어링의 부상 실험 예시를 보여준다. 시간에 따라 회전속도가 선형적으로 증가하며, 마찰 토크도 급격히 증가했다가 감소하여 이후 낮은 수준의 마찰토크를 유지한다. 회전속도가 최대 실험 속도인 60 krpm으로 일정하게 유지되는 동안은 마찰토크(driving torque at max. speed)도 일정하게 유지되며, 러너가 자유감속하여 정지함에 따라 마찰토크는 다시 증가했다가 빠르게 감소한다. 가속 시에 발생하는 시작 토크(start-up torque)와 감속 시에 발생하는 정지 토크(touch-down torque)는 러너와 베어링 표면의 경계윤활(boundary lubrication)에 의해 발생하기 때문에 상대적으로 매우 크다. 시작 토크 발생 후 빠르게 감소하는 마찰 토크의 최저값에 해당하는 회전속도는 베어링의 부상속도(lift-off speed)로 정의된다. 시작토크와 최저토크 사이에서는 혼합윤활 (mixed lubrication)이 발생하는 구간이다. 부상 속도 이상의 회전속도에서는 충분한 유체동압 윤활 (hydrodynamic lubrication)이 발생한다.

Fig. 3. Typical rotor speed and bearing drag torque versus time measured during GFTB lift-off tests.

Fig. 4는 가속 구간(위)과 감속 구간(아래)에서 측정한 회전속도에 따른 마찰토크 측정결과를 대기 온도 변화에 따라 보여준다. 가속 구간에서 회전속도가 증가함에 따라 마찰토크는 급격히 증가하였다가 감소하는데 부상속도 이후에는 완만하게 다시 증가하는 경향을 보인다. 외기 온도의 증가는 시작토크(start-up torque)에 거의 영향을 주지 않는다. 하지만, 회전속도가 증가함에 따라 베어링의 마찰토크는 상온 (25℃) 조건보다 중온 및 고온(75℃ 및 110℃)에서 더 높다. 이러한 경향은 마찰토크가 최저값을 갖는 부상속도 이하의 속도 구간에서 더욱 뚜렷하다. 온도 증가에 따른 마찰 토크의 증가는 온도에 따라 증가하는 윤활 막 공기의 점도 증가에서 기인한 것으로 사료된다. 참고로 상온(25℃)과 고온(110℃)일 때의 공기 동점도는 각각 0.018 mPa-s, 0.022 mPa-s으로 약 20% 증가한다. 감속 구간에서 취득한 실험결과는 가속 구간에서의 결과와 매우 유사한 경향을 보인다. 다만, 외기 온도 변화에 관계없이 모든 경우에서 약 6 krpm에서 마찰 토크가 급격히 증가했다가 감소하는 모습을 보이는데, 이는 자유 감속(관성 정지)동안 베어링과 러너의 접촉에 따른 시스템의 공진 거동으로 사료된다. Fig. 5는 외기 온도 증가에 따른 부상 및 착지 속도 변화를 보여준다. 부상 및 착지 속도는 상온, 중온, 고온의 순서대로 높은데 부상 속도의 경우 각각 약 25, 33, 36 krpm이며, 착지속도의 경우 각각 약 20, 28.5, 35 krpm이다. 감속 시에는 러너와 함께 회전하는 유막의 유동 관성으로 인해 가속 시보다 더 낮은 속도까지 공기 유막이 형성되어 착지속도가 부상속도보다 약간 더 낮은 것으로 사료된다.

Fig. 4. Drag torque versus rotor speed measured during speed-up and coastdown tests for increasing ambient temperatures.

Fig. 5. Lift-off / touch-down speeds versus ambient temperature measured during speed-up and coastdown tests.

5.2. 하중지지 성능

Fig. 6은 110℃의 고온 조건에서 수행한 하중지지능력 시험 결과를 보여준다. 10 N의 예하중 (axial preload)을 준 상태에서 회전속도를 60 krpm으로 가속 후 유지하면서 하중을 증가시켰으며 토크가 급격히 증가할 때를 최대하중지지능력(maximum load capacity)으로 판단하였다. 실험 결과는 러너가 정지한 상태에서 회전속도를 증가시킬 때 발생하는 시작 토크 (start-up torque)와 회전 속도를 감소하여 정지시킬 때 발생하는 정지 토크(touch-down torque)와 마찬가지로 최대하중지지능력이 발생하는 약 650초 구간에서도 토크가 급격히 증가함을 보여준다. Fig. 7은 25, 75, 110℃에서 수행한 최대하중지지능력 실험 결과로서, 하중 증가에 따른 마찰 토크를 비교하여 보여준다. 110℃에서 약 171 N으로 가장 낮은 최대하중지지능력을 보여주며, 75℃에서는 188 N의 최대 하중지지능력을 보인다. 25℃에서는 약 194 N의 높은 하중에서도 아직 급격한 토크 증가가 발생하지 않아서 최대하중지지력에 도달하지 않은 것을 알 수 있다. Fig. 8은 Fig. 7의 결과를 요약하여 온도에 따른 최대하중지지 능력 결과를 보여주는데, 온도의 증가가 하중지지능력을 감소시키는 것을 알 수 있다. Fig. 9는 참고문헌 [14]에서 개발한 해석 프로그램을 이용하여 하중에 따른 마찰 토크 결과를 예측한 후 상온과 고온에서의 실험결과와 비교하여 보여준다. 해석 모델은 압축성 유동을 고려하였으며, 유체동압 윤활 구간에서의 마찰 토크 실험결과는 수학적 해석 모델을 통해 효과적으로 예측됨을 알 수 있다.

Fig. 6. Rotor speed, axial load, drag torque versus time measured during load capacity test at 100℃.

Fig. 7. Drag torque versus axial load measured during load capacity test at 60 krpm for increasing ambient temperatures of 25, 75, and 100℃.

Fig. 8. Maximum load capacity versus ambient temperature measured at 60 krpm.

Fig. 9. Predicted drag torque versus axial load compared to measurements during load capacity test at 60 krpm for increasing ambient temperatures of 25 and 100℃.

5.3. 표면 분석

Fig. 10은 상온, 중온, 고온에서 시험한 베어링의 탑포일 코팅 표면 사진을 보여준다. 까만색 부분이 PTFE가 도포된 탑포일 코팅이다. 코팅 표면의 육안 검사 결과 상온 시험 후에는 마모흔이 뚜렷하지 않은 반면, 중온 시험 베어링은 탑포일의 후단 (trailing edge) 부분에서 뚜렷한 마모흔이, 고온 시험 베어링은 탑포일의 외경부분에서 변색된 마모흔이 관찰된다. Fig. 11은 시험에 사용하지 않은 신규 제작 베어링의 탑포일(not used)과 마모흔이 뚜렷한 중온(75℃) 및 고온(110℃) 시험 후의 탑포일 SEM 이미지를 보여준다. 중온과 고온 시험 베어링은 각각 육안 검사 시 뚜렷한 마모흔이 보이는 부분(harsh wear)과 그렇지 않은 부분(mild wear)을 구분하여 비교하였다. 신규 베어링은 전반적으로 뚜렷한 표면 돌기들을 갖는 매우 거친 PTFE 표면을 보여준다. 신규 베어링과 비교할 때 중온 시험 후에는 표면에 돌출된 접촉 돌기들이 떨어져나가 거친 정도가 감소한 것을 보여준다. 특히, 심각한 마모흔(harsh wear)의 경우 접촉 돌기들이 거의 다 사라져서 평탄해 진 것으로 보인다. 이러한 마모의 과정은 기계적 공정에 의한 연삭마모(abrasive wear)의 유형으로 사료된다. 고온 시험 후의 표면도 접촉 돌기들이 현저하게 감소하였는데, 중온 시험 후의 베어링 표면과는 뚜렷한 시각적 차이를 보인다. 특히 심각한 마모흔(harsh wear)의 경우 표면에 코팅제가 용융되어 흐른 물결무늬가 관찰되며 이러한 현상은 온도 증가에 따른 산화마모 (oxidation-dominated wear) 또는 고온 및 고하중에 의한 용융마모 (melt wear)로 보인다 [15]. 이는, 외기 온도가 110℃로 PTFE 재료의 적용 한계 온도인 260℃도 보다 낮지만, 회전속도 및 하중 증가에 따른 발열로 인해 공기 유막의 온도가 상승하여 코팅 재료의 성능에 영향을 줄 수 있음을 암시한다.

Fig. 10. Condition of bearing surfaces after load capacity tests at 25, 75, and 110℃. Photographs showing wear of the top foil coating.

Fig. 11. SEM images of bearing surface: (a) new bearing surface not used, (b) mild and (c) harsh wears after load capacity test at 75℃, and (d) mild and (e) harsh wears after load capacity test at 110℃.​​​​​​​

Fig. 12는 EDS 의 정량적 성분 분석(quantitative EDS microanalysis) 결과를 보여준다. 각 시편에서 4곳의 모서리 부분과 중앙부분의 총 5 포인트에서 측정 후 성분비의 평균값을 측정하였다. 코팅의 성분은 주로 불소(fluorine, F)와 탄소(carbon, C)로 이루어져 있으며 낮은 분량의 산소 (oxygen, O)와 질소(nitrogen, N)가 관찰된다. 연삭마모가 발생한 것으로 사료되는 중온 시험 베어링 표면은 신규 베어링에 비해 탄소와 산소의 비율이 높으며 마모의 정도가 심각할수록 그 경향성은 더욱 뚜렷하다. 반면에 산화마모 또는 용융마모가 발생한 것으로 사료되는 고온 시험 베어링의 표면은 불소의 비율이 높아지며 탄소, 산소, 질소의 비율은 뚜렷이 감소하였다. 참고문헌 [16]에 따르면 PTFE 열 산화 반응에 의한 부산물은 CFO₂, CF₂O, O₂, CO₂로써 해당 온도에서 기체 형태를 띈다. 따라서 탄소와 산소는 기체 중으로 사라지게 되어 조성 비율이 감소한 것으로 사료된다. 반면 탄소와 산소에 비해 상대적으로 적은 불소의 비율은 증가하는 모습을 보인다. 이러한 경향은 마모의 심각도가 높을수록 더욱 뚜렷하다.

Fig. 12. EDS analysis of bearing surface: (a) new bearing surface not used, (b) mild and (c) harsh wears after load capacity test at 75o C, and (d) mild and (e) harsh wears after load capacity test at 110℃.

6. 결론

본 논문에서는 외기 온도 변화가 가스 포일 스러스트 베어링의 윤활 성능에 미치는 영향을 실험적으로 규명하였으며, 실험 후 주사전자현미경 (SEM) 검사와 에너지 분산 분광법(EDS) 분석을 통해 온도에 따른 베어링 표면 코팅의 마모 특성을 관찰하였다. 이를 통해 얻은 결론은 아래와 같다.

1. 외기 온도가 증가할 경우, 혼합 윤활 구간에서 마찰 토크가 뚜렷하게 증가한다. 이는 온도 증가에 따라 윤활 막 공기의 점도가 증가하기 때문으로 사료된다.

2. 외기 온도 증가에 따라 부상 속도가 증가하며, 감속시 공기 유막의 관성으로 인해 착지속도가 부상속도보다 더 낮은 것으로 사료된다.

3. 외기 온도가 증가함에 따라 하중지지 능력이 감소하였으며, 수학적 모델 해석을 통해 마찰 토크 예측이 가능하다.

4. 중온(75℃)과 고온(110℃) 조건에서 탑포일 코팅의 마모 유형과 패턴이 서로 상이하게 나타났으며, 각각 연삭마모에 의한 평탄면과 용융마모에 의한 물결무늬 패턴이 관찰되었다.

5. 중온(75℃) 조건의 연삭 마모 코팅은 신규 코팅에 비해 탄소와 산소 비율이 높아지고, 고온(110℃) 조건의 용융 마모 코팅은 탄소, 산소, 질소의 비율이 낮아진다. 이는 용융 마모 경우에 온도 증가에 따른 산화 작용에 의한 것으로 사료된다.

6. 회전속도 및 하중 증가에 따른 베어링 발열은 유막온도를 외기 온도보다 높게 증가시켜 탑 포일 코팅 재료의 성능을 악화시킨 것으로 사료된다.