KR0149739B1 - 소결접동부재 및 그 제조방법 - Google Patents

소결접동부재 및 그 제조방법

Info

Publication number
KR0149739B1
KR0149739B1 KR1019940019561A KR19940019561A KR0149739B1 KR 0149739 B1 KR0149739 B1 KR 0149739B1 KR 1019940019561 A KR1019940019561 A KR 1019940019561A KR 19940019561 A KR19940019561 A KR 19940019561A KR 0149739 B1 KR0149739 B1 KR 0149739B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
powder
sintered
less
sliding member
intermetallic compound
Prior art date
Application number
KR1019940019561A
Other languages
English (en)
Other versions
KR950005415A (ko
Inventor
카쯔요시 콘도
Original Assignee
쿠라우찌 노리타카
스미도모덴기고오교오 가부시기가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 쿠라우찌 노리타카, 스미도모덴기고오교오 가부시기가이샤 filed Critical 쿠라우찌 노리타카
Publication of KR950005415A publication Critical patent/KR950005415A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR0149739B1 publication Critical patent/KR0149739B1/ko

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0089—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with other, not previously mentioned inorganic compounds as the main non-metallic constituent, e.g. sulfides, glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0425—Copper-based alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00—Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02—Composition of linings ; Methods of manufacturing
    • F16D69/027—Compositions based on metals or inorganic oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/041—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by mechanical alloying, e.g. blending, milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

본 발명은 클러치 및 브레이크등의 접동부재로서 사용하기 위한 청동계소결접동부재에 관한 것으로서, 경질입자가 Cu-Sn합금매트릭스에 혼합되어 미세균일하게 분포되어 있는 소결부재로서, 분산된 경질입자가 가동시, Cu-Sn 합금매트릭스에서 탈락되는 것을 억제하여 우수한 마찰접동특성과 기계적특성을 지닌다. 또한, 소결접동부재는 Sn, 경질입자성분으로서의 철계금속간화합물, 및 고체윤활성분으로 이루어지고, 이들은 기계적합금화법, 기계적분쇄법, 조립법을 실시함으로써 Sn과 철계금속간화합물과 고체윤활성분이 Cu매트릭스에 균일하게 분산되어 있다.

Description

소결접동부재 및 그 제조방법
제1도는 본 발명에 따른 소결접동부재의 제조방법을 나타낸 플로우챠트.
제2도는 본 발명의 소결접동부재에 대해 연마시험을 행하는 건식연마시험기의 설명도.
제3도는 본 발명의 소결접동부재에 대해 연마시험을 행하는 습식연마시험기의 설명도.
본 발명은 청동계소결접동부재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 이들 부재는 내마모성과 내융접성이 뛰어나고 비교적 고마찰계수를 안정하게 보유할 수 있으며, 또 상대재질에 대한 공격성이 극히 낮고, 더욱이 고강도, 고인성, 고경도를 지니고 있어 건식상태하의 사용을 위한 클러치 및 브레이크 혹은 습식상태하의 사용을 위한 클러치등의 마찰장치와 같이 접동부재분야로의 사용에 적용할 수 있다.
최근, 건식상태하에 사용되는 마찰클러치 및 브레이크용 재료로서의 사용을 위해 아스베스토계마찰재를 대체할 수 있는 청동계소결합금이 개발되고 있다. 예를 들어, 일본국 특개소 58-126948호에는 청동계소결합금에 결징미립자가 첨가되어 보다 높은 마찰계수를 지닌 건조소결마찰재가 개시되어 있다.
그러나, 이런 소결재는 합금에 분산된 경질미립자와 매트릭스사이에 반응층을 지니는 대신 틈이 형성되어 있어 고속, 고부하접동상태하에 마찰접동할 경우 경질입자가 매트릭스에서 탈락되어 어떠한 고마찰계수도 안정하게 발휘되는 것을 기대할 수 없게 한다. 또한, 다른 문제점으로서, 이런 입자가 탈락되는 지점을 기점으로 하여 상대재료에 대해 융접이 발생하게 되며, 더구나, 이들 소결재는 탈락입자를 맞물어들여 상대재료를 공격하는 문제점도 있다. 또한, 기계적특성에서 볼 때 마모재로서의 소결재는 상기 틈이 재료의 기계적 특성, 즉, 강도, 인성 및 경도를 열화시킨다고 하는 문제점도 내재하고 있다. 다른 문제점으로서 분산경질입자의 직경이 30∼80㎛정도로 큰데, 이것은 사실상 파괴의 기점으로서, 강도 및 인성열화를 야기시킨다.
본 발명자는 매트릭스로서 Cu-Sn계합금분말 혹은 혼합분말에 다양한 종류의 경질입자를 균일하게 분산시켜 경질입자를 분말에 의해 기계적으로 합금화하는데 성공하였고, 이것을 일본국 특허출원No.4-317756호로, 건식상태하에 마찰접동특성과 기계적특성을 모두 지니는 소결마찰재료로서 특허출원하였다. 그러나, 일반적으로, 이런 마찰재를 포함하는 종래의 마찰재는 구리, 주철, 혹은 스텐레스스틸의 보강판과 함께 사용되어, 마찰재와 보강판을 결합시키고 있었다. 즉, 강도 및 인성면에서 보아 구조용부재로서의 응용에는 상기 마찰재만을 사용할 수 없다는 것이 알려져 있다.
또한, 윤활유등의 습식환경하에 사용되는 마찰재로서의 사용을 위해 주로 종이제 마찰재 또는 탄소소결재가 개발되어 있다. 전자의 예로서, 일본국 특개평6-25653호에는 페놀수지등의 열경화성 수지, 그 주성분으로서 흑연분말 또는 유기성먼지등의 마찰조절제와 보강재로서 유기섬유 또는 탄소섬유를 함유하는 마찰재인 종이마찰재가 개시되어 있고, 반면, 후자의 예로서, 일본국 특개평4-76086호에는 미탄화탄소질소섬유와 탄소질분말로 구성된 복합물을 소결하여 얻은 탄소섬유보강탄소소결재인 습식형마찰재가 제안되어 있다.
상기 양쪽재료는 자동차의 자동변속기에 사용되는 마찰재로서의 용도를 위해 고안된 것이나, 이들의 오일마찰계수는 0.1∼0.15정도로 작다. 더욱이, 종이제마찰재는 내열성이 부족하여 고온마찰접동시 마모손상되어 그특성을 열화시키므로 마찰계수가 저하되어 불리하다.
상기 문제점을 극복하기 위해 본 발명은 직접 Cu-Sn합금매트릭스에 경질입자를 혼합하여 미세균일하게 분포시킴으로서, 마찰계수를 향상시킨 소결부재를 경제적으로 제조하며, 접동시 Cu-Sn합금매트릭스에서 분산된 경질입자가 탈락되는 것을 방지하여 건식상태 및 습식상태하의 마찰접동특성이 우수하고 기계적특성이 향상된 소결부재를 얻는다.
따라서, 상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명자는 예의연구실험을 행하였고 그 결과 건식 및 습식상태하에 고마찰계수를 안정하게 보유할 수 있어 상대재료의 공격가능성이 없고, 마찰에 의한 마모 및 상대재료에 대한 융접도 없는 고강도 소결접동부재의 제조방법을 개발하였다.
특히, 본 발명에 의하면, 소결접동부재의 합금조성과 그 제조방법은 다음과 같다.
(1) 기계적합금법, 기계적분쇄법 또는 조립법이 실행되어, Sn, 경질입자성분으로의 철계금속간화합물 및 고체윤활성분이 Cu매트릭스에 균일하게 분산되어 있는 소결접동부재.
(2) Sn3∼20wt%, 철계금속간화합물15∼25wt%, 고체윤활제 0.5∼3wt%, 실질적으로 Cu 및 불가피한 불순물로 구성된 잔부로 이루어지고, 철계금속간화합물이 최대입경 15㎛이하, 평균입경5㎛이하로 매트릭스에 균일하게 분산되어, 소결재중에 크기가 30㎛이하인 공극이 1∼30vol%균일하게 분산함으로써 고강도이고 건식 및 습식 상태하에서 우수한 마찰접동성 및 내융접성을 지닌 것을 특징으로 하는 상기의 소결접동부재.
(3) Sn3∼20wt%를 함유하고, 잔부가 실질적으로 Cu 및 불가피한 불순물로 구성된 조성의 Cu-Sn합금분말, 철계금속간화합물15∼25wt%, 고체윤활제0.5∼3wt%로 이루어진 원료혼합분말을 기계적합금화법, 기계적분쇄법, 또는 조립법을 실행함으로써 철계금속간화합물을 최대입경15㎛이하, 평균입경5㎛이하로 분쇄하고, 또, 고체윤활제와 함께 철계금속간화합물을 Cu매트릭스에 균일하게 분산시킨 합금분말을 제조하고, 이것을 성형·소결하고, 소결재중에 크기가 30㎛이하인 공극을 1∼30vol%로 균일하게 분산함으로써, 고강도이고, 건식 및 습식상태하에서 우수한 마찰접동성 및 내융접성을 지닌 소결접동부재의 제조방법.
(4) 원료혼합분말을 Sn분말3∼20wt%, 철계금속간화합물 15∼25wt%, 고체윤활제0.5∼3wt%, 잔부가 실질적으로 Cu분말 및 불가피한 불순물로 이루어지는 원료혼합분말로 대체한 것을 특징으로 하는 상기의 소결접동부재의 제조방법.
(5) Sn분말 3∼20wt%, 철계금속간화합물 15∼25%, 실질적으로 Cu분말 및 불가피한 불순물로 구성된 잔부로 이루어진 원료혼합분말을 기계적합금화법, 기계적분쇄법 또는 조립법을 실행함으로써, 철계금속간화합물을 최대입경 15㎛이하, 평균입경 5㎛이하로 분쇄하고, 또, Sn분말과 함께 분쇄된 화합물입자를 Cu매트릭스에 균일하게 분산시킨 다음 혼합분말을 0.5∼3wt%의 고체윤활제와 혼합하여 얻어진 혼합분말을 기계적합금화법, 기계적분쇄법 또는 조립법을 실행하여 고체윤활제를 균일하게 분산시키고 얻어진 합금분말을 성형, 소결하고 소결재중에 크기가 30㎛이하인 공극을 1∼30vol%로 균일하게 분산함으로써 고강도이고 건식 및 습식상태하에서, 우수한 마찰접동성 및 내융접성을 지닌 소결접동부재의 제조방법.
(6) Sn분말 3∼20wt%와 잔부가 실질적으로 Cu분말 및 불가피한 불순물로 이루어진 원료혼합분말을 기계적합금화법, 기계적분쇄법 혹은 조립법을 실행하여 Sn분말을 Cu매트릭스에 균일하게 분산시킨 다음, 상기 처음의 원료혼합분말에 15∼25wt%의 철계금속간화합물을 첨가하여 혼합분말을 제조한 뒤, 기계적합금화법, 기계적분쇄법 혹은 조립법을 실행하여 철계금속간화합물을 최대입경15㎛이하, 평균입경5㎛이하로 분쇄하고 얻어진 합금분말에 고체윤활제 0.5∼3wt%를 첨가하여 얻어진 혼합분말을 기계적합금화법, 기계적분쇄법 또는 조립법을 실행하여 고체윤활제를 균일하게 분산시키고, 얻어진 합금분말을 성형·소결하고, 소결재중에 크기가 30㎛이하인 공극을 1∼30vol%로 균일하게 분산함으로서, 고강도이고 건식 및 습식상태하에서 우수한 마찰접동성 및 내융접성을 지닌 소결접동부재의 제조방법.
(7) 상기 소결접동부재 및 그 제조방법에 있어서, 철계금속간화합물은 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB의 적어도 1종 또는 2종이상으로 이루어지고, 고체윤활제는 흑연, MoS2, CaF2의 적어도 1종 또는 2종이상으로 이루어진다.
다음, 합금조성 및 공극율이 상기와 같이 설정된 이유에 대해 하기 설명한다.
(1) Sn
Cu와 함께 Sn은 합금의 매트릭스를 형성하며 합금의 고온강도 및 인성을 향상시킬 수 있다. 또한, 고온에서 상대재료에 대한 합금의 내융접성을 향상시킬 수 있으며, Sn의 비율이 3wt%미만이면, 이런 효과를 얻을 수 없고, Sn이 20wt%초과해서 첨가되면, 단단하여 부서지는 상이 석출되어 강도 및 인성을 열화시키므로 Sn의 비율은 3∼20wt%내로 설정된다.
(2) 경질입자(철계금속간화합물)
경질입자는 소결합금의 매트릭스에 균일하게 분산되어, 건식 및 습식마찰상태하의 고온 및 상온에서 상대재료에 합금이 점착되는 것을 방지함으로써 소결합금의 내융접성을 향상한다. 또한, 상대재료와 직접 접촉하게 되어 마찰계수를 증가시킴으로써 소결합금의 내마모성을 향상시킨다.
이들 입자의 입경 및 비율은 다음과 같은 효과를 지닌다.
경질입자의 비율이 15wt%미만이면 내마모성에 향상이 얻어지지 않고, 최대입경이 15㎛를 초과하거나 평균입경이 5㎛를 초과, 혹은, 경질입자의 비율이 25wt%를 초과하면 경질입자는 크랙킹이 발생하는 기점으로 되어 소결재의 강도 및 인성이 열화하게 된다.
또한, 상대재료의 공격가능성에서 보아 이런 입경과 첨가량으로 경질입자를 첨가하는 것은 상대재료를 상당히 마모시키므로 바람직하지 않다. 소결재는 최대입경이 15㎛이하, 평균입경이 5㎛이하인 경질입자 15∼25wt%가 매트릭스에 미세 균일하게 분산해 있으면 안정한 마찰계수를 지닐 수 있다. 그러므로, 경질입자는 최대입경이 15㎛이하, 평균입경이 5㎛이하이고 경질입자의 함량이 15∼25wt%인 것이 바람직하다.
철계금속간화합물은 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 Feb의 적어도 1종 또는 2종의 상으로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 철계금속간화합물이외에도 Al2O3, SiO2및 ZrO2등의 금속산화물, 및 SiC 및 AIN등의 세라믹을 사용하는 것을 생각할 수 있으나 이들 입자는 철계금속간화합물의 입자와 비교해 볼 때 기계적가공성이 열세하므로 경제성면에서 문제점을 지닌다. 따라서, 본 발명의 접동부재를 위해서는 철제금속간화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
그러나, 접동시 철계금속간화합물이 매트릭스에서 탈락하게 되면 이런 입자탈락위치에서부터 상대재료에 대한 입자전이 및/또는 점착이 발생하게 되고, 다른 문제점으로, 탈락된 입자가 상대재료내에 스며들게 되어 상대재료를 마모시키거나 손상시킨다.
그러므로, 이런 문제점을 회피하여 항상 인정하고 높은 마찰계수를 보장하기 위해서는 금속간화합물입자가 균일하게 매트릭스에 분산되어 매트릭스에서 탈락되는 것을 방지할 필요가 있다.
이를 위해, 금속간화합물을 Cu-Sn계합금분말 혹은 Cu 및 Sn의 혼합분말로 기계적으로 합금함으로써 분쇄시, 최대입경이 15㎛이하, 평균입경이 5㎛이하인 금속간화합물을 Cu-Sn계합금입자에 미세균일하게 분산시킨다. 소결후, Cu-Sn계합금 혹은 매트릭스와 금속간화합물사이의 계면에는 반응충이 형성됨으로써 금속간화합물을 매트릭스에 확실하게 고정시킬 수 있다. 특히, 기계적합금화법, 기계적분쇄법 및 조립법등의 기계적분말분쇄기술만을 사용하므로써 Cu-Sn계 합금분말의 입자덩어리에 금속간화합물입자가 미세·균일하게 분산되어 접동시 소결된 매트릭스에서 탈락되기 어려운 Cu-Sn계 합금분말을 얻을 수 있다. 상기 기계적분말분쇄법은 건식공정으로 행하여 종래의 보올밀링 혹은 그라인딩 같은 습식공정으로는 행하지 않는다. 몇몇 경우, PCA(프로세스조절제)로서 스테아린산 혹은 알콜을 소량첨가하여 과도한 응집을 방지한다. 이들 공정을 실행하기 위해 ATTORITOR유닛 혹은 보올밀을 적당하게 사용할 수도 있다. 전자는 높은 보올밀을 적당하게 사용할 수도 있다. 전자는 높은 분쇄효율을 나타내므로 고속프로세싱에 적합하고, 후자는 장기간 처리를 필요로 하나 분위기제어가 용이하고 진동밀이나 유성보올밀과 같이 투입에너지를 위한 배치가 적절하게 고안된다면 비교적 경제성이 우수하다.
(3) 고체윤활성분
고체윤활성분은 건식마찰상태하의 상대재료에 대한 소결접동부재의 공격가능성을 개선하고, 고온의 건식접동상태하에 약 0.4∼0.6정도의 비교적 높은 마찰계수를 안정화시키는데 효과적이므로 접동면 사이의 표면윤활성을 향상시킬 수 있어, 접동시의 울림, 진동, 잡음문제를 상당히 극복한다.
또한, 습식접동상태하에, 슬라이딩속도가 증가하면 접동면에 존재하는 공극의 쐐기효과에 의해 공극내로 윤활유가 주입되어 윤활막을 형성한다. 그 결과, 마찰계수가 저하되고 변동한다. 그러나, 고체윤활성분이 접동부재에 함유되어 있으면 슬라이딩속도에 관해 마찰계수의 안정성을 향상시킬 수 있다.
Cu-Sn계 소결합금에 있어서, 이들 특성을 지니는 고체윤활성분은 경제적으로도 문제점이 적은 흑연, MoS2및 CaF2이다. 다른 윤활성분으로는, 예를 들면 Cu-Sn합금제 베어링에 사용된 Pb를 들 수 있지만, 접동부재에 있어, 이들 재료의 사용은 이 재료가 매트릭스와 결합하여 화합물을 생성하는 작용을 나타내지 않고, α상의 덴드라이트아암공간에 미립자형태로 존재하기 때문에 접동시 탈락가능성이 내재하고 있다. 따라서, 고체윤활성분으로서는 흑연, MoS2, CaF2에서 선택한다.
그러나, 이런 고체윤활입자를 Cu-Sn혼합분말 혹은 합금분말과 혼합하고, 혼합물을 단지 소결하는 것은 Cu-Sn매트릭스의 그레인경계에 윤활성분을 존재하게 하여 강도 및 인성을 열화시키는 문제점을 지닌다.
그러므로, 윤활제를 Cu-Sn혼합분말 혹은 Cu-Sn합금분말과 혼합한 후에, 상기 기계적합금화법, 기계적분쇄법, 조립법으로 대표되는 기계적합금화공정을 실행하여 윤활제의 입자를 Cu-Sn계합금분말의 매트릭스입자에 균일하게 분산시킨다. 따라서, 혼합합금을 소결하여 매트릭스분말의 그레인 경계에 윤활성분이 존재하지 않는 소결합금을 제공하며, 이 소결합금은 강도 및 인성의 열화를 상당히 방지함으로 알 수 있다.
윤활제함량은 흑연, MoS2, CaF2의 적어도 1종이상으로 0.5∼3wt%가 바람직하다. 함량이 0.5wt%이하이면 상기 언급한 효과를 얻을 수 없고, 윤활제를 3wt%이상으로 과량사용하면 마찰계술의 수준을 저하시키고 소결체의 강도 및 인성을 눈에 띄게 감소시키므로 바람직하지 않다.
(4) 공극량
공극의 크기는 30㎛이하이며, 소결합금의 마찰접동면에 걸쳐 균일하게 분포됨으로써 소결합금의 표면접촉시 변형되고, 접동시 공극내로 공기가 유입되는 쐐기효과를 생성하여 부력을 생성하므로, 공극은 상대재료에 대한 내융접성과 적응성을 향상시킨다.
공극크기가 30㎛를 초과하면 크랙킹을 일으켜 소결체의 강도 및 인성을 상당히 저하시키고, 공극량이 1vol%미만이면 상기 언급한 효과가 얻어지지 않는다. 또한, 공극량이 30vol%를 초과하면 소결합금의 강도 및 인성이 감소되고, 공극이 불균일하게 분포되어 있으면 안정한 수준의 마찰계수가 얻어질 수 없어 상대재료에 대한 소결합금의 적응성이 국부적으로 감소한다. 그러므로, 본 발명의 소결접동부재에 있어서, 공극크기는 30㎛이하이여야 하며 접동부재내에 1∼30vol%범위로 균일하게 분포되어야 한다. 본 발명의 목적을 위해, 상기 특정한 공극크기 및 공극량은 분말압착 및 성형공정시 압력을 조절함으로써 달성 될 수 있다.
상기 합금조성을 지니고 상기 방법으로 제조된 소결접동부재는 강도, 인성 및 경도등의 기계적 특성, 내마찰성 및 자체윤활특성이 보강재없이도 단일유닛과 같이, 그 자체로 접동부재의 구조재로서의 사용에 있어 충분하다. 건식마찰접동상태하에서, 종래의 Cu-Sn계 합금은 초기접동기간동안 대략 0.2∼0.3의 마찰계수를 지닌다. 마찰이 진행됨에 따라, 이런 합금의 마찰계수는 변동, 증가하고 최종적으로 상대재료와 함께 융착하거나 혹은 그 자체의 합금이 마모하게 된다. 이와 반대로, 본 발명의 소결접동부재는 대략 0.4∼0.6의 비교적 높은 마찰계수를 안정하게 보유할 수 있으며, 상대재료로서 동일 재료 혹은 철-구리합금 등을 사용한 경우에도 접동부재는 상대재료를 공격하지 않고, 상대재료에 관하여 융접, 마모 혹은 손상되지도 않는다.
더욱이, 습식마찰접동상태하에서, 종래의 종이제마찰재 및 탄소섬유함유탄소소결마찰재는 대략 0.1∼0.15의 마찰계수를 지님에 반하여, 본 발명의 접동부재는 대략 0.2∼0.4정도로 큰 비교적 높은 마찰계수를 안정적으로 유지할 수 있다. 더욱이, 상대재료로서 주철 혹은 스텐레스스틸등의 스틸재를 취하더라도, 접동부재는 상대재료를 공격하거나 상대재료와 융접하거나 마모손상되지 않는다.
[실시예 1]
본 발명에 따른 소결접동부재와 비교재료의 합금조성을 표1에 나타내었다. 소결접동부재의 기계적특성, 및 마모시험결과(소결재 및 상대재 SS41에 대한 마찰계수 및 마모량)를 표 2에 나타내었다. 샘플분말을 제 1도에 나타낸 각각의 공정에 따른 제조상태하에서 성형 및 소결한다(도면에서, 기계적연마/혼합은 기계적 합금화, 기계적분쇄 및 조립화를 의미한다).
제2도에 도시한 건식연마시험기를 사용하여 연마시험을 행한다. 시험조건은, 하중:25.0㎏f, 속도:10m/sec, 연마시간:5시간, 분위기:대기중(건식)이다. 소결접동부재(ø60×ø45×5mm, 링형상)을 고정측에 설정하고, 상대재 또는 SS41시틸재 2(ø70×5mm, 디스크형상)를 회전측에 설정한다.
표 1, 2에서 No.1∼17은 본 발명의 소결부재이고, No. 18∼28은 비교재를 나타낸다. 표 1에서, 공극량만을 vol%로 표현하였고, 다른 모든값들은 wt%로 표시하였다. 제조공정란에서 a, b, c 및 d는 각각 제1도에 나타낸 공정을 표시하고, 고체윤활제의 A, B, C는 각각 A: 흑연, B:MoS2, C:CaF2를 나타낸다. 또 비고란의 *1, *2, *3은 다음과 같다.
*1) 제 1도의 공정(a)에 따라 혼합분말을 기계적 분쇄/혼합처리를 실시하나, 분쇄조건을 변경하여 분산경질입자 혹은 Fe계금속간화합물입자를 평균입경15㎛로 분쇄하여 성형, 소결한 합금.
*2) 제 1도의 공정(a)에 따라 혼합분말을 기계적 분쇄/혼합처리를 실시하나, 분말성형단계시의 표면압조건을 변경하여 분말성형체에 분포된 공극입경을 평균45㎛으로 하고 이것을 성형·소결한 합금.
*3) 소정의 조성을 지니는 각종 분말을 기계적합금화법, 기계적분쇄법, 조립법등의 기계적 분쇄/혼합처리를 시행없이 단순히 혼합한 후 소결한 합금.
연마시험조건:
하중 : 125㎏f
속도 : 0.1m/sec∼40m/sec
마찰시간 : 5시간, 연속
분위기 : ATF(오일온도:80℃)
재료No.1∼17은 본 발명에 따른 합금을 나타내며 이들의 기계적특성 및 그 연마시험결과를 표 2에 나타낸 바와 같이 만족스럽다. 비교재에 대한 시험결과는 다음과 같다.
18 : 매트릭스강도는 Sn함량이 2%정도로 작기 때문에 불충분하여, 마찰재가 마모되어 버려 μ값이 증가한다.
19 : Sn함량이 30%정도로 크므로 매트릭스는 너무 단단해져서 마찰재가 상대재료를 공격하게되어 μ값이 증가한다.
20 : 경질입자함량이 10wt%정도로 작아 충분한 수준의 μ값은 얻을 수 없다.
21 : 경질입자함량이 30wt%정도로 커서 충분한 수준의 μ값을 얻을 수 없다.
22 : 고체윤활제를 함유하지 않기 때문에 윤활부족을 일으켜 상대재와 융접되어 버린다.
23 : 고체윤활제의 비율이 4%정도로 크므로 강도 및 인성특성이 저하한다.
24 : 공극이 존재하지 않아 내융접성이 저하하고 상대재와의 융접이 발생한다.
25 : 공극이 35%정도로 많아 강도 및 인성이 부족하므로 마찰재가 마모해버린다.
26 : 경질입자의 입경이 15㎛정도로 커서 강도 및 인성을 감소시키고 상대재료를 공격한다.
27 : 공극크기가 45㎛ 정도로 커서 강도 및 인성이 불성분하고 마찰재가 마모된다.
28 : 특정성분의 각각의 분말을 기계적분쇄/혼합하는 것없이 간단히 혼합하고 소결하였기 때문에 경질입자와 매트릭스사이에 반응층이 형성되어 있지 않다. 또, 매우 거친 입자가 존재하기 때문에 매트릭스에서 경질입자가 탈락되어 상대재료와 융접하게 되고 소결합금에 대해 강도 및 인성이 저하한다.
[실시예 2]
표 3은 표 2에 설명한 합금조성과 제조방법으로 제조한 본 발명의 소결마찰재와 비교재에 대한 연마시험결과(마찰재와 상대재 S35C의 슬라이딩속도에 대한 마찰계수 및 마찰재의 마모량)를 나타낸 것으로, 연마시험은 제 2도에 나타낸 습식연마시험기로 행한다.
표 3에서, No1∼10은 본 발명의 소결재이고, No.11∼18은 비교재이다. 재료 1∼10은 본 발명의 합금으로, 이들의 연마시험결과는 표 3에서 보듯이 성공적인 반면, 비교재의 시험결과는 다음과 같다.
11 : Sn함량이 2%정도로 작아 매트릭스강도가 불충분하므로 마찰재는 마모융접해버리고 μ값이 증가한다.
12 : Sn합량이 35%정도로 너무커서 매트릭스가 단단하게 되어 마찰재는 상대재 S35C를 공격하고, 융접이 발생하며 μ값이 증가한다.
13 : 경질입자함량이 10wt%정도로 작아, 충분한 수준의 μ값은 얻을 수 없다.
14 : 경질입자함량이 30wt%정도로 커서 마찰재는 상대재 S35C를 공격하고, 융접이 발생하며 μ값이 증가한다.
15 : 고체윤활제를 함유하지 않기 때문에 윤활부족을 일으켜 상대재와 융접되어 버린다.
16 : 공극이 존재하지 않아 내융접성이 저하하고 상대재와의 융접이 발생한다.
17 : 특정성분의 각각의 분말을 기계적분쇄/혼합하는 것없이 간단히 혼합하고 소결하였기 때문에 경질입자와 매트릭스사이에 반응층이 형성되어 있지 않다. 또, 매우 거친 입자가 존재하기 때문에 매트릭스에서 경질입자가 탈락되어 상대재료와 융접하게되고 μ값이 증가한다.
18 : 특정성분의 각각의 분말을 기계적분쇄/혼합하는 것없이 간단히 혼합하고 소결하였기 때문에 경질입자와 매트릭스사이에 반응층이 형성되어 있지 않다. 또 매우 거친 입자가 존재하기 때문에 매트릭스에서 경질입자가 탈락되어 상대재료와 융접하게 되고 μ값이 증가한다.
청동계 소결접동부재는 자체윤활특성을 지녀 대략 0.4∼0.6의 비교적 높은 마찰계수를 건식마찰접동상태하에서 안정하게 유지하게 하며 또한, 습식마찰접동상태하에서 대략 0.2∼0.4의 마찰계수를 안정하게 유지하게 한다. 또한, 동일재료나 철/구리합금을 상대재로서 사용한 경우에도 접동부재는 상대재를 공격한다거나 상대재와 융접하게 되지는 않는다. 더욱이, 소결부재는 강도, 인성 및 경도등의 기계적특성을 충분히 지니기 때문에 구조재로서 그 단독으로 사용할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 재료는 컴프레서용 클러치재, 자동차, 오토사이클 및 기타차량용의 마찰재를 포함하여 각종 응용분야에 사용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 경질입자성분으로서 철계금속간화합물이 매트릭스로서 Cu-Sn계합금입자에 미세 균일하게 분산되어 있는 소결접동부재에 있어서 Sn3∼20wt%, 철계금속간화합물 15∼25wt%, 고체윤활제0.5∼3wt%, 실질적으로 Cu 및 불가피한 불순물로 구성된 잔부로 이루어지며, 최대입경 15㎛이하, 평균입경 5㎛이하인 철계금속간화합물이 Cu-Sn계 합금입자에 균일하게 분산되어 있으며, 매트릭스의 Cu-Sn계 합금과 금속간화합물사이의 계면에는 반응층이 형성됨으로써 소결부재중에 크기가 30㎛이하인 공극이 1∼30vol%로 균일하게 분산되어 고강도이고, 건식 및 습식상태하에서 뛰어난 마찰접동성 및 내융접성을 지니는 것을 특징으로 하는 소결접동부재.
  2. 제1항에 있어서, 철계금속간화합물은 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 Feb중의 적어도 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 소결접동부재.
  3. 제1항에 있어서, 고체윤활성분은 흑연, MoS2, CaF2중의 적어도 1종 또는 2종이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 소결접동부재.
  4. Sn3∼20wt%를 함유하고, 잔부가 실질적으로 Cu 및 불가피한 불순물인 Cu-Sn합금분말, 철계금속간화합물 15∼25wt%, 고체윤활제0.5∼3wt%으로 이루어진 원료혼합분말을 기계적합금화법, 기계적분쇄법 또는 조립법을 실시함으로써 철계금속간화합물을 최대입경 15㎛이하, 평균입경5㎛이하로 분쇄하고, Sn, 고체윤활제와 함께 Cu매트릭스에 균일하게 분산시킨 경질입자분산형 복합동합금분말을 작성하고, 이것을 성형, 소결하고, 소결재중에 크기가 30㎛이하인 공극을 1∼30vol%로 균일하게 분산시켜 고강도이고, 건식 및 습식상태하에 우수한 마찰접동성과 내융접성을 지니는 소결접동부재의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서, 원료혼합분말은 Sn분말 3∼20wt%, 철계금속간화합물15∼25wt%, 고체윤활제0.5∼3wt%로 이루어지고 잔부가 실질적으로 Cu분말 및 불가피한 불순물인 원료혼합분말로 대체한 것을 특징으로 하는 소결접동부재의 제조방법.
  6. Sn분말 3∼20wt%, 철계금속간화합물15∼25wt%로 이루어지고 잔부가 실질적으로 Cu분말 및 불가피한 불순물인 원료혼합분말을 기계적합금화법, 기계적분쇄법 또는 조립법을 실시함으로써 철계금속간화합물을 최대입경15㎛이하, 평균입경5㎛이하로 분쇄하고 Sn분말과 함께 Cu매트릭스에 균일하게 분산시킨 경질입자 분산형 복합동합금분말을 작성하고, 이 분말에 고체윤활제 0.5∼3wt%와 혼합하여 얻어진 혼합분말을 기계적합금화법, 기계적분쇄법, 또는 조립법을 실행하므로써 고체윤활제를 균일하게 분산시키고 얻어진 합금분말을 성형, 소결하여, 소결재내에 크기가 30㎛이하인 공극을 1∼30vol%로 균일하게 분산시켜 고강도이고, 건식 및 습식상태하에 우수한 마찰접동성과 내융접성을 지니는 소결접동부재의 제조방법.
  7. Sn분말 3∼20wt%, 잔부가 실질적으로 Cu분말 및 불가피한 불순물인 원료혼합분말을 기계적합금화법, 기계적분쇄법 또는 조립법을 실시함으로써 Sn분말을 Cu매트릭스에 균일하게 분산한 뒤, 상기 혼합분말에 철계금속간 화합물 15∼25wt%를 첨가한 혼합분말을 작성하여 기계적합금화법, 기계적분쇄법, 또는 조립법을 실시하여 최대입경15㎛이하, 평균입경 5㎛이하로 분쇄된 금속간 화합물을 Cu-Sn합금 매트릭스에 균일하게 분산시킨 경질입자 분사형 복합동합금분말을 작성하고 얻어진 합금분말에 고체윤활제 0.5∼3wt%를 첨가한 후 기계적 합금화법, 기계적 분쇄법, 또는 조립법을 실시하여 고체윤활제를 균일하게 분산시키고 얻어진 합금분말을 성형, 소결하여 소결재내에 크기가 30㎛이하인 공극을 1∼30vol%로 균일하게 분산시켜 고강도이고, 건식 및 습식상태하에 우수한 마찰접동성과 내융접성을 지니는 소결접동부재의 제조방법.
  8. 제4항 내지 제7항의 어느한 항에 있어서, 철계금속간화합물은 FeMo, FeCr, FeTi, FeW, FeB중의 1종 또는 2종이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 소결접동부재의 제조방법.
  9. 제4항 내지 제7항의 어느 한항에 있어서, 고체윤활성분은 흑연, MoS2, CaF2중의 1종 또는 2종이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 소결접동부재의 제조벙법.
KR1019940019561A 1993-08-09 1994-08-09 소결접동부재 및 그 제조방법 KR0149739B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21813093 1993-08-09
JP93-218130 1993-08-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR950005415A KR950005415A (ko) 1995-03-20
KR0149739B1 true KR0149739B1 (ko) 1998-11-16

Family

ID=16715112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019940019561A KR0149739B1 (ko) 1993-08-09 1994-08-09 소결접동부재 및 그 제조방법

Country Status (4)

Country Link
US (2) US5460639A (ko)
EP (1) EP0638654B1 (ko)
KR (1) KR0149739B1 (ko)
DE (1) DE69414488T2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010061913A (ko) * 1999-12-30 2001-07-07 이계안 고 내마모성 마찰재의 제조방법

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2693369B2 (ja) * 1993-12-28 1997-12-24 大同メタル工業株式会社 多層構造エンドベアリング及びその製造方法
JPH08100227A (ja) * 1994-07-30 1996-04-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 焼結摺動部材
JPH08253826A (ja) * 1994-10-19 1996-10-01 Sumitomo Electric Ind Ltd 焼結摩擦材およびそれに用いられる複合銅合金粉末とそれらの製造方法
JPH08245949A (ja) * 1995-03-08 1996-09-24 Sumitomo Electric Ind Ltd 乾式摩擦材とその製造方法
EP0769635A1 (en) * 1995-10-20 1997-04-23 Tokyo Yogyo Kabushiki Kaisha Brake lining material for heavy-load braking device
JPH109294A (ja) * 1996-06-19 1998-01-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 二輪車用ローラーブレーキとその製造方法
US6074454A (en) * 1996-07-11 2000-06-13 Delta Frangible Ammunition, Llc Lead-free frangible bullets and process for making same
FR2775744B1 (fr) * 1998-03-05 2000-05-05 Renault Piece de frottement comportant une surface de frottement composite chargee de particules dures, son procede de fabrication et dispositif incluant une telle piece
JP4416313B2 (ja) * 2000-12-15 2010-02-17 株式会社小松製作所 摺動材料並びに複合焼結摺動部材およびその製造方法
JP2003113445A (ja) * 2001-07-31 2003-04-18 Nippon Piston Ring Co Ltd カム部材およびカムシャフト
KR100503141B1 (ko) * 2002-10-31 2005-07-21 주식회사 효성디앤피 절삭휠 표면의 마킹방법
CN102560171A (zh) * 2012-03-08 2012-07-11 天津大学 一种石墨和Cu-Sn金属基复合材料及制备方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3021592A (en) * 1959-10-02 1962-02-20 Bendix Corp Iron-molyboenum sintered powdered metal matrix
JPH01136944A (ja) * 1987-11-20 1989-05-30 Isamu Kikuchi 焼結金属材
JPH01275735A (ja) * 1988-04-27 1989-11-06 Isamu Kikuchi 焼結合金材およびその製造法
JP3298634B2 (ja) * 1990-02-27 2002-07-02 大豊工業株式会社 摺動材料
JPH04337A (ja) * 1990-04-16 1992-01-06 Mitsubishi Materials Corp 高温で耐摩耗性に優れた銅基焼結合金
US5326384A (en) * 1990-07-31 1994-07-05 Taiho Kogyo Co., Ltd. Sliding material
JP3298636B2 (ja) * 1990-08-14 2002-07-02 大豊工業株式会社 摺動材料
JP3042539B2 (ja) * 1990-07-31 2000-05-15 大豊工業株式会社 摺動材料
JP2505632B2 (ja) * 1990-08-31 1996-06-12 大豊工業株式会社 摺動材料

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010061913A (ko) * 1999-12-30 2001-07-07 이계안 고 내마모성 마찰재의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
DE69414488T2 (de) 1999-04-29
EP0638654B1 (en) 1998-11-11
US5460639A (en) 1995-10-24
US5501833A (en) 1996-03-26
DE69414488D1 (de) 1998-12-17
KR950005415A (ko) 1995-03-20
EP0638654A1 (en) 1995-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5518519A (en) Sintered contact component
US7261951B2 (en) Copper based sintered contact material and double-layered sintered contact member
Moazami-Goudarzi et al. Tribological behavior of self lubricating Cu/MoS2 composites fabricated by powder metallurgy
JP4215285B2 (ja) 自己潤滑性焼結摺動材およびその製造方法
KR0149739B1 (ko) 소결접동부재 및 그 제조방법
KR100206502B1 (ko) 고강도 고온용 자기 윤활성 복합 재료 및 그의 제조 방법
JPH08253826A (ja) 焼結摩擦材およびそれに用いられる複合銅合金粉末とそれらの製造方法
KR20090130128A (ko) Ｐｂ 프리 구리 합금 슬라이딩 재료 및 미끄럼 베어링
JP2008280613A (ja) 銅系焼結摺動材料および複層焼結摺動部材
US20030209103A1 (en) Cooper-based sintering sliding material and multi-layered sintered sliding member
JP2010533756A (ja) 無鉛焼結潤滑材料及びその製造のための焼結粉末
JP2001500567A (ja) 成形材料、殊に高い耐摩耗性を有する弁座環または弁案内部材を粉末冶金的に製造するための材料
JPH07166278A (ja) 銅系摺動材とその製造方法
JPH08245949A (ja) 乾式摩擦材とその製造方法
JP4757460B2 (ja) 耐焼付性に優れたＰｂフリー銅合金複合摺動材
CN102227569B (zh) 轴承材料
JPH06145845A (ja) 焼結摩擦材
JPH07102335A (ja) 焼結摺動部材
JPH10226833A (ja) 焼結摩擦材
JPH0979288A (ja) 変速機用同期リングおよびその製造方法
JPH0893816A (ja) 湿式摩擦係合板及びその製造方法
KR100261059B1 (ko) 동계 소결합금부재의 제조방법
JPS6335692B2 (ko)
JP2905730B2 (ja) クレーンモートル用ブレーキライニング材
JPH0861406A (ja) 湿式焼結摩擦材及びその製造方法並びに湿式摩擦係合板

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20030523

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee