정의
윤활(潤滑, lubrication)은 상대 운동을 하는 두 고체 표면 사이에 유막(油膜)을 형성하여 마찰과 마모를 감소시키고, 발열을 억제하며, 이물질 배제 및 녹 발생 방지 등을 위해 수행하는 행위를 말한다. 윤활을 위해 사용되는 물질을 윤활제(lubricant)라고 하며, 대표적으로 윤활유(潤滑油, lubricating oil)와 그리스(grease)가 있다.
어원
'윤활'은 한자어 '潤滑'에서 비롯되었다. '潤'은 '젖다, 윤택하다'의 뜻을, '滑'은 '미끄럽다'의 뜻을 지닌다. 두 글자를 합쳐 '미끄럽고 윤택하게 한다'는 의미를 가진다. 영어 'lubrication'은 라틴어 'lubricus'(미끄러운)에서 유래하였다.
윤활의 목적
윤활의 주요 목적은 다음과 같다.
- 마찰 감소: 접촉면 사이의 마찰력을 줄여 기계적 효율을 높인다.
- 마모 방지: 직접적인 금속 간 접촉을 차단하여 표면 마모를 억제한다.
- 냉각: 마찰열을 흡수하고 분산시켜 기계 부품의 온도 상승을 억제한다.
- 이물 배제: 접촉면 사이의 이물질을 씻어내거나 차단한다.
- 방청 및 부식 방지: 금속 표면을 산화와 부식으로부터 보호한다.
윤활의 종류
윤활 상태는 유막의 두께와 접촉 조건에 따라 다음과 같이 분류된다.
- 유체 윤활(fluid lubrication): 유막이 두 표면을 완전히 분리하여 금속 간 접촉이 없는 상태로, 유체역학적 압력에 의해 하중이 지지된다.
- 경계 윤활(boundary lubrication): 유막이 얇아 표면의 돌기 일부가 직접 접촉하는 상태로, 윤활제의 화학적 성질이 중요해진다.
- 혼합 윤활(mixed lubrication): 유체 윤활과 경계 윤활이 혼재된 중간 상태이다.
- 극압 윤활(extreme pressure lubrication): 고온·고압 조건에서 윤활제 내 극압 첨가제가 금속 표면과 반응하여 보호막을 형성하는 상태이다.
윤활제의 종류
- 윤활유(액체 윤활제): 광유계(광유), 합성유계, 동식물유계 등이 있으며, 일반적으로 광유계 윤활유가 가장 널리 사용된다.
- 그리스(반고체 윤활제): 윤활유에 증주제(thickener)를 첨가하여 반고체 상태로 만든 것으로, 밀봉성이 좋아 자주 보충이 어려운 부위에 사용된다. 증주제의 종류에 따라 리튬 그리스, 칼슘 그리스, 나트륨 그리스, 우레아계 그리스 등으로 분류된다.
- 고체 윤활제: 이황화몰리브덴(MoS₂), 흑연(graphite) 등 고체 상태의 윤활제로, 고온·고진공 등 특수 환경에서 사용된다.
관련 학문
윤활은 마찰, 마모, 윤활을 종합적으로 연구하는 학문인 트라이볼로지(tribology)의 핵심 분야 중 하나이다. 트라이볼로지는 그리스어 'tribos'(마찰)에서 유래하였으며, 기계공학, 재료공학, 화학 등이 결합된 학제적 분야이다.
일상생활에서의 예
스케이트 날과 얼음 사이에 형성되는 얇은 물막은 자연적인 윤활 작용의 대표적인 예이다. 자동차 엔진오일, 베어링 그리스, 체인 윤활유 등도 일상에서 흔히 접할 수 있는 윤활제이다.
