CN1777762A - 马达式燃料泵的耐磨性轴承 - Google Patents
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Abstract
一种马达式燃料泵的耐磨性轴承，其特征在于，由Cu－Ni系烧结合金构成，此烧结合金，由以质量％计，具有石墨：1～5％、含有P为5～10％的Cu－P合金：2～9％、含有Ni为21～26％的Cu－Ni合金：剩余部分所构成的配合组成的压粉体的烧结体构成，并且在Cu－Ni系合金的基体上，气孔以气孔率：8～18％的比率进行分散分布，并且具有在上述Cu－Ni合金粒的相互间的粒界部有P成分、在上述气孔内有游离石墨分别进行分布的组织。
Description
技术领域
本发明涉及一种轴承，该轴承由具有优异的耐磨性和耐蚀性、并且由高强度的Cu-Ni系烧结合金构成，因此，特别适于马达式燃料泵的小型化及轻量化，并且在适用时可以长期发挥优异的耐磨性。
背景技术
以往的以汽油或轻油等液体燃料作为燃料使用的发动机中，一般具有马达式燃料泵，例如，作为汽油发动机用马达式燃料泵，具有如图2所示的简略横截面图结构，这为大家所熟识。
即，如图所示，上述马达式燃料泵，其运转如下：在壳体内，固定设置在马达两端部的旋转轴被轴承支撑着，在上述旋转轴的一侧端部插入有叶轮，并且具有沿着上述叶轮、马达(转子)的外周面，以及轴承和旋转轴之间的未图示的间缝隙形成有狭小间隙的汽油流通道的结构，并且由上述马达的旋转而带动叶轮旋转，由该叶轮的旋转而将汽油引入至壳体内，被引入的汽油通过沿着叶轮、马达的外周面，以及轴承和旋转轴之间的未图示的缝隙形成的上述汽油流通道而被输出，并送进到另设的汽油发动机中。并且，图2中，少量燃料通过两个轴承的外周部，被叶轮升压的汽油通过未图示的壳体的燃料通道到达转子的外周面。另外，作为上述马达式燃料泵的结构构件的上述轴承，使用的是各种高强度Cu系烧结合金(例如，参照专利文献1、2、以及3)。
【专利文献1】日本专利公开昭54-26206号公报
【专利文献2】日本专利公开昭55-119144号公报
【专利文献3】日本专利公告昭57-16175号公报
另外，例如，近年来随着汽车等的发动机的小型化以及轻量化的惊人的发展，用于这些发动机的燃料泵也强烈要求小型化以及轻量化，并且，随之而来的是，对此燃料泵的结构构件的轴承也要求小型化以及超薄化。但是，具有上述结构的马达式燃料泵，为了确保排出性能的同时实现小型化，高驱动力，即，提高旋转数十分必要，如此，则被引入至燃料泵内的汽油等液体燃料，将以高压、高速，通过变得更加狭小的间隙的流通道，在这种条件下，特别是对于作为马达式燃料泵的结构构件的轴承，要求其小型化及超薄化、并且具有更高的强度和耐磨性，但是在用于上述结构的马达式燃料泵的Cu系烧结合金制轴承中，虽然任一个都具有高强度，但由于不具备充分的耐磨性，所以磨耗进行较快，而且，这种磨耗，在上述液体燃料含有硫磺或其化合物等杂质时，会进一步加快磨耗，其结果为在比较短的时间内就达到使用寿命，这就是现状。
因此，本发明者们，从上述观点出发，为了开发适用于小型化、以高驱动力工作的马达式燃料泵的轴承而进行的研究，得出如下结果：马达式燃料泵的轴承，由Cu-Ni系烧结合金构成，此烧结合金，由以质量％(以下，％表示质量％)计，具有以石墨：1～5％、含有P为5～10％的Cu-P合金：2～9％、含有Ni为21～26％的Cu-Ni合金：剩余部分所构成的配合组成的压粉体的烧结体构成，同时，如图1的光学显微镜观察的组织照片的模式图所示，在Cu-Ni合金粒的基体上，气孔以气孔率：8～18％的比率进行分散分布，并且，具有在上述Cu-Ni合金粒的相互粒界部有P成分、在上述气孔内有游离石墨分别进行分布的组织，通过构成基体的Cu-Ni合金粒，可以确保良好的耐磨性及耐蚀性，此外，由于使液体燃料产生高压高速流的马达的高速旋转，轴承所受到的摩擦力，通过在分散分布于上述基体上的气孔内所分布的、润滑性高的游离石墨的作用，以及通过存在于轴承内的气孔从轴承外周面供应至轴承内周面的液体燃料所形成的流体润滑膜的作用，耐磨性可以谋求进一步的提高，而且，上述Cu-Ni合金相互间的接合强度，由于烧结时在Cu-Ni合金的相互间使其相互间烧结性得到提高的P成分的作用，而得到显著地提高，从而轴承本身也具有高强度，因此，由此结果的Cu-Ni系烧结合金所构成的轴承，可以实现小型化以及超薄化，并且由于暴露在液体燃料的高压高速流的环境下，也可以发挥优异的耐磨性，此外，对于含有硫或其化合物等杂质的液体燃料，也显示出优异的耐蚀性。
发明内容
本发明基于上述研究结果而构成，本发明的马达式燃料泵的耐磨性轴承，其特征在于，由Cu-Ni系烧结合金构成，此烧结合金，由以质量％计，具有石墨：1～5％、含有P为5～10％的Cu-P合金：2～9％、含有Ni为21～26％的Cu-Ni合金：剩余部分所构成的配合组成的压粉体的烧结体构成，并且在Cu-Ni系合金的基体上，气孔以气孔率：8～18％的比率进行分散分布，并且具有在上述Cu-Ni合金粒的相互间的粒界部有P成分、在上述气孔内有游离石墨分别进行分布的组织。
接着，在本发明的马达式燃料泵的轴承中，对构成轴承的Cu-Ni系烧结合金的配合组成以及如上所述气孔率的限定理由进行说明。
(1)配合组成
(a)Cu-Ni合金
Cu-Ni合金，如上所述具有优异的耐磨性和耐蚀性，烧结后形成以Cu-Ni合金粒构成的基体，使轴承自身具有优异的耐磨性和耐蚀性的作用，但是，如果Ni在与Cu的合量中所占的含有比率低于21％，则不能确保轴承优异的耐磨性和耐蚀性，另一方面，如果其含有比率超过26％，则烧结性会急剧下降，从而不能避免强度下降，因此，其含有比率定为Ni：21～26％。
(b)Cu-P合金
Cu-P合金的P成分，在烧结时，在Cu-Ni合金相互之间，使其相互间烧结性得到提高，而且具有提高Cu-Ni合金粒所构成的基体的强度，即轴承的强度的作用，但是，如果P在与Cu的合量中所占的含有比率低于5％，则不能发挥充分的烧结性，另一方面，如果其含有比率超过10％，则Cu-Ni合金粒边界部的强度会急剧下降，所以，其含有比率定为5～10％。
另外，如果Cu-P合金占全体的比率低于2％，则不能确保Cu-Ni合金粒相互间充分的接合强度，从而成为强度下降的原因，另一方面，如果其比率超过9％，则不能避免基体的Cu-Ni合金粒的晶界部的强度下降，因此其全体比率定为2～9％。
(c)石墨
石墨，主要以游离石墨存在于分散分布在基体中的气孔内，对轴承赋予优异的润滑性，而且具有有助于提高轴承的耐磨性的作用，但是，如果其含有比率低于1％，则不能得到所希望的上述作用的增强效果，另一方面，如果含有比率超过5％，则强度会急剧下降，所以，其含有比率定为1～5％。
(2)气孔率
分散分布于Cu-Ni合金粒的基体中的气孔，如上所述在液体燃料的高压高速流通条件下，缓和轴承承受的强烈的摩擦以及高承载，并且具有显著抑制轴承的磨耗的作用，但是，如果其气孔率低于8％，则分布在基体中的气孔的比率过少，而不能充分发挥上述作用，另一方面，如果其气孔率超过18％，则轴承的强度会急剧下降，所以，其气孔率定为8～18％。
附图说明
图1是本发明轴承3的光学显微镜的组织照片(200倍)的模式图。
图2是汽油发动机用马达式燃料泵的概略横截面图。
具体实施方式
根据实施例对本发明的马达式燃料泵的轴承进行更具体的说明。作为原料粉末，准备了任一个均具有30～100μm范围内的所定平均粒径的Cu-Ni合金(Ni的含有比率在表1、2中表示)粉末、Cu-P合金(同样，P的含有比率在表1、2中表示)粉末、石墨粉末、Sn粉末、Co粉末、Fe粉末、以及Cu粉末，将这些原料粉末配合成表1、2所示的配合组成，添加1％的硬脂酸，通过V型混合机混合20分钟后，以400～500MPa范围内的所定压力，冲压成形为压粉体，此压粉体在氨分解气体氛围中，在870℃保持40分钟的条件下进行烧结，此外最终以400～500MPa范围内的所定压力，进行校形(sizing)处理，从而分别制造成分别具有表1、2所示的气孔率的Cu-Ni系烧结合金或Cu系烧结合金所分别构成的、而且任一个均具有外径：9mm×内径：5mm×高度：6mm的尺寸的本发明的轴承1～15，以及现有的轴承1～3。
其结果，在所得到的本发明的轴承1～15及现有的轴承1～3中，在利用光学显微镜(200倍)对其任意断面进行观察时，显示出，本发明轴承1～15，任一个其气孔均以气孔率：8～18％的比率，在Cu-Ni合金粒的基体上进行分散分布，并且显示出了在上述Cu-Ni合金粒的相互晶界部有P成分、在上述气孔内有游离石墨分别进行分布的各组织，另一方面，现有的轴承1～3，任一个均显示出在Cu系合金的基体中游离石墨分别进行分散分布的组织。
还有，图1是本发明轴承3的光学显微镜的组织照片的模式图。
接着，将上述本发明的轴承1～15以及现有的轴承1～3，安装于外形尺寸为长度：110mm×直径：40mm的燃料泵内，将此燃料泵设置于油箱内，在叶轮的旋转数：5000(最小旋转数)～15000(最大旋转数)r.p.m.、汽油的流量：50升/小时(最小流量)～250升/小时(最大流量)、轴承由高速旋转轴所受的压力：最大500Kpa、试验时间：500小时的条件下，即，在汽油在狭小间隙以高速流通，轴承承受由使此产生的马达的高速旋转轴所致的高压，并且暴露于快流速的汽油下的条件下，进行了实测试验，测定了试验后的轴承面的最大磨损深度。此测定结果同样在表1、2中表示。还有，在表1、2中，为了评价强度，表示了各个轴承的抗压强度。
【表1】
| 类别 | 配合组成(质量％) | 气孔率(％) | 抗压强度(N/mm2) | 最大磨耗深度(μm) | |||||||||
| 石墨 | Cu-P | Cu-Ni | Sn | Fe | Co | Cu | |||||||
| P含有比率 | 全体比率 | Ni含有比率 | 全体比率 | ||||||||||
| 本发明轴承 | 1 | 1 | 6.5 | 5 | 23 | 剩余物 | - | - | - | - | 8.1 | 179 | 5.4 |
| 2 | 2 | 6.5 | 5 | 23 | 剩余物 | - | - | - | - | 11.7 | 171 | 4.3 | |
| 3 | 3 | 6.5 | 5 | 23 | 剩余物 | - | - | - | - | 13.2 | 170 | 3.2 | |
| 4 | 4 | 6.5 | 5 | 23 | 剩余物 | - | - | - | - | 15.4 | 165 | 3.5 | |
| 5 | 5 | 6.5 | 5 | 23 | 剩余物 | - | - | - | - | 17.5 | 161 | 4.9 | |
| 6 | 3 | 5 | 2 | 23 | 剩余物 | - | - | - | - | 17.8 | 160 | 5.9 | |
| 7 | 3 | 6 | 3.5 | 23 | 剩余物 | - | - | - | - | 15.5 | 162 | 4.5 | |
| 8 | 3 | 7 | 6.5 | 23 | 剩余物 | - | - | - | - | 13.7 | 168 | 3.7 | |
| 9 | 3 | 8.5 | 8 | 23 | 剩余物 | - | - | - | - | 10.2 | 174 | 3.8 | |
【表2】
| 类别 | 配合组成(质量％) | 气孔率(％) | 抗压强度(N/mm2) | 最大磨耗深度(μm) | |||||||||
| 石墨 | Cu-P | Cu-Ni | Sn | Fe | Co | Cu | |||||||
| P含有比率 | 全体比率 | Ni含有比率 | 全体比率 | ||||||||||
| 本发明轴承 | 10 | 3 | 10 | 9 | 23 | 剩余物 | - | - | - | - | 8.5 | 167 | 4.8 |
| 11 | 3 | 6.5 | 5 | 21 | 剩余物 | - | - | - | - | 17.7 | 161 | 4.7 | |
| 12 | 3 | 6.5 | 5 | 22 | 剩余物 | - | - | - | - | 14.9 | 165 | 3.6 | |
| 13 | 3 | 6.5 | 5 | 24 | 剩余物 | - | - | - | - | 11.1 | 171 | 3.4 | |
| 14 | 3 | 6.5 | 5 | 25 | 剩余物 | - | - | - | - | 9.7 | 167 | 3.6 | |
| 15 | 3 | 6.5 | 5 | 26 | 剩余物 | - | - | - | - | 8.2 | 160 | 4.8 | |
| 现有轴承 | 1 | 3 | - | - | - | - | 3 | - | - | 剩余物 | 13.1 | 158 | 12.0 |
| 2 | 3 | 3.4 | 1 | - | - | 10 | - | - | 剩余物 | 12.6 | 168 | 12.1 | |
| 3 | 6 | - | - | - | - | 6.4 | 10 | 15 | 剩余物 | 12.0 | 171 | 12.6 | |
从表1、2所示的结果，明确表明，由Cu-Ni系烧结合金所构成的本发明轴承1～15，任一个均是，由于由构成基体的Cu-Ni合金粒而具有优异的耐磨性和耐蚀性，由于分布于上述Cu-Ni合金粒的相互晶界部的P成分的烧结性的提高效果而具有高强度，并且由于气孔所形成的流体润滑膜的作用和游离石墨作用而具有提高耐磨性的效果，特别是作为马达式燃料泵的轴承使用时，在汽油的高压高速的流通下，能够发挥更优异的耐磨性，相对与此，由Cu系烧结合金构成的现有的轴承1～3，虽然具有相同的高强度，但是，其磨损的进行相对较快，在较短的时间内就达到了使用寿命。
如上所述，本发明的轴承，不仅可以作为通常使用液体燃料的发动机的马达式燃料泵使用，特别是在随着马达式燃料泵的小型化及高驱动力，承受来自旋转轴高承载，并且暴露在液体燃料的高速流动的环境下进行使用时，更有在液体燃料含有硫或其化合物等杂质时，也能够发挥优异的耐磨性，所以能够充分对应使用液体燃料的发动机的轻量化及高性能化的要求。
Claims (1)
1.一种马达式燃料泵的耐磨性轴承，其特征在于，由Cu-Ni系烧结合金构成，此烧结合金，由以质量％计，具有石墨：1～5％、含有P为5～10％的Cu-P合金：2～9％、含有Ni为21～26％的Cu-Ni合金：剩余部分所构成的配合组成的压粉体的烧结体构成，并且在Cu-Ni系合金的基体上，气孔以气孔率：8～18％的比率进行分散分布，并且具有在上述Cu-Ni合金粒的相互间的粒界部有P成分、在上述气孔内有游离石墨分别进行分布的组织。
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