CN101251152B - 烧结含油轴承及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种，即使在高面压条件下，仍可以抑制轴承自身的磨损以及抑制轴磨损的烧结含油轴承及其制造方法。本发明的烧结含油轴承，除气孔外的基体部分呈现包括含Cu，以及Sn、Zn、Ni、P的至少1种的铜合金相、铁素体相、在该铁素体相中分散的氧化铁相的金属组织。更优选上述铜合金相含Cu：10～59质量％及Sn、Zn、Ni、P中的至少1种：1～5质量％，氧化铁相以除气孔外的基体部分的断面面积比计，为3～20％、其余部分的铁素体相包含Fe及不可避免的杂质。

Description

烧结含油轴承及其制造方法

技术领域

本发明涉及适于汽车上安装的室内送风装置的风扇马达或座位驱动用马达、信息设备或音响设备等装备的主轴马达等各种马达的烧结含油轴承，特别是涉及显示优良的耐磨损性的烧结含油轴承及其制造方法。

背景技术

在纯铁系、青铜系、铁-碳系、铁-铜-碳系、铁-青铜系等的金属基体中分散气孔，同时在该气孔中浸渍润滑油的烧结含油轴承，因可以在不给油的状态下长时间润滑、制造容易等优点，可在各种轴承用途中使用。

在这种状况下，汽车上安装的室内送风装置的风扇马达或座位驱动用马达、信息设备或音响设备等装备的主轴马达等马达用轴承，也多数使用烧结含油轴承，但考虑到与配对轴的耐烧结性或冲击性，几乎不采用使用纯铁系或铁-碳系及铁-铜-碳系的金属基体的烧结含油轴承。另一方面，具有青铜系金属基体的烧结含油轴承，尽管耐烧结性或轴冲击性优良，但存在耐磨损性或成本方面的难点。因此，作为上述马达用轴承，广泛采用作为同时具有铁系金属基体的耐磨损性与青铜系金属基体的耐烧结性的铁-青铜系金属基体的烧结含油轴承(专利文献1、2等)。

[专利文献1]特开2003-120674号公报

[专利文献2]特开2005-082867号公报

发明内容

近年来，伴随着马达的小型化，马达内安装的轴承也有小型化的倾向，结果是轴承承受的面压也有增加的倾向。因此，原来广泛用于马达的铁-青铜系金属基体的烧结含油轴承，铁的部分由于是铁素体组织因而是软质的，在高面压条件下容易磨损的问题就变得显著起来。另一方面，铁的部分包含珠光体组织的铁-铜-碳系金属基体的烧结含油轴承，从耐磨损性考虑是可以满足的，但由于整个金属基体变硬，存在轴的磨损加大的问题，故不能使用。

在这种状况下，本发明的目的是提供一种即使在高面压条件下，仍可以抑制轴承本身的磨损又抑制轴的磨损的烧结含油轴承，及其制造方法。

为了解决上述课题，本发明人悉心研究的结果发现，如金属基体的铁的部分基本上为铁素体组织，并且铁的部分仅一部分为硬质相，则可以抑制轴承本身的磨损同时抑制轴磨损。本发明的烧结含油轴承是根据此发现而完成的，要点是使作为硬质相的氧化铁被分散在铁素体相中。

具体地，本发明的烧结含油轴承，其特征在于，除气孔外的基体部分，呈现包括含Cu以及Sn、Zn、Ni、P的至少1种的铜合金相、铁素体相、和在该铁素体相中分散的氧化铁相的金属组织。

另外，本发明的烧结含油轴承的制造方法，其特征在于，该方法包括：在铁粉中添加全部组成由Cu：10～59质量％，Sn、Zn、Ni、P的至少1种：1～5质量％形成的纯粉末、合金粉末或这些的混合粉末，进行混合的原料粉末配制工序、采用所得到的原料粉末，成型为具有滑动支持旋转轴的内周面的轴承形状的成型工序、把得到的成型体进行烧结的烧结工序、在烧结过的烧结轴承的气孔内浸渍润滑油的浸渍工序。在该制造方法中，作为上述铁粉，采用还原减量(氢损失)为0.35～2质量％的铁粉。

本发明的烧结含油轴承，由于除气孔外的基体部分，呈现包括含Cu以及Sn、Zn、Ni、P的至少1种的铜合金相、铁素体相、在该铁素体相中分散的氧化铁相的金属组织，故既可抑制自磨损又可抑制轴的磨损，显示优良的耐磨损性。

另外，本发明的烧结含油轴承的制造方法，提供一种采用简便的方法制造这种烧结含油轴承的方法。所述本发明显示了可对应伴随着近年来马达的小型化而引起的轴承面压增大这样的优良效果，其适合于汽车上安装的室内送风装置的风扇马达或座位驱动用马达、信息设备或音响设备等装备的主轴马达等各种马达。

附图说明

图1是本发明的烧结含油轴承的金属组织照片之一例。

具体实施方案

[烧结含油轴承]

本发明涉及的烧结含油轴承的金属组织之一例示于图1。图中的黑色部分表示气孔，在本例中，黑色的气孔由铁粉末之间的间隙残留的大气孔与用还原铁粉作为原料的铁粉所生成的细小气孔构成。其余的部分为基体，由灰色的铁的部分与白色的铜合金相构成。

铁的部分，具有主要用于抑制磨损的骨骼的作用，铜合金相具有防止和轴的烧结及降低磨损的作用。铁的部分基本上由亮灰色的铁素体组织构成，一部分中分散有暗灰色的氧化铁相。在铁素体相中分散的氧化铁相，具有比铁素体的铁高的硬度。铁的部分通过由这种硬度低的铁素体相与硬度高的氧化铁相构成，显示了硬度低的铁素体相对轴的冲击性降低，同时，硬度高的氧化铁相显示抑制磨损的效果。

在本发明的烧结含油轴承中，当铁的部分的量缺乏时，铜合金相变得过大，总体的硬度变低，磨损增大。反之，当铁的部分过大时，铜合金相变得缺乏，轴的磨损增加。因此，Cu在除气孔外的基体部分的全部组成中所占的比例达到10～59质量％的范围是优选的。即，当Cu的量低于10质量％时，易引起烧结，而添加量超过59质量％时，轴承磨损易加大。另外，Cu与Sn、Zn、Ni、P的任何1种以上的元素合金化，形成上述铜合金相。这些元素，增强铜合金相，有益于铜合金相的耐磨损性提高。但是，当这些元素的量过大时，轴的磨损易增加。因此，Sn、Zn、Ni、P的任何1种以上的元素，在除气孔外的基体部分的全部组成中所占的比例达到1～5质量％的范围是优选的。

在本发明的烧结含油轴承中，在主要包含亮灰色的铁素体相的铁的部分中分散暗灰色的氧化铁相，有益于自己的耐磨损性的提高。当氧化铁相的量缺乏时，耐磨损性降低，磨损增大，反之，当氧化铁相的量过大时，轴的磨损加大。因此，氧化铁相以除气孔外的基体部分的断面面积比计优选为3～20％的范围。

还有，在烧结含油轴承中，像此前所做的那样，如在气孔中使石墨、二硫化钼、硫化锰、氟化钙中的至少1种的固体润滑剂成分分散，则具有防止烧结及磨损系数降低的效果。这些固体润滑剂成分中，石墨显示特别高的效果。当使固体润滑剂成分在气孔中分散时，固体润滑剂成分在铁粉末间的间隙中残留的大气孔的部分中分散。

当固体润滑剂成分过少时，添加的效果差，反之，当过大时，阻碍基体的烧结，使基体的强度降低。因此，当在气孔中分散石墨、二硫化钼、硫化锰、氟化钙中的至少1种的固体润滑剂成分时，其量对上述基体成分100质量份达到0.2～2质量份是优选的。

[烧结含油轴承的制造方法]

为了得到具有上述金属组织的烧结含油轴承，本发明的烧结含油轴承的制造方法，使分散在铁的部分中的氧化铁相以原料粉末的状态存在。即，一部分采用氧化过的铁粉。

具体地说，作为铁粉，是氢还原铁粉，使用还原减量为0.35～2质量％的。还原减量，是在氢气流中加热粉末时的质量减少百分率，也可以说是铁粉中的氧化铁的氧量。还原减量的测定，具体地说，按照JIS H 2601中记载的铁粉的还原减量试验来进行。当铁粉还原减量低于0.35质量％时，氧化铁相的量少，得不到所希望的耐磨损性。另一方面，当超过2质量％时，铁素体相中的氧化铁相的量增多，发生轴的磨损加大，同时，粉末的压缩性显著降低的问题。

铜合金相，可通过使原料粉末的全部组成为Cu：10～59质量％，以及Sn、Zn、Ni、P中的至少1种：1～5质量％那样，以纯粉末(单体粉末)的状态添加Cu及这些的铜合金相增强元素，在烧结过程中进行合金化的方法；或预先以铜合金粉末的状态添加的方法的任何一种方法形成。因此，可以采用这些元素的纯粉末、合金粉末或它们的混合粉末。

另外，当原料粉末的Cu成分的全部或一部分采用箔状的铜粉末时，由于烧结含油轴承的表面被铜层被覆，铁的露出量变少，可以得到与轴的粘附等被抑制、摩擦系数也降低的效果，是优选的。

通过将上述铁粉及上述铜合金相形成用粉末进行混合的原料粉末配制工序，可以得到原料粉末。把这样得到的原料粉末，与原来的烧结含油轴承的制造方法同样，经过成型为具有滑动支持旋转轴的内周面的轴承形状的成型工序、把得到的成型体进行烧结的烧结工序、在烧结过的烧结轴承的气孔内浸渍润滑油的浸渍工序进行制造。

在上述工序中，与原来的烧结含油轴承的制造方法同样，在烧结工序后或在浸渍工序后也可追加再压工序等其他工序。还有，在上述成型工序优选使成型体的密度比达到70～85％左右那样进行成型，烧结温度与原来的青铜类烧结轴承同样，达到760～800℃左右是优选的。

为了得到在气孔中分散了固体润滑剂的烧结含油轴承，对含上述铁粉与铜合金相形成用的粉末的原料粉末100质量份，再添加石墨粉末、二硫化钼粉末、硫化锰粉末、氟化钙粉末中至少1种的固体润滑剂成分粉末0.2～2质量份，混合后用作原料粉末，通过把原料粉末经过上述成型工序、烧结工序、浸渍工序等，可以得到所希望的烧结含油轴承。

实施例

准备表1所示的原料粉末，以表2所示的配合比例添加各原料粉末，进行混合。把得到的各粉末以成型压力300MPa，压粉成型为内径Φ10mm、外径Φ16mm、全长10mm的圆筒形状，把压粉体在氨气分解气体氛围气中，于780℃进行烧结。烧结后进行再压，制成轴承试验试样。对得到的轴承试验试样进行金属组织观察，调查除气孔外的基体部分中占有的氧化铁相比例。其结果示于表3。

另外，对轴承试验试样浸渍以多元醇酯作为主成分的合成润滑油，用轴承试验机进行200小时轴承试验。还有，在轴承试验中，所用的旋转轴为S45C材料，试验机的运行条件是：轴的转数5000rpm、面压3MPa、环境温度为室温。这种轴承试验后，测定轴承及轴的磨损量。其结果一并示于表3。

表1

原料粉末	还原减量质量％	粒度
			氢还原铁粉A	3.0	100目(149μm)以下
氢还原铁粉B	2.0	100目(149μm)以下
			氢还原铁粉C	1.0	100目(149μm)以下
氢还原铁粉D	0.35	100目(149μm)以下
			矿石还原铁粉	0.16	100目(149μm)以下
电解铜粉	-	200目(74μm)以下
			箔状铜粉	-	150目(105μm)以下
粉化锡粉	-	200目(74μm)以下
			石墨粉	-	100目(149μm)以下

表2

	铁粉	电解铜粉	箔状铜粉	粉化锡粉	石墨粉
						实施例01	氢还原铁粉B：65	27	5	3	-
实施例02	氢还原铁粉C：65	27	5	3	-
						实施例03	氢还原铁粉D：65	27	5	3	-
实施例04	氢还原铁粉C：65	29	5	1	-
						实施例05	氢还原铁粉C：88	5	5	2	-
实施例06	氢还原铁粉C：65	32	-	3	-

实施例07	氢还原铁粉C：40	50	5	5	-
						实施例08	氢还原铁粉C：36	54	5	5	-
实施例09	氢还原铁粉C：65	27	5	3	0.2(外添加)
						实施例10	氢还原铁粉C：65	27	5	3	2.0(外添加)
比较例01	氢还原铁粉A：65	27	5	3	-
						比较例02	矿石还原铁粉：65	27	5	3	-
比较例03	氢还原铁粉C：65	29.5	5	0.5	-
						比较例04	氢还原铁粉C：90	3	5	2	-
比较例05	氢还原铁粉C：30	60	5	5	-
						比较例06	氢还原铁粉C：65	27	5	3	3.0(外添加)

表3

	基体中占有的氧化铁相比例 面积％	轴承磨损量μm	轴磨损量μm	备注
					实施例01	20	3.5	1.5	铁粉还原减量上限
实施例02	9	4.0	1.0
					实施例03	3	4.5	1.0	铁粉还原减量下限
实施例04	9	5.5	1.0	锡粉量下限
					实施例05	12	3.0	2.0	铜粉量下限
实施例06	9	4.5	2.0	无箔状铜粉
					实施例07	6	5.0	0.5	锡粉量上限
实施例08	5	6.0	1.0	铜粉量上限
					实施例09	9	4.0	0.5

实施例10	9	4.5	0.5	石墨粉量上限
					比较例01	32	5.0	6.0	铁粉还原减量上限以外
比较例02	1	19.0	6.0	铁粉还原减量下限以外
					比较例03	9	7.5	1.0	锡粉量下限以外
比较例04	12	4.0	5.0	铜粉量下限以外
					比较例05	5	8.0	2.0	铜粉量上限以外
比较例06	9	14.0	5.0	石墨粉量上限以外

从表2及表3的实施例01～03、比较例1、2，可以调查铁粉的还原减量的影响。当采用还原减量超过2质量％的铁粉时(比较例01)，基体中的氧化铁相的量超过20面积％，轴的磨损量多，而轴承的磨损量也大。另一方面，当采用还原减量0.35～2质量％的铁粉时(实施例01～03)，基体中的氧化铁量为3～20面积％，可以抑制轴的磨损量及轴承磨损量，轴的冲击性及轴承的耐磨损性两者均显示良好的值。但是，当采用还原减量低于0.35质量％的铁粉时(比较例2)，轴承磨损量急剧增加。

由此可以确认，作为铁粉，当采用还原减量0.35～2质量％的铁粉时，除气孔外的基体部分占有的氧化铁相比例，以断面面积比计，为3～20％，对轴承耐磨损性的提高及轴冲击性的降低有效果。

从表2及表3的实施例2、4～8及比较例4、5，可以调查全部组成中占有的Cu量的影响。当Cu量(电解铜粉与箔状铜粉之和)低于10质量％时(比较例4)，轴磨损量加大，当Cu量为10～59质量％时(实施例2、4～8)，轴的磨损量被抑制，轴承磨损量也被抑制到低值，显示良好的轴承耐磨损性及轴的冲击性。但是，当Cu量超过59质量％时(比较例5)，轴承磨损量及轴磨损量反而增加。

由这些可以确认，全部组成中占有的Cu量在10～59质量％的范围时，对轴承的耐磨损性的提高及轴冲击性的降低有效果。

通过比较表2及表3的实施例2、6，可以调查箔状铜粉的使用效果。实施例2、6，全部组成中的Cu量同为32质量％，轴承磨损量及轴磨损量均低，显示良好的结果，但通过采用箔状铜粉的实施例2，与不采用箔状铜粉的实施例6相比，轴承磨损量及轴磨损量均低，可以确认由箔状铜粉产生的提高耐磨损性、抑制轴冲击性的效果。

从表2及表3的实施例2、4～8及比较例3，可以调查全部组成中占有的Sn量的影响。当Sn量低于1质量％时(比较例3)，铜合金相的强化不充分，轴承磨损量加大。另一方面，当Sn量为1～5质量％时(实施例2、4～8)，铜合金相的强化进行充分，轴承磨损量降低。从这些结果可以确认，全部组成中的Sn量在1～5质量％的范围内，轴承耐磨损性提高。

从表2及表3的实施例2、9、10及比较例6，可以调查固体润滑剂(石墨)添加的影响。可知相对于不含固体润滑剂的例子(实施例2)，添加固体润滑剂粉末，使固体润滑剂分散在气孔中的例子(实施例9、10)，通过固体润滑剂抑制轴的磨损。但是，固体润滑剂的添加量超过2质量％的例子(比较例6)，轴承磨损量加大，轴磨损量也加大。

由此可以确认，通过添加0.2～2质量％的固体润滑剂，可以抑制轴磨损量，当添加固体润滑剂超过2质量％时，轴承耐磨损性受损。

产业上利用的可能性

本发明的烧结含油轴承，即使在高的面压条件下，既可以抑制轴承自身的磨损，也可以抑制轴的磨损，本发明的烧结含油轴承的制造方法，提供一种采用简便的方法制造上述烧结含油轴承的方法。因此，本发明的烧结含油轴承及其制造方法，适于小型化、具有面压增加倾向的，汽车上安装的室内送风装置的风扇马达或座位驱动用马达、信息设备或音响设备等装备的主轴马达等各种马达。

Claims (6)

1.一种烧结含油轴承，其特征在于，除气孔外的基体部分，呈现包括含Cu以及Sn、Zn、Ni、P的至少1种的铜合金相、铁素体相、在该铁素体相中分散的氧化铁相的金属组织，同时，上述铁素体相和上述氧化铁相通过一部分采用氧化过的铁粉而形成。

2.按照权利要求1中所述的烧结含油轴承，其特征在于，上述铜合金相，以除气孔外的基体部分的全部组成中占有的质量比计，含Cu：10～59质量％，Sn、Zn、Ni、P中的至少1种：1～5质量％；上述氧化铁相，以除气孔外的基体部分的断面面积比计，为3～20％；其余部分的铁素体相含铁及不可避免的杂质。

3.按照权利要求2中所述的烧结含油轴承，其特征在于，在气孔中分散有石墨、二硫化钼、硫化锰、氟化钙中的至少1种的固体润滑剂成分，其量对于基体成分100质量份为0.2～2质量份。

4.一种烧结含油轴承的制造方法，其特征在于，该方法包括：在铁粉中添加全部组成含Cu为10～59质量％、Sn、Zn、Ni、P中的至少1种为1～5质量％的纯粉末、合金粉末或这些的混合粉末，进行混合的原料粉末配制工序、采用所得到的原料粉末，成型为具有滑动支持旋转轴的内周面的轴承形状的成型工序、把得到的成型体进行烧结的烧结工序、在烧结过的烧结轴承的气孔内浸渍润滑油的浸渍工序；在该制造方法中，作为上述铁粉，采用还原减量为0.35～2质量％的一部分氧化过的铁粉。

5.按照权利要求4中所述的烧结含油轴承的制造方法，其特征在于，作为上述原料粉末的Cu成分的全部或一部分，采用箔状铜粉。

6.按照权利要求4或5中所述的烧结含油轴承的制造方法，其特征在于，对上述原料粉末100质量份，添加石墨、二硫化钼、硫化锰、氟化钙中的至少1种的固体润滑剂粉末0.2～2质量份，加以混合后，用作原料粉末。

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