CN102197150A - 耐磨性得到提高的滑动轴承及其制造方法 - Google Patents

耐磨性得到提高的滑动轴承及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制成烧结体形态的耐磨性得到提高的滑动轴承，特别是，涉及一种衬套式滑动轴承，该滑动轴承在高表面压、低速以及摆动等很差的滑动条件下，主要对与铁系材质轴的摩擦和磨损性能方面优异而可以延长加油周期，而且对硬度方面优异而可以提高承载能力、抗塑性变形能力和疲劳强度。

Description

耐磨性得到提高的滑动轴承及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种制成烧结体形态的耐磨性得到提高的滑动轴承，特别是，涉及一种使插入到内部的轴顺利旋转的衬套式滑动轴承。更具体地说，本发明涉及制成烧结体的具有优异的耐磨性和承载能力并且可以延长加油周期的耐磨衬套式滑动轴承及其制造方法。
背景技术
通常，工业机械和建筑机械具有多个运动部和轴旋转部。在这样的运动部中设置轴承，特别是在轴旋转部中通常设置衬套式(bushtype)滑动轴承，该轴承配置在轴和轴孔之间以减少轴和轴孔之间的摩擦阻力，在这样的装置中，每隔一定期间供给润滑油。
以往，作为如上所述的衬套式滑动轴承，主要使用了黄铜或铁系轴承。
近年，作为延长加油间隔(供给周期)或者即使没有加油也可以使用的轴承，引进无油(oilless)滑动轴承进行使用，该轴承通过在将上述衬套式滑动轴承制成烧结体后使其含浸润滑油，从而即使没有频繁的润滑油的供给也能够减少轴和轴孔之间的摩擦阻力。
如上所述的轴承主要通过将多量的软质铜(Cu)颗粒分散在由铁(Fe)构成的马氏体相中而维持致密化，在高表面压和高温度的滑动条件下润滑膜破裂时，上述轴承通过与作为偶件的由铁(Fe)系合金形成的轴的摩擦而导致胶合。
为了解决上述的问题点，尝试着在轴承中含浸各种润滑油，作为其一例，在韩国专利第0261369号中，提出了将粘度为260cSt至950cSt范围内的润滑油含浸到轴承中的方案。
但是，即使使用如上所述的现有轴承的情况下，在高表面压和低速的条件下、例如在要求3kgf/mm2至8kgf/mm2左右的高表面压以及1cm/sec至5cm/sec左右的低速的条件下使用时，如果由摩擦热导致轴承及其周围的温度迅速上升至高温，则润滑油的粘度会降低，由此在铁系材质轴和与该轴相同的铁系材质轴承之间发生金属间接触，从而发生轴承的摩擦性能降低的问题。
为了防止发生上述问题，需要经常向轴承供给润滑油，这种情况下，会发生加油周期缩短这样的另一个问题。
如上所述，含浸在上述轴承中的润滑油通常在高温和高表面压的条件下容易劣化，从而仅用润滑油起不到充分的润滑作用，因此在这种状态下必然会发生金属间接触。
另一方面，观察如上所述的金属间接触所致的金属间磨损行为时发现，发生摩擦时产生的高温所致的金属间胶合现象的同时发生高表面压所致的金属的塑性变形现象，从而不仅导致轴承的异常磨损而且导致作为偶件的轴的异常磨损，由此引起轴和轴承系统全体的损伤。特别是，塑性变形时分散在由铁(Fe)构成的马氏体相中的软质颗粒铜(Cu)的硬度低而变形显著，由此加速轴承的磨损。
发明内容
于是，在本发明中，为了解决现有轴承所具有的问题点，开发了一种耐磨烧结体，该烧结体在轴与轴承摩擦时显示低摩擦性能并且具有在高表面压下不发生塑性变形的低摩擦·高表面压性能，通过利用上述烧结体制造滑动轴承，可以提高轴承的耐磨性并且延长加油周期。
为了实现如上所述的目的，本发明提供一种滑动轴承，该滑动轴承是将滑动轴承用组合物烧结而形成的，所述滑动轴承用组合物包含相对于总重量为7重量％～20重量％的铜(Cu)、1重量％～7重量％的锡(Sn)、0.2重量％～2.0重量％的碳(C)、0.3重量％～4重量％的镍(Ni)、0.01重量％～0.4重量％的硼(B)以及残余量的铁(Fe)。本发明的上述滑动轴承通过烧结制成烧结体形态，因此也称作“滑动轴承烧结体”。
根据本发明的上述滑动轴承可以为衬套(bush)式滑动轴承，该轴承具有具备了内径部的主体，并且在所述内径部插入有可旋转的轴。对适用于根据本发明的上述滑动轴承的轴的种类没有特别限定，但可以为例如由铁或钢铁形成的轴。
根据本发明的一例，上述滑动轴承用组合物进一步包含选自由相对于总重量为0.02重量％～0.6重量％的铬(Cr)、0.05重量％～0.5重量％的钼(Mo)、0.01重量％～0.3重量％的钒(V)、0.05重量％～0.5重量％的钨(W)、0.01重量％～0.05重量％的锰(Mn)以及0.02重量％～0.2重量％的硅(Si)组成的组中的一种以上的成分。
在本发明中，作为上述滑动轴承用组合物的组成成分的铜(Cu)、锡(Sn)、碳(C)、镍、硼(B)、铁(Fe)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)、钨(W)、锰(Mn)和硅(Si)能够以粉末形态使用，可以购入在商业上市售的各粉末进行使用。上述组成成分能够以粉末形态单独使用，也可以购入2个以上的成分以合金形态存在的合金粉末进行使用。在使用合金粉末的情况下，需要计算合金粉末中的各成分的比例，以决定根据成分的不同而不同的添加量。
根据本发明的一例，上述锡(Sn)能够以粉末形态包含在铜和锡的合金(Cu-Sn)中。上述铜和锡的合金已知有青铜。此时，在锡(Sn)的情况下，由于其含量少，因此使用铜-锡的合金能够提供充分的量，但是在铜(Cu)的情况下，使用铜-锡的合金不能提供充分的量。在使用铜-锡的合金不能提供充分的铜的情况下，可以另外添加铜粉末或者可以添加铜和其他金属的合金。此处，根据本发明的一例，在上述铜-锡的合金中，可以使用上述锡的含量为20重量％～50重量％的合金。
作为另一例，在硼(B)的情况下，能够以与碳结合的如B4C等碳化物形态提供，或者也能够以与镍(Ni)结合的B-Ni形态的硼化物提供。此外，上述硼也能够以与铬(Cr)结合的B-Cr形态的硼化物、与硅(Si)结合的B-Si形态的硼化物提供。
根据本发明的上述滑动轴承在成型和烧结时优选保持适当大小的小孔，根据本发明的一例，可以使上述滑动轴承在其内部形成相对于总体积为15体积％至25体积％左右的小孔。
此外，在根据本发明的上述滑动轴承的上述小孔内含浸有润滑油，因此使用轴承时可以减少与轴的摩擦。由此，根据本发明，可以使上述滑动轴承在其内部包含润滑油，该润滑油相对于总体积为15体积％至25体积％左右。
对适用于根据本发明的滑动轴承的润滑油的种类没有特别限定，本领域技术人员可以根据需要选择适当的润滑油使用。当然也可以使用在商业上可利用的润滑油。
根据本发明的一例，作为可含浸在上述小孔内的润滑油，可以使用在40℃时粘度为80cSt至1000cSt的范围、粘度指数为150至280的润滑油。更优选地，上述滑动轴承可以使用粘度为80cSt至240cSt的范围、粘度指数为150至280的润滑油。
另一方面，根据需要将各种添加剂添加到上述润滑油中，提高润滑油的物性，以使其适合于滑动轴承所适用的特定的条件。
根据本发明的一例，上述润滑油可以进一步包含选自由硫代磷酸锌、磷酸胺、二硫代氨基甲酸盐、硫化合物、磷化合物和硼化合物组成的组中的至少一种以上的抗磨极压添加剂，该添加剂相对于所含浸的润滑油总体积可以添加0.4体积％～6.8体积％左右。
而且，上述润滑油可以进一步包含选自由石墨、二硫化钼(MoS2)、聚四氟乙烯和特氟龙组成的组中的至少一种以上的固体润滑剂，该固体润滑剂相对于所含浸的润滑油总体积可以添加1.5体积％～25体积％左右。
当然也可以将上述抗磨极压添加剂和上述固体润滑剂一起添加到上述润滑油中进行使用。
本发明还提供一种衬套式滑动轴承的制造方法，该制造方法包括：粉末准备步骤(S10)，在该步骤中准备滑动轴承用组合物用粉末，上述粉末包含相对于总重量为7重量％～20重量％的铜(Cu)、1重量％～7重量％的锡(Sn)、0.2重量％～2.0重量％的碳(C)、0.3重量％～4重量％的镍(Ni)、0.01重量％～0.4重量％的硼(B)以及剩余量的铁(Fe)；粉末混合步骤(S20)，在该步骤中混合上述已准备的粉末；成型体制造步骤(S30)，在该步骤中对上述混合后粉末而制造具备了用于插入轴的内径部的衬套式轴承的压制成型体；烧结步骤(S40)，在该步骤中将上述成型体在1000℃至1150℃的温度下加热15～50分钟并烧结而制造烧结体；强化热处理步骤(S50)，在该步骤中利用选自由渗碳热处理、氮化热处理和高频热处理组成的组中的一种以上的热处理方法处理上述烧结体以强化微观结构；以及含浸步骤(S60)，在该步骤中使上述强化的烧结体含浸润滑油。
另一方面，根据本发明的一例，在上述粉末准备步骤中，所述组合物进一步包含一种以上的粉末，所述粉末选自由相对于总重量为0.02重量％～0.6重量％的铬(Cr)、0.05重量％～0.5重量％的钼(Mo)、0.01重量％～0.3重量％的钒(V)、0.05重量％～0.5重量％的钨(W)、0.01重量％～0.05重量％的锰(Mn)以及0.02重量％～0.2重量％的硅(Si)组成的组中。
作为上述滑动轴承用组合物的组成成分的铜(Cu)、锡(Sn)、碳(C)、镍(Ni)、硼(B)、铁(Fe)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)、钨(W)、锰(Mn)和硅(Si)能够以粉末形态使用，可以购入在商业上市售的各粉末进行使用。上述组成成分能够以粉末形态单独使用，也可以购入2个以上的成分以合金形态存在的合金粉末进行使用。在使用合金粉末的情况下，需要计算合金粉末中的各成分的比例，以决定根据成分的不同而不同的添加量。
根据本发明的一例，上述锡(Sn)能够以粉末形态包含在铜和锡的合金(Cu-Sn)中。
另外，在成型体制造步骤中，可以制造成型体的内部孔隙率为15～25％的成型体。
根据本发明的滑动轴承即使在高温高表面压下也可以维持最适的摩擦性能，从而可以显示出耐磨性优异且加油周期得到延长的效果。此外，在使用根据本发明的滑动轴承的情况下，相互接触而驱动的轴和轴承不仅相互具有优异的耐磨性而且承载能力增加，从而提高对塑性变形的抵抗力。根据本发明的滑动轴承可以特别有效适用于由铁或钢铁形成的轴。
附图说明
图1是根据本发明的一例的衬套式耐磨滑动轴承的截面图。
图2是示出根据本发明的一例形成烧结体的耐磨滑动轴承烧结体结构的例的显微镜照片。
图3是示出根据本发明的一例形成烧结体的耐磨滑动轴承烧结体结构的例的显微镜照片。
图4是示出根据本发明的形成烧结体的耐磨滑动轴承的制造工序的一例的工序图。
<附图主要部分的符号说明>
10：轴承    11：内径部
12：主体    20：轴
30：烧结体  31：Ni-Fe系合金
32：硼化物  33：Cu
34小孔      35：Cu-Sn的金属间化合物
36：轻质合金
具体实施方式
下面参考实施例等更具体说明根据本发明的滑动轴承及其制造方法。
作为根据本发明的耐磨滑动轴承的一例，如图1所示的衬套式滑动轴承(10)具备形成了内径部(11)的主体(12)，并且在上述主体(12)的内径部(11)中插入有可旋转的轴(20)。
具体地说，根据本发明的滑动轴承具有将滑动轴承用组合物烧结而制造的烧结体形态，所述滑动轴承用组合物包含相对于总重量为7重量％～20重量％的铜(Cu)、1重量％～7重量％的锡(Sn)、0.2重量％～2.0重量％的碳(C)、0.3重量％～4重量％的镍(Ni)、0.01重量％～0.4重量％的硼(B)以及残余量的铁(Fe)。
根据本发明的一例，上述滑动轴承用组合物可以进一步包含选自由0.02重量％～0.6重量％的铬(Cr)、0.05重量％～0.5重量％的钼(Mo)、0.01重量％～0.3重量％的钒(V)、0.05重量％～0.5重量％的钨(W)、0.01重量％～0.05重量％的锰(Mn)以及0.02重量％～0.2重量％的硅(Si)组成的组中的一种以上的成分。
在本发明中，作为上述组成成分的铜(Cu)、锡(Sn)、碳(C)、镍(Ni)、硼(B)、铁(Fe)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)、钨(W)、锰(Mn)和硅(Si)能够以粉末形态使用，可以购入在商业上市售的各粉末进行使用。上述组成成分能够以粉末形态单独使用，也可以购入2个以上的成分以合金形态存在的合金粉末进行使用。在使用合金粉末的情况下，需要计算合金粉末中的各成分的比例，以决定根据成分的不同而不同的添加量。
通过将用于烧结上述滑动轴承(10)的组合物的各成分按照各自重量比形成粉末形态之后，将其成型并烧结，可以制造上述滑动轴承(10)。
可以认为根据本发明的滑动轴承是以铁(Fe)、铜(Cu)和锡(Sn)为主材的轴承。
铁(Fe)是根据本发明的滑动轴承的主材料。
铜(Cu)添加到铁(Fe)系烧结合金之后不仅起到铁(Fe)粉末的粘合剂的作用，而且起到维持低摩擦性能的作用。在上述铜的含量不足7重量％的情况下，有可能低摩擦性能变差；在超过20重量％的情况下，有可能硬度降低。
在上述锡(Sn)的情况下，与软质铜一起起到维持由铁(Fe)构成的主材颗粒的致密化以及合金化的作用，同时在烧结时与铜(Cu)反应成为液相后形成铜-锡(Cu-Sn)间的金属间化合物以强化软质铜。锡(Sn)的含量与铜的含量有关，考虑合金的致密化以及烧性或强度等，可以使锡(Sn)的含量相对于粉末总量为1重量％至7重量％左右。
另一方面，为了使锡(Sn)在烧结体内生成Cu-Sn间的金属间化合物，有效的是，以铜-锡(Cu-Sn)合金形态添加。即，根据本发明的一例，上述锡(Sn)能够以铜和锡的合金(Cu-Sn)粉末形态包含。作为上述铜和锡的合金(Cu-Sn)粉末，可以使用锡(Sn)的含量为25重量％～50重量％左右的粉末。
在锡(Sn)的情况下，由于其含量少，因此使用铜-锡的合金能够提供充分的量，但是在铜(Cu)的情况下，使用铜-锡的合金不能提供充分的量。在使用铜-锡的合金不能提供充分的铜的情况下，可以另外添加铜粉末或者可以添加铜和其他金属的合金。此处，根据本发明的一例，在上述铜-锡的合金中，可以使用上述锡的含量为20重量％～50重量％的合金。
另一方面，如果铜(Cu)粉末和铜-锡(Cu-Sn)合金粉末的总含量相对于粉末总重量超过27重量％，则铁(Fe)颗粒的含量降低，因而有可能硬度降低，此外，如果铜(Cu)粉末和铜-锡(Cu-Sn)合金粉末的总含量不足8重量％，则使铁(Fe)颗粒的致密化以及合金化下降，因而有可能刚性降低。因此，铜(Cu)粉末和铜-锡(Cu-Sn)合金粉末的总含量相对于粉末总重量以8重量％～27重量％为宜。
镍(Ni)对与可作为轴的主材料的铁系材料的低摩擦性能优异。在镍(Ni)的含量不足0.3重量％的情况下，由于其量不充分因而低摩擦性能有可能不充分；在其量超过4重量％的情况下，妨碍铁(Fe)与铜(Cu)以及铁(Fe)与铜-锡(Cu-Sn)合金的致密化以及合金化，因而可能降低烧结密度。上述镍(Ni)的情况下，镍(Ni)能够以单一成分形态的粉末使用，也能够与其他的成分例如硼(B)、铬(Cr)、硅(Si)等一起以合金粉末形态使用。在以合金粉末形态使用的情况下，有时可以提高烧结性。
硼(B)是形成作为强化硬度的强化颗粒的硼化物的成分。在上述硼(B)的含量不足0.01重量％的情况下，不能正常形成硼化物，在其含量超过0.4重量％的情况下，引起材料本身的脆性，使烧结体产物的表面压性能减弱。上述硼(B)的情况下，能够以硼(B)单一粉末形态使用，但是根据本发明的一例，也能够以与在烧结过程中分解而可提供硼(B)的铬(Cr)、硅(Si)、镍(Ni)的合金粉末形态使用，可以根据情况以如B4C等碳化物或其他的硼化物形态提供。即，上述硼能够以选自由单一硼(B)、B4C形态的碳化物、B-N形态的硼化物、B-Cr形态的硼化物以及B-Si形态的硼化物组成的组中的至少一种形态提供。
上述碳(C)通常可以由石墨提供，一部分也可以由碳化物提供。上述碳(C)是通过固溶于铁(Fe)的热处理等以硬化铁的目的而添加的元素，在其含量不足0.2重量％的情况下，通过热处理等的固溶硬化效果不明显；在超过2重量％的情况下，在烧结过程中以石墨形态残留，因而可能对烧结发生不良影响。
铬(Cr)和硅(Si)是与上述镍(Ni)和硼(B)形成合金而能够以合金粉末形态添加的成分。
上述铬(Cr)是形成微细碳化物的元素，在其添加量不足0.02重量％的情况下，效果不明显；在超过0.6重量％的情况下，有可能引起材料的脆性。
上述硅(Si)在与上述镍(Ni)、硼(B)、铬(Cr)等混合而制造合金粉末时起到降低其熔融温度的作用，因此为了顺利制造粉末，可以添加硅(Si)。根据本发明的一例，相对于滑动轴承烧结用组合物总重量添加0.02～0.2重量％，这有利于粉末制造。
铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)、钨(W)、锰(Mn)、硅(Si)粉末被分类为工具钢粉末，它们是比仅由铁(Fe)颗粒形成的基体(Matrix)的马氏体更轻质的颗粒，通过将它们添加到以铁(Fe)为主的合金中并使其分散，起到减少塑性变形且强化耐磨性的作用。上述工具钢粉末的含量范围是考虑硬度上升、耐磨性的效果以及烧结性等所有因素而决定的，在小于该含量范围的情况下，硬度和耐磨性的提高减少，反之，在超过该含量范围的情况下，随着该含量的增加，具有攻击轴承的偶件的特性，更严重时导致烧结性能的降低。
图2和图3中示出用金属显微镜摄影了根据本发明的一例通过烧结制成烧结体形态的滑动轴承内部结构的照片。由上述图2和图3可知，在上述烧结体(30)中，形成了含有镍(Ni)系材质的Ni-Fe系合金(31)、实现高硬度的硼化物(32)、多个小孔(34)和Cu-Sn的金属间化合物(35)，所述镍(Ni)系材质在与作为偶件的轴的主材料铁系合金的摩擦性能方面优异。此外，根据情况也包含轻质合金(36)。
上述烧结体(30)中所形成的多个小孔(34)可以作为用于含浸润滑油的空间，如上所述的小孔在将粉末组合物成型并烧结的过程中形成。在这样的小孔(34)内含浸润滑油，因而轴承可以具有更优异的润滑性能。在这样的润滑油中，还可以添加抗磨极压添加剂、或者还可以进一步包含固体润滑剂。利用这样的抗磨极压添加剂或固体润滑剂，可以提高轴承的润滑性能。
根据本发明的一例，可以在上述滑动轴承中形成相对于轴承总体积为15体积％至25体积％左右的小孔，结果，上述轴承可以包含相对于轴承总体积为15体积％至25体积％左右的润滑油。
在上述小孔相对于轴承总体积不足15体积％的情况下，难以包含充分的量的润滑油，在小孔超过25体积％的情况下，轴承的强度值下降，在摩擦磨损时发生塑性变形，因此有可能导致轴承的破损。
根据本发明的一例，润滑油可以使用在40℃时粘度为80cSt至1,000cSt、优选为80cSt至240cSt左右的，粘度指数为150～280的润滑油。在粘度不足80cSt的情况下，由于润滑油过粘，因而在用于轴承时润滑油不能充分地流出到摩擦面，在粘度超过1,000cst的情况下，由于润滑油过烯，因此不能很好地停留在小孔内。粘度优选为240cSt以下。
另一方面，对于本发明的滑动轴承而言，通过提高所含浸的润滑油的粘度指数，含浸有润滑油的轴承(10)即使在极度苛刻的条件、例如3～8kg f/mm2左右的高表面压以及0.5～8cm/sec左右的低速条件下进行使用而温度急上升，润滑油也可以维持一定的粘度。
特别是，如果在高温的条件下一直维持一定的粘度，则即使滑动轴承(10)的温度急上升至高温，也不会降低滑动轴承(10)的摩擦性能和耐磨性能。此外，由于在高温的条件下润滑油也一直维持一定的粘度，因而即使轴承(10)的温度急上升至高温，润滑油也不会从轴承(10)的小孔(34)中漏出，而且即使一时漏出，也可以重新含浸到小孔(34)内。如此，如果润滑油不从轴承(10)的小孔(34)漏出，则润滑油的含浸期间得到延长，可以延长润滑油的供给周期。
另一方面，在上述润滑油中，可以添加抗磨极压添加剂，该抗磨极压添加剂起到与金属表面反应而形成薄的被摸的作用。上述抗磨极压添加剂通过与轴(20)的表面反应而形成薄的被摸，可以防止轴(20)和轴承(10)直接接触。特别是，通过防止轴(20)和轴承(10)的直接接触，使轴(20)和轴承(10)的摩擦阻力显著减小，通过使轴(20)和轴承(10)的摩擦阻力显著减小，可以提高轴承(10)的耐磨性能。在本发明中，作为抗磨极压添加剂，例如可以使用选自由二硫代磷酸锌(ZincDithiophosphate)、磷酸胺(AminePhosphate)、二硫代氨基甲酸盐(Dithiocarbamates)、硫化合物(SulfurCompounds)、磷化合物(PhosphorusCompounds)和硼化合物(BoronCompounds)组成的组中的至少一种以上。根据本发明的一例，上述抗磨极压添加剂相对于所含浸的润滑油的总体积可以添加0.4体积％～6.8体积％左右。
此外，上述润滑油还可以包含固体润滑剂。上述固体润滑剂是可通过颗粒结晶本身的内部滑动、颗粒间的滑动以及与颗粒的摩擦面的滑动等起润滑作用的固体粉末或鳞状固体润滑剂。作为这样的固体润滑剂的例，有诸如石墨或二硫化钼(MoS2)等硫化物；或者诸如聚四氟乙烯、特氟龙等树脂系列物质，可以选择其中的1种以上进行使用。为了获得这样的固体润滑剂的效果，相对于所含浸的润滑油的总体积可以添加1.5体积％至25体积％左右。
参照图4说明用于制造根据本发明的滑动轴承的制造工序。
首先，准备准备滑动轴承用组合物用粉末，更具体地说，准备粉末形态的相对于总重量为7重量％～20重量％的铜(Cu)、1重量％～7重量％的锡(Sn)、0.2重量％～2.0重量％的碳(C)、0.3重量％～4重量％的镍(Ni)、0.01重量％～0.4重量％的硼(B)以及剩余量的铁(Fe)(S10)。
必要时，进一步准备选自由相对于总重量为0.02重量％～0.6重量％的铬(Cr)、0.05重量％～0.5重量％的钼(Mo)、0.01重量％～0.3重量％的钒(V)、0.05重量％～0.5重量％的钨(W)、0.01重量％～0.05重量％的锰(Mn)以及0.02重量％～0.2重量％的硅(Si)组成的组中的一种以上的粉末一起使用。
上述成分可以使用市售的粉末形态制品。此时，上述粉末可以使用各自成分单独市售的粉末，也可以使用以合金形态市售的粉末。在使用合金形态的粉末的情况下，需要考虑合金中所含有的各成分的含量来计算各构成粉末的含量。
例如，Ni、S、B和Cr可以使用将2种以上的上述成分合金化的各种市售的合金粉末制品。在锡(Sn)的情况下，可以使用形成了Cu-Sn合金粉末形态的粉末。根据情况，Cr、Mo、V、W、Mn、Si也可以使用以合金形态添加的粉末制品。
将如上准备的粉末利用湿式或干式混合法混合后(S20)，通过加压工序而制造成型体(S30)。
此时，对上述成型体的形态没有特别限定，只要按照适合于滑动偶件的形状的方式进行成型即可。例如，在衬套式滑动轴承的情况下，可以制造环形的衬套式成型体。但从制品的特性方面考虑，加压时应该使孔隙率达到15～25％。此时，适用的施加压力可以为300kg/cm2至5,000kg/cm2左右，
接着，为了防止氧化，将上述成型体在1000℃～1150℃的温度下加热15～50分钟并烧结，从而制造烧结体(S40)。
利用选自由渗碳热处理、氮化热处理和高频热处理组成的组中的一种以上的热处理方法处理上述烧结体，从而强化微观结构(S50)。
然后，使上述强化的烧结体真空含浸润滑油(S60)。
根据本发明制成烧结体形态的滑动轴承即使在高表面压高温度条件下也维持抗塑性变形能力和低摩擦性能，从而可以延长加油周期。
此外，即使在将上述烧结体作为内径并且将外径以与铁系母材接合的状态使用的情况下，与销或轴(Shaft)接触的部位为相同的烧结体时，也可以获得相同的效果。
下面通过实施例和试验例更详细说明本发明。
<实施例1-3和比较例1-7>滑动轴承的制造
按照下述表1中所记载的组成，准备滑动轴承用组合物粉末，利用硬脂酸系列润滑剂混合粉末后，施加3,000kg/cm2的压力，从而制造环形的衬套式成型体。表1中所记载的成分的粉末都使用了市售的制品。例如，铁粉末使用了的粉末，铜和铜-锡合金(Cu30Sn；含有30重量％的锡的铜-锡合金)使用了(株)韩国CHANGSUNG的粉末，C使用了市售的石墨制品，Ni和B使用了
Figure BDA0000056618280000112
的B-Ni制品，并且Si、Cr、Mo、V、W、M使用了工具钢粉末。
此时，在实施例1-3和比较例1-7中，各制造2个成型体，并分别分配到组1和组2中。
接着，将上述成型体在煤气气氛下、于1100℃的温度均匀加热25分钟并烧结，从而制造烧结体。1100℃的烧结温度以及维持时间都适合于实施例1-3和比较例1-7的试样。
此时，在上述1100℃的温度下烧结后，将上述实施例1-3和比较例1-7的烧结体分别分成2组，其中一组在900℃进行渗碳热处理，另一组未进行渗碳热处理。
表1
实施例和比较例组合物的例示(重量％)
  成分   Fe   Cu   Cu30Sn   C   Ni   B   Si   Cr   Mo   V   W   Mn
  实施例1   Bal.   15   5   1   0.5   0.1   0.03   0.05
  实施例2   Bal.   10   10   1   1.2   0.2   0.07   0.1
  实施例3   Bal.   10   10   1   1.2   0.2   0.1   0.3   0.3   0.1   0.3   0.03
  比较例1   Bal.   20   1
  比较例2   Bal.   20   1   1.2   0.2   0.07   0.1
  比较例3   Bal.   30   1   1.2   0.2   0.07   0.1
  比较例4   Bal.   10   10   1   0.2   0.01   0.01   0.02
  比较例5   Bal.   10   10   1   5   0.5   0.3   0.4
  比较例6   Bal.   10   10   1   0.1   0.5   0.3   0.1   0.3   0.03
  比较例7   Bal.   10   10   1   1.2   0.2   0.1   1.0   0.6   0.4   0.6   0.06
<试验例1>硬度测定
对上述实施例1-3和比较例1-7中所制造的衬套式轴承测定了硬度。上述硬度测定利用通常的烧结体的硬度测定中所使用的硬度测定仪来测定。此时，在上述实施例1-3和比较例1-7中，对于烧结后在900℃进行渗碳热处理的组和未进行渗碳热处理的组，分开测定硬度。结果示于下述表3。
表2
硬度测定结果以及孔隙率
Figure BDA0000056618280000121
对于比较例1而言，虽然用以往的组成强化Fe的基体的合金，但是不存在强化Cu的Sn，由此可知硬度很低。
对于比较例2而言，虽然在以往的组成中包含Ni和B粉末，但是通过B的扩散形成硼化物，因此与比较例1相比硬度提高，然而由于不存在Sn，可知硬度上升幅度很低。
对于比较例3而言，虽然包含Cu-Sn合金粉末和B粉末，但是由于Cu-Sn的合金量过多Fe的含量相应减少，因此硬度降低。
对于比较例4而言，通过包含Cu-Sn合金粉末以及Ni和B粉末，从而硬度上升，但是由于Ni的含量少并且Ni-B的含量也少，因此硬度上升幅度低。
对于比较例5而言，通过包含Cu-Sn合金粉末以及Ni和B粉末，从而硬度上升，但是由于Ni和B的含量多，小孔的形成不稳定而发生了脆性。
对于比较例6而言，通过包含Cu-Sn合金粉末以及Cr、Mo、V、W、Mn和Si的粉末，从而硬度上升，但是由于不存在Ni和B，因此硬度上升幅度低。
对于比较例7的情况而言，通过除了包含Cu-Sn合金粉末、Ni和B粉末之外还包含Cr、Mo、V、W、Mn和Si的粉末，从而硬度上升，但是由于Cr、Mo、V、W和Mn的含量过多，烧结性降低，因此显示小孔形成不稳定的结果。
结果，在本发明的范围内的实施例1-3中，映现各粉末的特征，与比较例1-7相比，显示出更优异的硬度以及适当的小孔形成。
此外，由上述试验结果可知，与进行渗碳热处理之前相比，进行渗碳热处理后硬度更高。结果可知，使用本发明的组成时，在进行如渗碳热处理工序等硬化热处理之后时的情况下，承载能力优异，并且即使在高表面压下也可以防止塑性变形。
<试验例2>摩擦磨损性能试验
对上述实施例1-3和比较例1-7中所制造的衬套式滑动轴承进行摩擦磨损性能试验。在上述摩擦磨损性能试验中，将上述所制造的轴承用作衬套，在其内部安装销，利用试验专用试验机测定摩擦系数。将发生胶合现象而摩擦系数为0.3以上的周期(cycles)设定为加油周期。此外，测定试验结束后轴承内部的表面粗度，根据高度差来评价磨损量。
在上述实施例1-3和比较例1-7中所制造的组中，仅对烧结后在900℃下进行了渗碳热处理的组，实施摩擦磨损性能试验
作为具体的试验条件，首先作为高表面压条件，一边维持10kg/mm2(该值高于通常的衬套使用条件中所采用的2～5kg/mm2)的压力一边进行试验，速度设定为5cm/sec。为了在维持了一定的润滑油的粘度的状态下掌握效果，使用温度维持在50℃左右，润滑油使用了锂系润滑油，在试验之前仅注入1次。
表3示出在上述的试验条件下为了评价烧结体本身的磨损量和供给周期而进行了不含浸润滑油的试验结果。
表3
对各组成的磨损量和供给周期
Figure BDA0000056618280000131
表4示出在上述的试验条件下根据是否含浸润滑油以及是否使用抗磨极压添加剂和固体润滑剂的试验结果。在本试验中，作为润滑油，使用了粘度为221cSt和600cSt的矿油，作为抗磨极压添加剂，使用了二硫代磷酸锌(ZincDithiophosphate)，作为固体润滑剂，使用了二硫化钼(MoS2)。
表4
根据润滑油、抗磨极压添加剂和固体润滑剂的供给周期变化
Figure BDA0000056618280000141
上述表3和表4的试验结果，与作为现有轴承的根据比较例1等其他的比较例的轴承比较，根据本发明的轴承显示出更优异的耐磨性而显示出供给周期得到延长的供给周期的改进。
特别是，将表4的实施例1与比较例1的试验结果相比较可知，即使在根据比较例1的轴承中添加润滑油、抗磨极压添加剂和固体润滑剂，与在根据本发明的实施例1中所制造的轴承中未添加润滑油、抗磨极压添加剂和固体润滑剂的情况相比，供给周期更短。
还可知，对于根据本发明的实施例1中所制造的轴承的情况而言，在添加了润滑油、抗磨极压添加剂和固体润滑剂等的情况下供给周期变得很长。另一方面，显然可知作为所添加的润滑油的合成油；作为抗磨极压添加剂的磷酸胺(AminePhosphate)、二硫代氨基甲酸盐(Dithiocarbamates)、硫化合物；以及作为固体润滑剂的石墨(C)等除上述成分以外的其他的成分也具有效果。
因此，在使用根据本发明的轴承烧结体来制造的轴承的情况下，不仅可以改善与铁系材质轴的摩擦性能，而且在作为烧结体基体(Matrix)的Fe颗粒中形成高强度的硼化物，在Cu中形成Cu-Sn金属间化合物，从而即使在高表面压下也可以防止塑性变形。此外，在添加一定含量的轻质合金的情况下，其与其他的组成组合，从而可以进一步提高硬度和摩擦性能。
工业实用性
本发明适用于滑动轴承等的制造，并且根据本发明的轴承适用于各种机械装置。

Claims (11)

1.一种滑动轴承，该滑动轴承是将滑动轴承用组合物烧结而形成的，所述滑动轴承用组合物包含相对于总重量为7重量％～20重量％的铜(Cu)、1重量％～7重量％的锡(Sn)、0.2重量％～2.0重量％的碳(C)、0.3重量％～4重量％的镍(Ni)、0.01重量％～0.4重量％的硼(B)以及残余量的铁(Fe)。
2.如权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述滑动轴承具有具备了内径部的主体，在所述内径部插入有可旋转的轴，并且所述滑动轴承为衬套式。
3.如权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述滑动轴承用组合物进一步包含选自由相对于总重量为0.02重量％～0.6重量％的铬(Cr)、0.05重量％～0.5重量％的钼(Mo)、0.01重量％～0.3重量％的钒(V)、0.05重量％～0.5重量％的钨(W)、0.01重量％～0.05重量％的锰(Mn)以及0.02重量％～0.2重量％的硅(Si)组成的组中的一种以上的成分。
4.如权利要求1至3中任一项所述的滑动轴承，其特征在于，所述锡(Sn)以铜-锡的合金(Cu-Sn)粉末形态包含在所述滑动轴承用组合物中，并且在所述铜-锡的合金中所述锡的含量为20重量％～50重量％。
5.如权利要求1所述的滑动轴承，其特征在于，所述滑动轴承在其内部形成相对于总体积为15体积％至25体积％左右的小孔。
6.如权利要求5所述的滑动轴承，其特征在于，在所述小孔内含浸有润滑油，并且所述润滑油在40℃时粘度为80cSt～240cSt的范围、粘度指数为150～280。
7.如权利要求6所述的滑动轴承，其特征在于，所述润滑油包含选自由二硫代磷酸锌、磷酸胺、二硫代氨基甲酸盐、硫化合物、磷化合物和硼化合物组成的组中的至少一种以上的抗磨极压添加剂，该添加剂相对于润滑油总体积为0.4体积％～6.8体积％左右。
8.如权利要求6或7所述的滑动轴承，其特征在于，所述润滑油包含选自由石墨、二硫化钼(MoS2)、聚四氟乙烯和特氟龙组成的组中的至少一种以上的固体润滑剂，该固体润滑剂相对于润滑油总体积为1.5体积％～25体积％左右。
9.一种衬套式滑动轴承的制造方法，该制造方法包括：
粉末准备步骤(S10)，在该步骤中准备滑动轴承用组合物用粉末，所述粉末包含相对于总重量为7重量％～20重量％的铜(Cu)、1重量％～7重量％的锡(Sn)、0.2重量％～2.0重量％的碳(C)、0.3重量％～4重量％的镍(Ni)、0.01重量％～0.4重量％的硼(B)以及剩余量的铁(Fe)；
粉末混合步骤(S20)，在该步骤中混合所述已准备的粉末；
成型体制造步骤(S30)，在该步骤中对所述混合后粉末加压而制造具备了用于插入轴的内径部的衬套式轴承的压制成型体；
烧结步骤(S40)，在该步骤中将所述成型体在1000℃至1150℃的温度下加热15分钟～50分钟并烧结而制造烧结体；
强化热处理步骤(S50)，在该步骤中利用选自由渗碳热处理、氮化热处理和高频热处理组成的组中的一种以上的热处理方法处理所述烧结体而强化微观结构；以及
含浸步骤(S60)，在该步骤中使所述强化的烧结体含浸润滑油。
10.如权利要求9所述的衬套式滑动轴承的制造方法，其特征在于，在粉末准备步骤中进一步准备一种以上的粉末，以使其包含在所述组合物中，所述粉末选自由相对于总重量为0.02重量％～0.6重量％的铬(Cr)、0.05重量％～0.5重量％的钼(Mo)、0.01重量％～0.3重量％的钒(V)、0.05重量％～0.5重量％的钨(W)、0.01重量％～0.05重量％的锰(Mn)以及0.02重量％～0.2重量％的硅(Si)组成的组中。
11.如权利要求9或10所述的衬套式滑动轴承的制造方法，其特征在于，所述锡(Sn)以铜-锡的合金(Cu-Sn)粉末形态包含在所述滑动轴承用组合物中，并且在所述铜-锡的合金中所述锡的含量为20重量％～50重量％。
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