CN108672696A - Egr阀用烧结轴承及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供EGR阀用烧结轴承及其制造方法。一种EGR阀用烧结轴承(1)，其含有9～12重量％的铝、0.1～0.6重量％的磷、和3～10重量％的石墨，剩余部分的主要成分为铜，并且含有不可避免的杂质，其特征在于，该烧结轴承(1)具有对铝‑铜合金进行烧结而成的组织，在分散地形成的气孔内分布有游离石墨。

Description

EGR阀用烧结轴承及其制造方法

本申请是申请日为2014年09月11日、发明名称为“EGR阀用烧结轴承及其制造方法”、申请号为201480049189.1(PCT/JP2014/074090)的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及耐磨损性、耐腐蚀性和高温干燥环境下的滑动性优异的EGR阀用烧结轴承及其制造方法。

背景技术

一般来说，作为应对机动车发动机等内燃机的废气的一环，在这些内燃机中广泛采用这样的废气再循环装置(以下也称为EGR装置)：使排出过一次的气体再次与吸入空气混合，降低燃烧室内的空气的氧浓度并使燃烧温度下降，从而实现氮氧化物(NOx)的减少。EGR是“Exhaust Gas Recirculation(废气再循环)”的简称，意味着废气再循环。在该EGR装置中，使排出的废气的一部分作为再循环废气(以下，也称为EGR气体)再循环到进气侧，但为了调节该EGR气体的流量，使用了再循环废气流量控制阀(以下，也称为EGR阀)。

近年的内燃机的高输出化和低油耗化惊人，而且对轻量化和紧凑化的要求也很强烈，EGR阀也需要响应这些要求。而且，EGR阀配置在发动机的燃烧室附近，其结果是存在这样的情况：与和高输出化相伴的发动机发热量的增加相结合，EGR阀暴露于高达300℃以上的高温环境。由于这样的使用条件和环境，对于将使EGR阀的气门工作的往复轴支承成滑动自如的轴承，要求耐磨损性、耐腐蚀性和高温干燥(不含油)环境下的滑动性。

作为用于这样的用途的烧结轴承，例如在专利文献1中公开了Cu-Ni-Sn-C-P系的烧结轴承。

另一方面，作为机械特性和耐腐蚀性优异的烧结轴承，公知有铝青铜系的烧结轴承。在该烧结轴承中，存在的问题是，在烧结时升温的过程中，表面会生产氧化铝膜而阻碍铝的扩散，因而无法容易得到具有充分的耐腐蚀性和强度的烧结体。为了解决所述问题，在专利文献2中公开了与含有烧结铝的铜合金用混合粉末及其制造方法相关的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-63398号公报

专利文献2：日本特开2009-7650号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1记载的Cu-Ni-Sn-C-P系的烧结轴承中，尽管强度和耐磨损性得到了提高，然而不能说在腐蚀性方面是充分的。并且，由于含有作为稀有金属的Ni，因而在成本方面也存在问题。

专利文献2记载的含铝铜合金粉末在成型性和烧结性方面优异，但是作为使用了该含铝铜合金粉末的铝青铜系烧结轴承，为了得到可满足稳定的耐腐蚀性、机械特性、紧凑化以及低成本化的适于大量生产的产品，需要进行进一步的探讨。

鉴于现有的问题，本发明的目的是提供一种提高了耐磨损性、耐腐蚀性和高温干燥环境下的滑动性、并且实现了紧凑化和低成本化的EGR阀用铝青铜系烧结轴承，并提供一种生产率高、低成本且适合于大量生产的EGR阀用铝青铜系烧结轴承的制造方法。

用于解决课题的手段

在铝青铜系烧结轴承及其制造方法中，本发明人为了在提高轴承性能的同时实现紧凑化、低成本化以及生产率的提高，以有效利用由烧结引起的膨胀这一新想法作为前提条件，在处于前述的高温干燥环境下的EGR阀用烧结轴承中，为了确保耐磨损性、耐腐蚀性和高温干燥环境下的滑动性等性能，进行了各种探讨和试验评价，得到以下的发现，从而实现了本发明。

(1)关于EGR阀用烧结轴承在高温干燥环境下的滑动性，由于不存在初始溶合的问题，因而着眼于可以应用作为铝青铜烧结轴承的通常的铝混配量。

(2)可知，在干燥环境下，越增加石墨的添加量，摩擦系数就越低，滑动性就越优异。相反，当增加石墨的添加量时，铝相对于铜的扩散受到阻碍，因而需要考虑。

(3)关于耐磨损性，当增加石墨的添加量时，耐磨损性提高，但是，从石墨添加量为10重量％起，磨损量稍微增多，材料强度的下降被认为是原因。

(4)当增加石墨的添加量时，因有机酸腐蚀引起的重量变化率较小，即使在长时间放置后重量变化率也几乎不变化。

(5)在铝的混配量与铝青铜组织的关系中，铝的混配量越多，β相的比例就越大。β相在565℃时发生共析转变，成为α相和γ相，铝混配量越多，γ相的比例就越大。由于γ相在EGR阀用烧结轴承中使耐有机酸腐蚀性下降，因而在使用铝-铜合金粉末作为铜源并且不添加铜单质粉末的情况下，将γ相/α相之比设定为0≤γ相/α相≤0.10。

(6)在烧结温度与耐腐蚀性的关系中，当提高烧结温度时，会增进铝的扩散，耐腐蚀性提高。

(7)关于作为添加剂的磷，被认为是，其通过在烧结过程中促进铝的扩散，能够减少铝的量，从而能够削减使耐腐蚀性劣化的铝组织的γ相的析出。

作为用于达到上述的目的的技术手段，本发明是一种EGR阀用烧结轴承，其含有9～12重量％的铝、0.1～0.6重量％的磷、和3～10重量％的石墨，剩余部分的主要成分为铜，并且含有不可避免的杂质，其特征在于，该烧结轴承具有对铝-铜合金进行烧结而成的组织，在分散地形成的气孔内分布有游离石墨。由此，能够实现耐磨损性、耐腐蚀性和高温干燥环境下的滑动性优异的、且实现了紧凑化和低成本化的EGR阀用铝青铜系烧结轴承。

并且，在作为EGR阀用烧结轴承的制造方法的本发明中，所述EGR阀用烧结轴承含有9～12重量％的铝、0.1～0.6重量％的磷、和3～10重量％的石墨，剩余部分的主要成分为铜，并且含有不可避免的杂质，其特征在于，该制造方法使用铝-铜合金粉、电解铜粉、磷-铜合金粉和石墨粉作为原料粉末，且至少包含：成型工序，成型出在原料粉末内添加有烧结助剂的压坯；烧结工序，从所述压坯得到具有铝-铜合金组织的烧结体；和精整工序，对所述烧结体进行尺寸整形。由此，能够实现生产率高、低成本、适合于大量生产的EGR阀用铝青铜系烧结轴承的制造方法。基于该方法制造出的EGR阀用烧结轴承在耐磨损性、耐腐蚀性和高温干燥环境下的滑动性方面优异，且能够实现紧凑化和低成本化。

优选的是，上述的铝-铜合金的组织具有α相。α针对耐有机酸腐蚀性是有效的。

优选的是，在上述的铝-铜合金的组织(以下，也称作铝青铜组织)中，在使用使用铝-铜合金粉末作为铜源而不添加铜单质粉末的情况下，将γ相与α相之比即γ相/α相设定为0≤γ相/α相≤0.10。如果处于0≤γ相/α相≤0.10的范围，则耐有机酸腐蚀性优异。优选的是，在上述的EGR阀用烧结轴承中未添加作为烧结助剂的锡。由于锡会妨碍铝的扩散，因而不是优选的。

优选的是，在上述的EGR阀用烧结轴承的制造方法中，针对包含所述铝-铜合金粉、电解铜粉、磷-铜合金粉和石墨粉的原料粉末的合计100重量％，添加有合计0.05重量％～0.2重量％的氟化铝和氟化钙，来作为烧结助剂。当不到0.05重量％时，作为烧结助剂的效果不充分，得不到致密且具有合适强度的烧结体。另一方面，当超过0.2重量％时，即使进一步添加，作为烧结助剂的效果也达到最大，从成本的观点来看，优选是限于0.2重量％以下。

优选的是，将电解铜粉的平均粒径d2与上述的铝-铜合金粉的平均粒径d1之比即d2/d1设定为2～3。当比d2/d1在该范围内时，可以使铝充分地扩散到铜内，耐腐蚀性优异。

上述的电解铜粉由粉末形状不同的粉末构成，将纵横比小于2的电解铜粉的比例W2与纵横比是2以上的电解铜粉的比例W1之比即W2/W1设定为3～9。纵横比是2以上的电解铜粉尽管对于铝的扩散是有效的，然而成型性较差。当比W2/W1不到3时，从成型性方面来看不是优选的，另一方面，当超过9时，由于铝的扩散不充分，因而不是优选的。这里，纵横比是指粉末的长轴长度除以粉末的厚度所得到的比。

优选的是，上述的石墨粉采用如下的石墨粉末：使用树脂粘合剂将天然石墨或人造石墨的微粉造粒后粉碎，使粒径为145目以下。一般来说，当添加石墨为4重量％以上时则无法成型，但通过使用造粒石墨则能够成型。

在作为EGR阀用烧结轴承的制造方法的第2发明中，所述EGR阀用烧结轴承含有9～12重量％的铝、0.1～0.6重量％的磷、和3～10重量％的石墨，剩余部分的主要成分为铜，并且含有不可避免的杂质，其特征在于，该制造方法使用铝-铜合金粉、磷-铜合金粉和石墨粉作为原料粉末，在该原料粉末中未添加铜单质粉末，该制造方法至少包含：成型工序，成型出在原料粉末内添加有烧结助剂的压坯；烧结工序，从所述压坯得到具有铝-铜合金组织的烧结体；和精整工序，对所述烧结体进行尺寸整形。这里，根据下述意思来理解“不添加作为原料粉末的铜单质粉末”：在制造现场不可避免地包含的铜单质粉末是被允许的。

上述的作为制造方法的第2发明也能够实现生产率高、低成本且适合于大量生产的EGR阀用铝青铜系烧结轴承的制造方法。并且，由此制造出的EGR阀用烧结轴承在耐磨损性、耐腐蚀性和高温干燥环境下的滑动性方面优异，并且能够实现紧凑化和低成本化。而且，由于未添加铜单质粉末，因而几乎不存在发生铜单质偏析的部分，避免了由该部分引起的腐蚀的发生，并且铝-铜合金粉的逐粒的耐腐蚀性提高，从而即使在更严酷的使用环境下也可以确保耐腐蚀性。

优选的是，作为上述的原料粉末的铝-铜合金粉是7～11重量％的铝-铜合金粉末，更优选是例如8～10重量％的铝-铜合金粉末。在这些情况下，通过使铝-铜合金粉的逐粒的耐腐蚀性提高，EGR阀用烧结轴承整体的耐腐蚀性得到提高。

发明的效果

本发明的EGR阀用烧结轴承在耐磨损性、耐腐蚀性和高温干燥环境下的滑动性方面优异，并且能够实现紧凑化和低成本化。并且，本发明的EGR阀用烧结轴承的制造方法能够实现生产率高、低成本且适合于大量生产的EGR阀用铝青铜系烧结轴承的制造方法。

而且，根据作为使用了铝-铜合金粉且未添加铜单质粉末的制造方法的第2发明，几乎不存在发生铜单质偏析的部分，避免了由该部分引起的腐蚀的发生，并且通过使铝-铜合金粉的逐粒的耐腐蚀性提高，即使在更严酷的使用环境下也可以确保耐腐蚀性。

附图说明

图1是示出使用了本发明的第1实施方式的EGR阀用烧结轴承的EGR阀的概要的纵剖视图。

图2是本发明的第1实施方式的EGR阀用烧结轴承和基于本发明的第1实施方式的制造方法的EGR阀用烧结轴承的纵剖视图。

图3是示出扭矩试验的结果的曲线图。

图4是示出扭矩试验的结果的曲线图。

图5是示出耐磨损性的试验结果的曲线图。

图6是示出耐腐蚀性的试验结果的曲线图。

图7是示出耐腐蚀性的试验结果的曲线图。

图8是说明图2的EGR阀用烧结轴承的制造工序的图。

图9是原料粉末的混合机的概要图。

图10是网带式连续炉的概要图。

图11a是示出将烧结体放置在精整加工的模具上的状态的图。

图11b是示出芯下降的状态的图。

图11c是示出精整加工结束的状态的图。

具体实施方式

以下，根据附图对关于本发明的EGR阀用烧结轴承的第1实施方式和关于其制造方法的第1实施方式进行说明。在图1～图7中示出了关于EGR阀用烧结轴承的第1实施方式，在图8～图11中示出了关于制造方法的第1实施方式。

图1是示出使用了本实施方式的烧结轴承的EGR阀的概要的纵剖视图。在EGR装置(省略图示)中，使排出的废气的一部分作为EGR气体再循环到进气系统，然而为了调节该EGR气体的流量，使用EGR阀31。

EGR阀31具有：外壳43；EGR气体流路44，其形成在外壳43内；阀座50，其设置在EGR气体流路44的中途；阀体45，其被设置成能够与阀座50抵接；轴46，其与阀体45设置成一体，且从阀体45延伸；以及步进电机32，其用于使轴46与阀体45一起沿该轴46的轴向移动。

形成在外壳43内的EGR气体流路44的两端为导入EGR气体的入口41、和导出EGR气体的出口42。阀座50设置在EGR气体流路44的中途，具有与EGR气体流路44连通的阀孔50a。

轴46设置在步进电机32与阀体45之间，在图面上下方向上贯通外壳43来配置。阀体45固定在轴46的下端，呈圆锥形状，其圆锥面相对于阀座50抵接或分离。在轴46的上端固定有弹簧支架48。在该弹簧支架48与设置于外壳43上的弹簧支承部43a之间安装有压缩螺旋弹簧49。压缩螺旋弹簧49朝向使阀45与阀座50抵接而将EGR气体流路44关闭的方向施力。

轴46被滑动轴承1支承成在上下方向上滑动自如。滑动轴承1被装入到设置在外壳43内的内径孔中，与轴46的外径面滑动自如地嵌合。该滑动轴承1是本实施方式的EGR阀用烧结轴承。详情后述。

步进电机32是在将励磁线圈33安装在槽内而成的定子34的内径侧配置有圆筒形的转子35的结构，在转子35的外周安装有N极和S极被交替励磁的圆筒形的磁铁。转子35由上端部的枢转轴承39和下端部的径向轴承40旋转自如地支承。在转子35的内径形成有阴螺纹36，在转子35的内径侧设置有输出轴37，在该输出轴37上形成有与阴螺纹36螺合的阳螺纹38。构成为，转子35的旋转运动经由阴螺纹36、阳螺纹38被转换成输出轴37的上下运动。在步进电机32的壳体51上一体地形成有横向突出的连接器52，并且设置有从励磁线圈延伸的端子53。

发动机侧的电子控制部将控制信号发送到步进电机32，根据与该控制信号对应的步进电机32的动作量，使轴46克服压缩螺旋弹簧49的作用力下降而打开阀体45，被调节了流量的EGR气体通过EGR气体流路44返回发动机侧的进气侧(省略图示)。

存在这样的情况：EGR阀31配置在发动机的燃烧室附近，与和高输出化相伴的发动机发热量的增加相结合，EGR阀暴露于高达300℃以上的高温环境中。由于这样的使用条件和环境，将轴46支承成在图面上下方向上滑动自如的本实施方式的EGR阀用烧结轴承1被要求耐腐蚀性、耐磨损性以及高温干燥环境下的滑动性。

图2示出本实施方式的EGR阀用烧结轴承的纵剖视图。EGR阀用烧结轴承(以下也简称为烧结轴承)1形成为在内周具有轴承面1a的圆筒状。在烧结轴承1的内周插入具有阀体45的轴46(参照图1)。在高温干燥环境下，轴46被轴承1支承成在轴向上滑动自如。

本实施方式的EGR阀用烧结轴承1通过如下这样来形成：将混合有各种粉末的原料粉末填充到模具内，对其压缩而成型出压坯，之后烧结压坯。

原料粉末是将铝-铜合金粉末、铜粉末、磷-铜合金粉末、石墨粉末和作为烧结助剂的氟化铝及氟化钙混合而成的混合粉末。以下描述各粉末的详情。

[铝-铜合金粉末]

将40～60重量％铝-铜合金粉末粉碎，进行粒度调整。铝-铜合金粉末的粒径是100μm以下，平均粒径是35μm。这里，在本说明书中，平均粒径是指通过激光衍射所测量出的粒径的平均值。具体地，是指利用(株)岛津制作所制的SALD-3100并通过激光衍射测量5000粉末时的粒径的平均值。

通过使用铝-铜合金粉末，导出石墨、磷等添加剂的效果，作为烧结轴承材料，耐腐蚀性、强度、滑动特性等优异。并且，由于进行合金化，因而不存在与比重小的铝单体粉末的飞散相伴随的处理上的问题。

在铝青铜组织中，α相在对抗硫化腐蚀、有机酸腐蚀的耐腐蚀性方面最优异。通过使用40～60重量％的铝-铜合金粉末，即使添加有石墨，也能够获得强度，能够制造出烧结轴承。当组织为γ相时，虽然耐磨损性优异，但耐有机酸腐蚀性劣化。在铝青铜组织中，优选将γ相与α相之比即γ相/α相设定为0.10≤γ相/α相≤0.25。当γ相/α相之比不到0.10时，耐磨损性下降而不是优选的，另一方面，当超过0.25时，耐有机酸腐蚀性下降，因而不是优选的。

[铜粉末]

铜粉末有雾化粉、电解粉、粉碎粉，然而为了使铝充分扩散到铜内，树枝状的电解粉是有效的，成型性、烧结性、滑动特性优异。因此，在本实施方式中，使用了电解粉作为铜粉。并且，为了使铝充分扩散到铜内，优选的是，使用粉末形状不同的2种电解铜粉，将纵横比小于2的电解铜粉的比例W2与纵横比是2以上的电解铜粉的比例W1之比即W2/W1设定为3～9。纵横比是2以上的电解铜粉尽管在铝的扩散方面是有效的，但成型性较差。当比W2/W1不到3时，从成型性方面来看不是优选的，另一方面，当超过9时，由于铝的扩散不充分，因而不是优选的。

在本实施方式中，使用了电解铜粉的平均粒径是85μm的电解铜粉。优选的是，将电解铜粉的平均粒径d2与前述的铝-铜合金粉的平均粒径d1之比即d2/d1设定为2～3。当比d2/d1处于该范围内时，可以使铝充分地扩散到铜内，耐腐蚀性优异。因此，在本实施方式中，将铝-铜合金粉的平均粒径d1设定为35μm，将电解铜粉的平均粒径d2设定为85μm。不过，不限于此，能够使用铝-铜合金粉末的平均粒径是20～65μm左右的铝-铜合金粉末，能够使用电解铜粉的粒径在200μm以下且平均粒径是大约60～120μm的电解铜粉。

[磷合金粉末]

关于磷合金粉末，使用了7～10重量％的磷-铜合金粉末。磷具有提高烧结时的固液相间的润湿性的效果。磷的混配量是0.1～0.6重量％，具体地，优选是0.1～0.4重量％。当不到0.1重量％时，缺乏固液相间的烧结促进效果，另一方面，当超过0.6重量％、或作为优选值的0.4重量％时，烧结过度进行，铝偏析，γ相的析出增加，烧结体变脆。

[石墨粉末]

石墨主要作为游离石墨存在于分散分布在坯体中的气孔内，向烧结轴承赋予优异的润滑性，有助于提高耐磨损性。石墨的混配量优选是3～10重量％，更优选是6～10重量％。当不到6重量％时，作为处于高温干燥环境下的EGR阀用烧结轴承，难以得到因添加石墨所引起的润滑性、耐磨损性的提高效果。当不到3重量％时，作为处于高温干燥环境下的EGR阀用烧结轴承，无法得到因添加石墨所引起的润滑性、耐磨损性的提高效果。另一方面，当超过10重量％时，材料强度下降，阻碍铝相对于铜的扩散，因而不是优选的。一般来说，如果添加4重量％以上的石墨则无法成型，但是，通过使用造粒石墨能够成型。在本实施方式中，石墨粉末采用如下的石墨粉末：使用树脂粘合剂将天然石墨或人造石墨的微粉造粒后粉碎，使粒径为145目以下。

[氟化铝和氟化钙]

铝-铜合金粉末在烧结时，在其表面生成的氧化铝的皮膜显著阻碍烧结，而作为烧结助剂的氟化铝和氟化钙在铝-铜合金粉末的烧结温度即850～900℃时一边熔融一边逐渐蒸发，对铝-铜合金粉末的表面进行保护从而抑制氧化铝的生成，由此促进烧结并增进铝的扩散。氟化铝和氟化钙在烧结时蒸发、挥发，因而在烧结轴承的成品内几乎没有残留。

关于作为烧结助剂的氟化铝和氟化钙，优选的是，针对含有铝、磷、墨且剩余部分的主要成分为铜的原料粉末和不可避免的杂质的合计100重量％，添加合计0.05～0.2重量％左右的作为烧结助剂的氟化铝和氟化钙。当不到0.05重量％时，作为烧结助剂的效果不充分，得不到致密且具有合适强度的烧结体。另一方面，当超过0.2重量％时，即使进一步添加，作为烧结助剂的效果也达到最大，从成本的观点来看，优选是限于0.2重量％以下。

在本实施方式的EGR阀用烧结轴承和后述的制造方法中，以铝含量是9～12重量％、磷是0.1～0.4重量％、石墨是6～10重量％且剩余部分的主要成分为铜这样的比例，将铝-铜合金粉末、电解铜粉末、磷合金粉末和石墨粉末混合而得到原料粉末。针对其合计100重量％，添加有合计0.05～0.2重量％的氟化铝和氟化钙来作为烧结助剂，为了使成型容易，添加有0.1～1重量％的硬脂酸锌、硬脂酸钙等润滑剂。

详细说明一下，例如，在本实施方式的EGR阀用烧结轴承和后述的制造方法中，以铝含量是9～12重量部、磷是0.1～0.4重量部、石墨是6～10重量部、剩余部分的主要成分为铜这样的比例，将铝-铜合金粉末、电解铜粉末、磷合金粉末和石墨粉末混合而得到原料粉末。针对其合计100重量部，添加有合计0.05～0.2重量部的氟化铝和氟化钙来作为烧结助剂，为了使成型容易，添加有0.1～1重量部的硬脂酸锌、硬脂酸钙等润滑剂。

磷的混配量是0.1～0.6重量部，具体地，优选是0.1～0.4重量部。当不到0.1重量部时，固液相间的烧结促进效果缺乏，另一方面，当超过0.6重量部、或作为优选值的0.4重量部时，烧结会过度进行，铝发生偏析，γ相的析出增加，烧结体变脆。

石墨的混配量优选是3～10重量部，更优选是6～10重量部。当不到6重量部时，作为处于高温干燥环境下的EGR阀用烧结轴承，难以得到因添加石墨所引起的润滑性、耐磨损性的提高效果。当不到3重量部时，作为处于高温干燥环境下的EGR阀用烧结轴承，无法得到因添加石墨所引起的润滑性、耐磨损性的提高效果。另一方面，当超过10重量部时，材料强度下降，会阻碍铝相对于铜的扩散，因而不是优选的。一般来说，如果添加4重量部以上的石墨，则无法成型，但通过使用造粒石墨则能够成型。

对于烧结轴承1，在后述的制造方法中，在烧结后对轴承的外径面1b和内径侧的轴承面1a均进行精整加工。因此，内径和外径得到矫正，精度提高。并且，内径面的粗糙度良好，滑动性提高。

图2以剖面线示出烧结轴承1的表层的压缩层。剖面线仅赋予给轴承1的半径方向的上侧一半，对下侧一半省略图示。烧结轴承1的表层具有压缩层。外径面1b侧的表层的压缩层Po的密度比αo和轴承面1a侧的表层的压缩层Pb的密度比αb均比内部的密度比αi高，密度比αo、αb均被设定为80％≤αo和αb≤95％的范围。当密度比αo和αb不到80％时，轴承强度不充分，另一方面，当超过95％时，因矫正所引起的残留应力变大，存在高温时应力释放而产生变形的可能性，因而不是优选的。

并且，如果将外径面1b侧的表层的压缩层Po的深度的平均值设为To，将轴承面1a侧的表层的压缩层Pb的深度的平均值设为Tb，将它们与轴承面的内径尺寸D1之比分别设定为To/D1和Tb/D1，则优选设定为1/100≤To/D1和Tb/D1≤1/15。这里，密度比α由下式表示。

α(％)＝(ρ1/ρ0)×100

其中，ρ1：多孔质体的密度，ρ0是在假定在该多孔质体内没有细孔的情况下的密度。

当To/D1和Tb/D1不到1/100时，气孔的压裂不充分，另一方面，当超过1/15时，气孔被过度压裂，不是优选的。

下面，根据图3～图7说明在达成本实施方式之前的验证结果。在表1中示出了图3～图7中的现有的青铜系标准品和本实施方式的试样1～3的材料混配规格。

[表1]

图3和图4示出了青铜系标准品和试样的扭矩试验的结果。图3示出扭矩试验(1)的结果，图4示出扭矩试验(2)的结果。扭矩试验(1)、(2)均是在不供油且不含油(干燥)的状态下进行的。气氛温度为常温。在干燥环境下，在EGR阀的高温环境(350℃左右)中的滑动特性和常温中的滑动特性的倾向被视为相同。并且，在干燥环境下的使用条件中，作为铝青铜烧结轴承，着眼于能够应用通常的铝混配量(9～11重量％)，在试样1～3中，将铝的混配量固定为作为中央值的10重量％，使石墨的添加量变化，进行了各试验。

[扭矩试验(1)]

使转速固定，每5分钟追加荷载。具体的试验条件如下。

[表2]

从图3所示的扭矩试验结果来看，在干燥环境下，试样1～3的摩擦系数均比青铜系标准品的摩擦系数低，滑动性优异。并且，知道存在这样的倾向：越是增加石墨的添加量，摩擦系数就越低。

[扭矩试验(2)]

扭矩试验(2)是在前述的扭矩试验(1)中承受了60N的荷载之后保持该荷载和转速继续进行约90分钟的扭矩试验。与扭矩试验(1)一样，如图4所示，试样1～3的摩擦系数均比青铜系标准品的摩擦系数低，滑动性优异。特别是知道，对于将石墨的添加量设定为8重量％以上的试样1和试样2，即使经过了试验时间，也抑制了摩擦系数的上升。

[环块摩擦磨损试验(block-on-ring test)]

根据青铜系标准品和试样1～3的材料混配规格制作块状的试验片，使用环块摩擦磨损试验机，评价了耐磨损性。

<试验条件>

·试验机：环块摩擦磨损试验机〔(株)NTN制〕

·荷载：14.7N

·旋转速度：430rpm(54.0m/min)

·试验时间：60min

·润滑方法：不供油且不含油(干燥)

·配对材料：材质：SUS420J2整体淬火(硬度HV550～650)，旋转直径(外径)和宽度：表面粗糙度：0.02μmRa目标

图5示出环块摩擦磨损试验的结果。在该试验中，也将气氛温度设定为常温，但EGR阀在高温干燥环境下的耐磨损性和倾向被认为是相同的。根据试验结果可知，试样1～3的磨损均比青铜系标准品的磨损少，试样1～3的耐磨损性优异。将石墨添的加量设定为8重量％的试样2的耐磨损性最优异。将石墨的添加量设定为10重量％的试样3的磨损量变多，这被认为是：由于石墨添加量较多，因此材料强度稍微下降，容易被削掉。根据该试验结果可知，能够作为EGR阀用轴承使用的石墨的添加量是3～10重量％，优选是6～10重量％。

[有机酸腐蚀试验]

根据青铜系标准品和试样1～3的材料混配规格制作了试验片，并进行了有机酸腐蚀试验。评价方法是将各试验片浸渍在腐蚀溶液内，在60℃的高温槽内放置规定的时间。放置后，将各试验片从溶液中取出并干燥1小时。干燥后，测量试验片的重量，对根据测量值计算出的重量变化率进行比较。在重量变化率的比较中，将5个试验片的重量变化率的最大值、最小值与平均值一起进行比较。具体的试验条件如下。

<试验条件>

·试验片尺寸：

·试验片个数：5个

·腐蚀溶液：1％甲酸+1％醋酸的水溶液

·气氛温度：60℃

图6示出了放置24小时后的重量变化率。试样1～3的重量变化率均比青铜系标准品的重量变化率小。特别是将石墨的添加量设定为10重量％的试样3的重量变化率最小。

图7示出放置72小时后的重量变化率。试样1～3的重量变化率均比青铜系标准品的重量变化率少。将石墨的添加量设定为10重量％的试样3的重量变化率最少，与放置24小时后的结果相比几乎没有变化。

根据图3～图7所示的试验结果确认到：作为在高温干燥环境下使用的EGR阀用烧结轴承，石墨的添加量为3～10重量％，优选的是，6～10重量％是能够使用的范围。并且，当石墨的添加量超过10重量％时，铝相对于铜的扩散受到阻碍，因而对于烧结面也不是优选的。

如上述那样，将铝的混配量设定为了9～11重量％，但是，作为EGR阀用烧结轴承，结合图3～图7的试验结果，并综合考虑石墨的增加会阻碍铝相对于铜的扩散这一情况，可知：铝的混配量的上限为12重量％是优选的。

在表3中，示出了对第1实施方式中的EGR阀用烧结轴承的硬度进行测量的结果。表3所示的硬度值是基于试验荷载为25g时的维氏硬度(Hv：Vickers hardness)所评价的值。以下，关于硬度值，作为基于维氏硬度(Hv)的值进行说明。并且，作为比较，将铜系烧结轴承的硬度作为比较例1一并记载。

[表3]

如表3所示，铜系烧结轴承的硬度是大致70～80，而第1实施方式中的EGR阀用烧结轴承的硬度是例如大致120～220，从该结果可以判定出，第1实施方式中的EGR阀用烧结轴承是耐磨损性比铜系烧结轴承优异的烧结轴承。这是因为，作为软相的α相的硬度是大致120～140，作为硬相的γ相的硬度是200～220，第1实施方式的EGR阀用烧结轴承中的任一相的硬度都比铜系烧结轴承的硬度硬。

下面，对有关EGR阀用烧结轴承的制造方法的第1实施方式进行说明。经过图8所示的原料粉末准备工序S1、混合工序S2、成型工序S3、烧结工序S4、精整工序S5来制造。

[原料粉末准备工序S1]

在原料粉末准备工序S1中，准备并生成烧结轴承1的原料粉末。关于原料粉末，针对将40～60重量％的铝-铜合金粉末设定为18～24重量％、将7～10重量％的磷-铜合金粉末设定为2～4重量％、将石墨粉末设定为6～10重量％、将电解铜粉末设定为剩余重量％的合计100重量％，合计添加有0.05～0.2重量％的氟化铝和氟化钙作为烧结助剂，为了使石墨粉末容易成型，添加有0.1～1重量％的硬脂酸锌、硬脂酸钙等润滑剂。通过添加润滑剂，能够使后述的压坯顺利脱模，从而能够避免与脱模伴随的压坯的形状的崩溃。

例如，针对将40～60重量％的铝-铜合金粉末设定为18～24重量％、将7～10重量％的磷-铜合金粉末设定为2～4重量％、将石墨粉末设定为6～10重量％、将电解铜粉末设定为剩余重量％的合计100重量％，使铝的含量成为例如8.5重量％以上且10重量％以下，具体地，使铝的含量成为9重量％以上且9.5重量％以下。

例如，原料粉末能够采用这样的原料粉末：针对将40～60重量％的铝-铜合金粉末设定为18～24重量部、将7～10重量％的磷-铜合金粉末设定为2～4重量部、将石墨粉末设定为3～10重量部且优选设定为6～10重量部、将电解铜粉末设定为剩余重量部的合计100重量部，添加有合计0.05～0.2重量部的氟化铝和氟化钙作为烧结助剂，为了使石墨粉末容易成型而添加有0.1～1重量部的硬脂酸锌、硬脂酸钙等润滑剂。

例如，针对将40～60重量％的铝-铜合金粉末设定为18～24重量部、将7～10重量％的磷-铜合金粉末设定为2～4重量部、将石墨粉末设定为6～10重量部、将电解铜粉末设定为剩余重量部的合计100重量部，使铝的含量成为例如8.5重量部以上且10重量部以下，具体地，使铝的含量成为9重量部以上且9.5重量部以下。

[混合工序S2]

将上述的原料粉末M投入到例如图9所示的V型混合机10的罐体11内，使罐体11旋转并均匀地进行混合。

[成型工序S3]

在成型工序S3中，通过对上述的原料粉末进行压粉，形成呈烧结轴承1的形状的压坯。压坯以如下方式被压缩成型：使通过在烧结温度以上加热而形成的烧结体的密度比α为70％以上且80％以下。

具体地，在例如以伺服电动机作为驱动源的CNC压力机内放置成型模具，该成型模具是划定有仿照压坯形状的腔室而成的，以200～700MPa的加压力对填充在腔室内的上述原料粉末进行压缩，从而成型出压坯。在成型出压坯时，也可以将成型模具加温到70℃以上。

在本实施方式的EGR阀用烧结轴承1的制造方法中，通过使用铝-铜合金粉末作为铝源，由起因于流动性的成型性下降所引起的压坯的强度不足的问题得到改善，不存在与比重小的铝单体粒子的飞散相伴随的处理上的问题。并且，生产效率高，适合于大量生产。

[烧结工序S4]

在烧结工序S4中，以烧结温度对压坯进行加热，使相邻的原料粉末彼此烧结结合在一起，从而形成烧结体。使用图10所示的网带式连续炉15，将压坯1’大量投入到网带16上，形成烧结体。由此，能够实现稳定的品质和制造方法。

在烧结工序中重要的是，使铝充分扩散到铜内来提高耐腐蚀性，以及通过使铝青铜组织成为α相来提高耐腐蚀性和轴承性能。如果铝青铜组织成为γ相则会变硬，虽然耐磨损性优异，然而耐有机酸腐蚀性下降。因此，判明了：需要减少铝的量，以便尽可能抑制γ相的析出。

而且，判明了：在铝组织中，优选将γ相与α相之比即γ相/α相设定为0.10≤γ相/α相≤0.25。当γ相/α相之比不到0.10时，耐磨损性下降而不是优选的，另一方面，当超过0.25时，由于耐有机酸腐蚀性下降，因而不是优选的。

作为满足上述要求的烧结条件，烧结温度优选是900～950℃，更优选是900～920℃(例如，是920℃)。并且，气氛气体采用氢气、氮气或这些气体的混合气体，烧结时间越长，耐腐蚀性越是良好，对于EGR阀用烧结轴承来说，优选是20～60分钟(例如，是30分钟)。

铝-铜合金粉末在成为共晶温度即548℃以上时发生各种液相。当液相发生时膨胀，由于发生的液相而形成烧结颈，达到致密化，尺寸逐渐收缩。在本实施方式中，通过使用网带式连续炉15进行烧结，使得烧结体的表面氧化，烧结被阻碍而达不到致密化，尺寸膨胀。不过，烧结体的内部未氧化而被烧结体，因而可以充分确保烧结体的强度。由于使用了网带式连续炉15，因而从压坯1’的投入到取出，能够缩短烧结时间，实现大量生产，能够实现成本降低。并且，在烧结轴承的功能方面，可以充分确保强度。

在上述的烧结工序中，通过使添加的磷合金粉末发挥效果，可以形成品质良好的烧结体。利用磷，提高了烧结时的固液相间的润湿性，能够得到良好的烧结体。作为磷的混配量，优选是0.1～0.6重量％，具体地，优选是0.1～0.4重量％。当不到0.1重量％时，固液相间的烧结促进效果缺乏，另一方面，当超过0.6重量％、或作为优选值的0.4重量％时，得到的烧结体发生偏析而变脆。

而且，石墨主要作为游离石墨存在于分散分布在坯体内的气孔中，向烧结轴承赋予优异的润滑性，有助于提高耐磨损性。石墨的混配量优选是3～10重量％，更优选是6～10重量％。当不到6重量％时，作为处于高温干燥环境下的EGR阀用烧结轴承，难以得到因添加石墨所引起的润滑性、耐磨损性的提高效果。当不到3重量％时，作为处于高温干燥环境下的EGR阀用烧结轴承，无法得到因添加石墨所引起的润滑性、耐磨损性的提高效果。另一方面，当超过10重量％时，材料强度下降，会阻碍铝相对于铜的扩散，因而不是优选的。

[精整工序S5]

在精整工序S5中，对通过烧结而比压坯膨胀的烧结体进行尺寸整形。图11示出精整工序S5的详情。精整加工的模具由模20、上冲头21、下冲头22和芯23构成。如图11a所示，在芯23和上冲头21后退到上方的状态下，将烧结体1”放置在下冲头22上。如图11b所示，最初，芯23进入到烧结体1”的内径，之后，如图11c所示，利用上冲头21将烧结体1”压入到模20内，利用上下冲头21、22进行压缩。由此，对烧结体1”的表面进行尺寸整形。

上述的精整工序的模具由模20、一对冲头21、22和芯23构成，通过利用冲头21、22和模20从烧结体1”的轴向两侧和外径侧进行压缩，由此使用芯23对烧结体1”的内径侧进行整形，从而能够有效利用由铝青铜系烧结轴承的烧结所引起的膨胀，与烧结轴承1的尺寸整形一起形成期望的气孔。由于在气孔内分布有游离石墨，因而滑动性优异。

使用以上这样的工序制造出的本实施方式的EGR阀用烧结轴承1在耐磨损性、耐腐蚀性和高温干燥环境下的滑动性方面优异，且能够实现紧凑化和低成本化。

下面，对有关本发明的EGR阀用烧结轴承的第2实施方式和有关制造方法的第2实施方式进行说明。在第1实施方式的EGR阀用烧结轴承和制造方法中，使用了铝-铜合金粉末和电解铜粉作为成为铝源和铜源的原料粉末，而在第2实施方式中，在使用了铝-铜合金粉末而没有添加铜单质的电解铜粉这一点上与第1实施方式不同。

针对更严酷的使用环境发现：当添加铜单质粉末时，会产生铜单质发生偏析的部分，因而在耐腐蚀性方面存在问题。基于该发现的各种探讨的结果是，根据如下的想法实现了本实施方式：使用铝-铜合金粉末作为成为铝源和铜源的原料粉末，而不添加铜单质粉末。

本实施方式的EGR阀用烧结轴承和制造方法中的、铝含量是9～12重量％、磷是0.1～0.4重量％、石墨是6～10重量％、剩余部分的主要成分为铜这样的组分与第1实施方式相同。然而，原料粉末有如下不同。即，不添加铜单质的电解铜粉，按照成为所述组分的比例，将铝-铜合金粉末、磷合金粉末和石墨混合，针对其合计100重量％，添加有合计0.05～0.2重量％的氟化铝和氟化钙作为烧结助剂，为了容易成型，添加有0.1～1重量％的硬脂酸锌、硬脂酸钙等润滑剂。

例如，可以使用EGR阀用烧结轴承和制造方法中的、铝含量是9～12重量部、磷是0.1～0.4重量部、石墨是6～10重量部、并且剩余部分的主要成分为铜这样的组分。在该情况下，例如原料粉末如下。即，不添加铜单质的电解铜粉，按照成为所述组分的比例，将铝-铜合金粉末、磷合金粉末和石墨混合，针对其合计100重量部，添加有合计0.05～0.2重量部氟化铝和氟化钙作为烧结助剂，为了容易成型，添加有0.1～1重量部的硬脂酸锌、硬脂酸钙等润滑剂。

对磷的混配量的说明和对石墨的混配量的说明与第1实施方式相同，因而这里省略重复说明。

并且，本实施方式的烧结轴承1的表层的压缩层的状态也与图2所示的第1实施方式的烧结轴承相同，因而引用针对图2所述的内容，并省略重复说明。

并且，尽管省略图示，然而关于耐有机酸腐蚀性确认到：与第1实施方式中的烧结轴承相比，第2实施方式中的烧结轴承能够得到更加良好的结果。并且，关于摩擦系数的关系，第1实施方式中的烧结轴承的试验结果和第2实施方式中的烧结轴承的试验结果是大致相同的结果，因而这里省略其详细说明。

在使用未添加铜单质粉末的铝-铜合金粉末作为铜源的本实施方式的铝青铜组织中，优选将γ相与α相之比即γ相/α相设定为0≤γ相/α相≤0.10。若是0≤γ相/α相≤0.10的范围，则耐有机酸腐蚀性优异。

在表4中示出了对第2实施方式中的EGR阀用烧结轴承的硬度进行测量的结果。由于表4所示的硬度评价方法等与表3所示的硬度评价方法等相同，因而这里省略其详细说明。

[表4]

如表4所示，铜系烧结轴承的硬度是大致70～80，与此相对，第2实施方式中的EGR阀用烧结轴承的硬度是例如大致100～240，从该结果可以判定出，第2实施方式中的EGR阀用烧结轴承是耐磨损性比铜系烧结轴承优异的烧结轴承。这是因为，作为软相的α相的硬度是大致100～140，作为硬相的γ相的硬度是大致200～240，第2实施方式中的EGR阀用烧结轴承的任一相的硬度都比铜系烧结轴承的硬度硬。

本实施方式的EGR阀用烧结轴承即使面对更严酷的使用环境也可以确保耐腐蚀性。

下面，对有关制造方法的第2实施方式进行说明。该第2实施方式的制造方法也与第1实施方式的烧结轴承的制造方法相同，因而引用上述的内容，仅对原料粉末准备工序S1和成型工序S2的不同之处进行说明。

[原料粉末准备工序S1]

在原料粉末准备工序S1中，准备烧结轴承1的原料粉末。关于原料粉末，针对将7～11重量％的铝-铜合金粉末(优选是8～10重量％的铝-铜合金粉末)设定为85～93重量％、将7～10重量％的磷-铜合金粉末设定为1～5重量％、将石墨粉末设定为6～10重量％的合计100重量％，添加有合计0.05～0.2重量％的氟化铝和氟化钙作为烧结助剂，并且添加有0.1～1重量％的硬脂酸锌，作为用于使成型变得容易的润滑剂。7～11重量％的铝-铜合金粉末使用了粉碎后进行粒度调整而成的粉末。与第1实施方式一样，将上述的原料粉末投入到例如图9所示的V型混合器10的罐体11内，使罐体11旋转并进行均匀混合。

例如，以将7～11重量％的铝-铜合金粉末设定为85～93重量％、将7～10重量％的磷-铜合金粉末设定为1～5重量％、并将石墨粉末设定为6～10重量％的合计100重量％作为合计100重量部，针对该合计100重量部，使铝的含量是例如8.5重量部以上且10重量部以下，具体是9重量部以上且9.5重量部以下。

例如，原料粉末可以使用这样的粉末：针对将7～11重量％的铝-铜合金粉末、优选是8～10重量％的铝-铜合金粉末设定为85～93重量部、将7～10重量％的磷-铜合金粉末设定为1～5重量部、将石墨粉末设定为3～10重量部且优选设定为6～10重量部的合计100重量部，添加有合计0.05～0.2重量部的氟化铝和氟化钙作为烧结助剂，并且添加有0.1～1重量部的硬脂酸锌作为用于使成型变得容易的润滑剂。

例如根据EGR阀的种类等，本实施方式的烧结轴承能够使用不含润滑油等油类的EGR阀用烧结轴承、含有少量的润滑油的EGR阀用烧结轴承。

本发明完全不限定于前述的实施方式，当然，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够进一步以各种方式实施，本发明的范围由权利要求表示，还包含与权利要求的记载等同的意思和权利要求内的所有变更。

标号说明

1：EGR阀用烧结轴承；

1’：压坯；

1”：烧结体；

1a：轴承面；

1b：外径面；

1c：端面；

15：网带式连续炉；

20：模；

21：上冲头；

22：下冲头；

23：芯；

31：EGR阀；

46：轴；

D1：轴承面的内径尺寸；

Ti：压缩层；

To：压缩层。

Claims (11)

1.一种EGR阀用烧结轴承，其含有9重量％～12重量％的铝、0.1重量％～0.4重量％的磷、和3重量％～10重量％的石墨，剩余部分的主要成分为铜，并且含有不可避免的杂质，其特征在于，

该烧结轴承具有对铝－铜合金进行烧结而成的组织，在分散地形成的气孔内分布有游离石墨。

2.根据权利要求1所述的EGR阀用烧结轴承，其特征在于，

所述铝－铜合金的组织具有α相。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的EGR阀用烧结轴承，其特征在于，

在所述铝－铜合金的组织中，γ相与α相之比即γ相/α相为0≤γ相/α相≤0.10。

4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的EGR阀用烧结轴承，其特征在于，

在所述EGR阀用烧结轴承中未添加作为烧结助剂的锡。

5.一种EGR阀用烧结轴承的制造方法，所述EGR阀用烧结轴承含有9重量％～12重量％的铝、0.1重量％～0.4重量％的磷、和3重量％～10重量％的石墨，剩余部分的主要成分为铜，并且含有不可避免的杂质，其特征在于，

该制造方法使用铝－铜合金粉、电解铜粉、磷－铜合金粉和石墨粉作为原料粉末，且至少包含：成型工序，成型出在所述原料粉末内添加有烧结助剂的压坯；烧结工序，从所述压坯得到具有铝－铜合金组织的烧结体；和精整工序，对所述烧结体进行尺寸整形。

6.根据权利要求5所述的EGR阀用烧结轴承的制造方法，其特征在于，

针对包含所述铝－铜合金粉、所述电解铜粉、所述磷－铜合金粉和所述石墨粉的所述原料粉末的合计100重量％，添加有合计0.05重量％～0.2重量％的氟化铝和氟化钙，来作为所述烧结助剂。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的EGR阀用烧结轴承的制造方法，其特征在于，

将所述电解铜粉的平均粒径d2与所述铝－铜合金粉的平均粒径d1之比即d2/d1设定为2～3。

8.根据权利要求5～7中的任意一项所述的EGR阀用烧结轴承的制造方法，其特征在于，

所述电解铜粉由粉末形状不同的粉末构成，将纵横比小于2的所述电解铜粉的比例W2与纵横比是2以上的所述电解铜粉的比例W1之比即W2/W1设定为3～9。

9.根据权利要求5～8中的任意一项所述的EGR阀用烧结轴承的制造方法，其特征在于，

所述石墨粉为如下的石墨粉末：使用树脂粘合剂将天然石墨或人造石墨的微粉造粒后粉碎，使粒径为145目以下。

10.一种EGR阀用烧结轴承的制造方法，所述EGR阀用烧结轴承含有9重量％～12重量％的铝、0.1重量％～0.6重量％的磷、和3重量％～10重量％的石墨，剩余部分的主要成分为铜，并且含有不可避免的杂质，其特征在于，

该制造方法使用铝－铜合金粉、磷－铜合金粉和石墨粉作为原料粉末，在该原料粉末中未添加铜单质粉末，该制造方法至少包含：成型工序，成型出在所述原料粉末内添加有烧结助剂的压坯；烧结工序，从所述压坯得到具有铝－铜合金组织的烧结体；和精整工序，对所述烧结体进行尺寸整形。

11.根据权利要求10所述的EGR阀用烧结轴承的制造方法，其特征在于，

作为所述原料粉末的所述铝－铜合金粉是7重量％～11重量％的铝－铜合金粉末。