CN103201397B - Cu基烧结含油轴承 - Google Patents
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Abstract
提供一种Cu基烧结含油轴承,能够使用在汽车的ABS系统和雨刷的马达系统的轴承等的高负荷用途上,并且,廉价、耐磨损性和耐熔焊性优异。以质量%计含有5~40%的Ni、3~15%的Sn和0.5~4.0%的P,或者进一步含有0.3~5.0%的固体润滑剂,剩余部分由Cu及不可避免的杂质构成,并且具有将Ni和P作为主要成分的相分散在基体中的金属组织,而且具有5~25%的气孔率。
Description
技术领域
本发明涉及一种高负荷用途的Cu基烧结含油轴承。
背景技术
以往,由于汽车的ABS系统的轴承所承受的负荷大,因此,在汽车的ABS系统的轴承上使用着滚珠轴承。再者,虽然若能够用烧结轴承去代替昂贵的滚珠轴承,从而可构成廉价的ABS系统,但由于汽车的ABS系统的轴承所承受的负荷有超过以往的烧结轴承的使用负荷范围的可能,因此,难以使用烧结轴承。
另外,由于随着汽车雨刷的马达系统逐步小型化,其所使用的轴承也随着变小,进而轴承所受到的负荷变大的原因,因此,汽车雨刷的马达系统的轴承使用着Fe-Cu基烧结轴承。但是,由于Fe-Cu系轴承比Cu基烧结轴承具有更为优异的强度和硬度,一旦对偶轴使用Fe系的材料,由于相同组织金属现象,会发生异常磨损和熔焊的可能性,因此,尚有作为轴承其可靠性尚不充分的问题。
另一方面,专利文献1中公开着一种被作为内燃机用的阀导承等的滑动部件使用,且在高温、高负荷以及低润滑的环境下具有优异的耐磨损性和耐熔焊性的Cu基烧结合金。
专利文献1:日本特开平05-195117号公报
专利文献1中所公开的Cu基烧结合金,通过将与基体粘着性良好的Ni基硬质粒子和固体润滑剂MoS2,添加在借助斯皮诺达分解而发生硬化的组成Cu-Ni-Sn系合金中,从而赋予耐磨损性和耐熔焊性。但是,在该Cu基烧结合金的制造中,使用昂贵的Ni基硬质粒子,则有不能廉价制造这样的成本上的问题。另外,被使用在该Cu基烧结合金的Ni基硬质粒子中含有Cr,因此,在烧结过程中量产性优异的连续炉中的气氛烧结中,由于与基体的粘着性并不一定充分,因此在制造上,有得不到稳定且耐磨损性和耐熔焊性优异的产品的问题。
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种能够一并解决上述问题,即,能够使用在汽车的ABS系统和雨刷的马达系统的轴承等的高负荷用途上,并且,廉价、耐磨损性和耐熔焊性优异的Cu基烧结含油轴承。
本发明的Cu基烧结含油轴承,以质量%计含有5~40%的Ni、3~15%的Sn和0.5~4.0%的P,或者进一步含有0.3~5.0%的固体润滑剂,剩余部分由Cu和不可避免的杂质构成,而且具有将以Ni和P为主要成分的相分散在基体中的金属组织,并且具有5~25%的气孔率。
另外,所述固体润滑剂为石墨、氟化石墨、二硫化钼、氮化硼、氟化钙、滑石中的任意一种。
本发明的Cu基烧结含油轴承,借助以质量%计含有5~40%的Ni、3~15%的Sn和0.5~4.0%的P,剩余部分由Cu及不可避免的杂质构成,并且,具有将Ni和P作为主要成分的相分散在基体中的金属组织,而且,具有5~25%的气孔率,使其廉价且耐磨损性优异。或者,进一步通过含有0.3~5.0%的固体润滑剂,从而使其耐磨损性更为优异。
另外,通过为石墨、氟化石墨、二硫化钼、氮化硼、氟化钙、滑石中的任意一种的所述固体润滑剂所赋予的润滑性,使其耐磨损性优异。
附图说明
图1为添加Cu-P粉末,成为Cu:剩余部分、Ni:7.7%、Sn:6.8%、P:1.2%以及C:1.0%时的电子显微镜照片。
图2为添加了Ni-P粉末的本发明例20的电子显微镜照片。
图3为添加了Cu-P粉末的本发明例4的电子显微镜照片。
图4为Cu:剩余部分、Ni:9%、Sn:8%、P:0%以及C:1.0%时的电子显微镜照片。
具体实施方式
本发明的Cu基烧结含油轴承,以质量%计含有5~40%的Ni、3~15%的Sn和0.5~4.0%的P,剩余部分由Cu和不可避免的杂质构成,而且具有将以Ni和P为主要成分的相分散在基体中的金属组织,并且具有5~25%的气孔率。而且,通过该组成等,使本发明的Cu基烧结含油轴承变得廉价且耐磨损性优异。在此,本发明的Cu基烧结含油轴承,通过进一步地含有0.3~5.0%的固体润滑剂,从而能够得到更为优异的耐磨损性。
以下,对本发明的Cu基烧结含油轴承的组成进行详细说明。在以下所说明的含量全部以质量%计。
(1)Ni:以质量%计为5~40%
Ni通过与P形成合金相,从而具有提高耐磨损性和降低摩擦系数的作用。另外,Ni与Cu、Sn以及P形成基体的固溶体,从而能够提高轴承的强度,并通过时效硬化进而能够进一步提高轴承的强度,因而有助于轴承的耐磨损性的提高。
Ni的含量若低于5%则得不到所希望的效果。另一方面,若Ni的添加量超过40%,不仅不能够得到所希望的改善效果,反而导致原料成本提高,因此不优选。
(2)Sn:以质量%计为3~15%
Sn与Cu、Ni、P形成基体的固溶体,从而能够提高轴承的强度,并通过时效硬化还能够进一步提高轴承的强度,因而有助于轴承的耐磨损性的提高。Sn的含量若低于3%则得不到所希望的效果。另一方面,Sn的含量若超过15%,不仅不能够得到提高强度的效果,反而导致尺寸精确度降低,因此不优选。
(3)P:以质量%计为0.5~4.0%
P通过与Ni形成合金相,具有提高耐磨损性和降低摩擦系数的作用。P的含量若低于0.5%则得不到所希望的效果。另一方面,若P的添加量超过4.0%,不仅不能够得到所希望的效果,反而导致原料成本提高,因此不优选。
(4)固体润滑剂:在含有的情况下,以质量%计为0.3~5.0%
固体润滑剂对于轴承赋予优异的润滑性,从而能够有助于轴承的耐磨损性的提高。作为固体润滑剂,含有石墨、氟化石墨、二硫化钼、氮化硼、氟化钙以及滑石(Mg3Si4O10(OH)2)中的至少一种以上。其中,滑石在烧结后变为顽火辉石(MgSiO3)。
虽然可根据需要含有固体润滑剂,该固体润滑剂的含量若低于0.3%则得不到提高耐磨损性的效果,该含量若超过5%则强度明显降低,因此不优选。
(5)以Ni和P为主要成分的相
将Ni-P合金粉末或Cu-P合金粉末的任意一种,或者将Ni-P合金粉末和Cu-P合金粉末的两种添加在Cu-Ni-Sn合金粉末中,然后通过在720~900℃的温度范围内进行烧结,则得到具有将以Ni和P为主要成分的相分散在基体中的金属组织的Cu基烧结含油轴承。该金属组织,其硬度比基体部分高,因此有助于轴承的耐磨损性。
以下,对本发明的Cu基烧结含油轴承的具体实施例进行说明。另外,本发明不限定于以下的实施例,可实施各种变通。
实施例
(1)Cu基烧结含油轴承的制作
作为原料粉末准备如下,即粒径100目以下的Cu-Ni-Sn合金粉末(Ni和Sn的含有比例记载在表1)、粒径200目的Cu-8质量%的P合金粉末、粒径350目的Ni-11质量%的P合金粉末、粒径200目的Sn粉末以及平均粒径20μm的石墨粉末等固体润滑剂。将这些原料粉末按表2和表3所示的成分组成进行配合,加入0.5%的硬脂酸锌并用V型混合机混合20分钟后,使用200~700MPa的范围内的所规定的压力实行加压成型,进而制作出环状的压坯。在吸热型气体(吸热式气体)气氛中,以720℃~900℃的范围内的规定温度对于该压坯进行烧结,之后进行尺寸调整,从而得到Cu基烧结合金。所述吸热型气体,其通过将天然气和空气混合并通过加热的催化剂从而产生分解变成来得到。进而,对于如此得到的Cu基烧结合金中的数个,进一步在350℃×1小时的条件下进行了时效处理。而且,将润滑油含浸在Cu基烧结合金中。通过以上的工序,制造出均具有外径18mm×内径8mm×高度4mm尺寸的环状,且含有如表2和表3所示的组成成分的Cu基烧结含油轴承。
对于如此得到的Cu基烧结含油轴承,使用电子探针显微分析仪(EPMA)进行分析时,被确认为具有将以Ni和P为主要成分的相分散在基体中的金属组织。另外,这些Cu基烧结含油轴承,气孔以5~25%的比例分散在基体中。
而且,在表1~3中,本发明范围内的Cu基烧结含油轴承表示为“本发明例”,本发明范围外的Cu基烧结含油轴承表示为“比较例”。
表1
表2
*为表示发明范围外
表3
*为表示发明范围外
(2)耐磨损试验
对所得到的上述环状的Cu基烧结含油轴承(以下称为环状轴承。)实施了耐磨损试验。将S45C轴插入各环状轴承中。接下来,从环状轴承的外侧,朝向环状轴承的半径方向(相对于轴的轴方向为直角方向)施加表面压力为1.5MPa的荷载的同时,边将轴以100m/分钟的速度旋转1000小时。然后,测定环状轴承的滑动表面的最大磨损深度和S45C轴的滑动表面的最大磨损深度,并评价耐磨损性。
将其结果记载于表2和表3。
本发明例的环状轴承的最大磨损深度为0.009mm以下,轴的最大磨损深度为0.003mm以下,被确认为其耐磨损性非常高。另外发现,添加了固体润滑剂的轴承与未添加固体润滑剂的轴承相比,前者为耐磨损性高,而且,经过时效处理的轴承与未经过时效处理的轴承相比,前者显示了耐磨损性为高的倾向。
另一方面,比较例的环状轴承的最大磨损深度为0.010mm~0.152mm,且与是否添加固体润滑剂无关,与本发明例相比,其耐磨损性大幅度降低。
(3)电子探针显微分析仪分析
使用电子探针显微分析仪(EPMA),对于用上述方法所制作的本发明例的环状轴承的截面,对Sn、Ni、P以及Cu的分布实施了分析。分析条件设定为加速电压15kV。其结果显示在图1~3。图1为在原料粉末中使用Cu-Ni-Sn粉末、Cu-P粉末、石墨粉末时的截面组织;图2为在原料粉末中使用Ni-P粉末的本发明例20的截面组织;图3为在原料粉末中使用Cu-P粉末的本发明例4的截面组织。图4为在原料粉末中使用Cu-P粉末,且与图3的情况相比只减少了P的含量时的截面组织。在图中,“SEI”表示二次电子图像,“COMPO”表示反射电子组成图像。无论是在原料粉末中使用Cu-P粉末的情况下,或是在原料粉末中使用Ni-P粉末的情况下,全已被确认为存在有将以Ni和P为主要成分的相分散在基体中的金属组织。再者,如图4所示,在P为0%的情况下,未确认存在有上述金属组织。
Claims (2)
1.一种Cu基烧结含油轴承,其特征在于,以质量%计含有5~40%的Ni、3~15%的Sn和0.9~4.0%的P,或者进一步含有0.3~5%的固体润滑剂,剩余部分由Cu和不可避免的杂质构成,而且具有将以Ni和P为主要成分的相分散在基体中的金属组织,并且具有5~25%的气孔率。
2.如权利要求1所述的Cu基烧结含油轴承,其特征在于,所述固体润滑剂为石墨、氟化石墨、二硫化钼、氮化硼、氟化钙、滑石中的任意一种。
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