KR100187616B1 - 소결 마찰재와 이에 사용되는 복합 동합금 분말 및 이들의 제조방법 - Google Patents

소결 마찰재와 이에 사용되는 복합 동합금 분말 및 이들의 제조방법 Download PDF

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Abstract

동합금 소지와 경질 입자를 함유하는 소결 마찰재는 동합금 소지 내에 5 내지 40중량%의 범위 내에서 Zn과 Ni 중의 적어도 하나를 함유하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있고 마찰재의 10 내지 30중량%의 범위 내에 있는 경질 입자를 추가로 함유하고 있다.

Description

소결 마찰재와 이에 사용되는 복합 동합금 분말 및 이들의 제조방법
제1(a)도는 본 발명에 따라 기계적 혼합 분쇄 처리를 이용하여 수득한 소결체의 조직을 도시한 것이다.
제1(b)도는 종래의 단순 분말 혼합처리를 이용하여 수득한 소결체의 조직을 도시한 것이다.
제2(a)도는 본 발명에 따라 기계적으로 분쇄 처리한 복합 동합금 분말의 전체적인 형상을 도시한 금속 조직 사진이다.
제2(b)도는 제2(a)도의 일부를 확대 도시한 금속 조직 사진이다.
제3도는 본 발명에 따르는 소결 마찰재의 제조방법에 공정을 도시한 작업 공정도이다.
제4도는 마찰시험 방법을 도시한 것이다.
본 발명은 동합금계 소결 마찰재에 관한 것이며, 특히 자동차(이륜차도 포함)의 클러치 또는 브레이크 등의 마찰 미끄럼 부품이나 싱크로나이징 링(synchronizing ring)등의 기계 미끄럼 부품에 바람직하게 사용될 수 있는 소결 마찰재에 있어서 내마모성, 시저 저항성(seizure resistance), 마찰계수, 강도, 인성, 경도 등의 각종 기계적 특성과 내식성의 개선에 관한 것이다.
근년, 고성능화가 진행되고 있는 자동차용 구동 장치에서는 높은 토오크가 부가되기 때문에, 여기에 사용되는 부품 재료의 개선이나 설계의 재검토에 덧붙여, 사용 환경의 한 요인인 윤활유에 대해서도 개량이 이루어지고 있다. 한 예로서, 인(P) 또는 유황(S)을 기재로 하는 극압 오일 첨가제는 가혹한 미끄럼 조건하에서 발생하는 마찰 미끄럼 부품의 마찰 손상을 완화시키는 효과를 갖고 있다. 그러나, 고온에서 극압 첨가제의 분해에 의해 발생하는, 예를 들면, 황화수소(H2S)와 같은 분해 생성물은 비철 금속과 반응을 일으켜서 재료를 부식시키는 것으로 공지되어 있다.
이러한 부식의 문제에 대해, 예를 들면, 황동(구리-아연 합금)은 내황화부식성이 우수하며, 현재는 이러한 황화 부식 환경하에서 사용되는 기계 부품에 실용화되고 있다. 그러나, 황동 합금은 내마모성이나 시저 저항성이 우수하지 않으며, 또한 오일 속에서 높은 마찰계수를 갖도록 재료 설계가 이루어지지 않기 때문에 마찰 미끄럼 부품으로의 응용이 곤란하다.
따라서, 이러한 과제에 대해, 예를 들면, 일본국 특허공보 제(평)4-80105호에는, 구리-아연-니켈계 합금에 규화니켈의 금속간 화합물 및 철, 알루미늄, 망간등의 금속 성분을 첨가한 주조재료에 의해 오일 속에서 0.1 내지 0.13 정도의 마찰 계수를 실현할 수 있다는 사실과 이러한 주조재료는 싱크로나이징 링에 이용할 수 있다는 사실이 기술되고 있다.
한편, 자동차의 고성능화 또는 고급화가 요구되고 있는 가운데, 전동장치(動裝置)부품인 싱크로나이징 링에서는 이의 마찰계수를 향상시킴으로써 기어 변속시 운전자의 감각을 크게 개선시키는 것으로 알려져 있다. 그러나, 위의 일본국 특허공보 제(평)4-80105호에 기재된 합금을 포함한 종래의 동계 합금에 의한 미끄럼 부재에서는 오일 속에서는 마찰계수가 0.1 내지 0.15 정도이기 때문에, 운전자의 감각 개선에 대해서는 충분한 효과를 발휘할 수 없다.
그런데, 마찰계수가 비교적 높은 마찰재로서 종래부터 동합금계 소결 마찰재가 공지되어 있으며, 예를 들면, 일본국 공개특허공보 제(소)58-79073호, 제(소)58-151444호, 제(소)60-116751호, 제(소)61-67737호, 제(소)63-109131호 등에 기재되어 있다. 이들 소결 마찰재에서는, 미끄럼시에 마찰 저항을 일으켜서 마찰계수를 증가시키기 위해, 경질 입자 또는 마찰 조정제가 단순히 동합금 분말과 혼합되고, 이의 혼합 분말이 성형되어 소결된다. 따라서, 미시적인 견지에서, 경질 입자 또는 마찰 조정제는 소결 후에도 동합금 소지(copper alloy base)와 반응층을 형성하지 않고, 구동합금(original copper alloy) 분말 입계(특히 입계 삼중점)와 의 사이에 간격을 가진 상태로 존재하고 있다.
그 결과, 종래의 동합금계 소결 마찰재에서는 마찰 미끄럼시에 경질 입자 또는 마찰 조정제가 소결재의 입계(특히 입계 삼중점)로부터 탈락하여 마모분이 되고, 상대물(counter part) 또는 소결 마찰재 자체를 공격함으로써 들어붙거나 또는 마모 손상을 일으키는 문제가 있다. 또한, 종래의 동합금계 소결 마찰재에서는, 경질 입자 또는 마찰 조정제가 적절한 입자 직경을 입자 직경을 갖지 않고, 더구나 충분히 균일하게 분산되어 있지 않기 때문에, 고성능 마모재로서 요구되는, 습식 미끄럼하에서 0.2 이상 건식 미끄럼하에서 0.4 이상의 안정한 마찰계수를 성취하는 것이 곤란하다.
위에서 설명한 바와 같이, 동합금계 소결 마찰재에 있어서, 내황화부식성, 내마모성 및 시저 저항성이 우수한 동시에 오일 속에서도 안정한 비교적 높은 마찰 계수를 갖는 것이 요망되고 있다.
따라서, 본 발명은 여러 가지 기계적 특성이 개선되는 동시에, 내식성도 개선된 동합금계 소결 마찰재를 제공함을 목적으로 하며, 이러한 소결 마찰재는 자동차 변속기용 싱크로나이징 링 또는 전동장치 부품에서 바람직하게 사용할 수 있다.
본 발명에 따르는 소결 마찰재는 동합금 소지와 경질 입자를 함유하고, 동합금 소지는 5 내지 40 중량%의 범위 내에서 Zn과 Ni 중의 적어도 하나를 함유하고, 경질 입자는 동합금 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있고 소결 마찰재의 10 내지 30 중량%의 범위로 함유되어 있으며, 이로써 소결 마찰재는 우수한 내황화부식성과 내마모성을 가짐을 특징으로 한다.
동합금 소지는 바람직하게는 3 내지 20 중량%의 범위 내에서 Sn을 추가로 함유한다.
동합금 소지는 바람직하게는 1 내지 5 중량%의 Si, 0.1 내지 5 중량%의 Al 및 0.5 내지 3 중량%의 Pb 중의 적어도 하나를 추가로 함유한다.
소결 마찰재는, 오일 속에서 강재를 상대물(counter part)로 하여 마찰 미끄럼시키는 경우, 마찰계수가 0.2 이상이다.
경질 입자는, 바람직하게는 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하이다.
경질 입자는 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로부터 선택된 적어도 하나의 철계 금속간 화합물을 함유하는 것이 바람직하다.
소결마찰재는 경질 입자로서 철계 금속간 화합물 입자 이외에 5 중량% 이하의 Al2O3입자를 함유할 수 있다.
소결 마찰재는 바람직하게는 평균 직경이 30㎛ 이하인 균일하게 분산된 구멍을 20용적% 이하의 비율로 함유한다.
소결 마찰재는 바람직하게는 고체 윤활제를 3중량% 이하의 비율로 추가로 함유한다.
고체 윤활제는 바람직하게는 흑연, MoS2, CaF2및 BN 중의 적어도 하나를 함유한다.
소결 마찰재는 인장강도가 400MPa 이상이다.
소결 마찰재는 소결 후에 열간 압출법, 열간 단조법, 핫프레스법 및 HIP법 중의 적어도 하나의 열간 소성 가공이 실시됨으로써 500MPa 이상의 인장강도를 가질 수 있다.
본 발명에 따르는 소결 마찰재의 제조방법은, 소결 마찰재가 동합금 소지와 경질 입자를 함유하고, 동합금 소지는 5 내지 40 중량%의 범위 내에서 Zn과 Ni 중의 적어도 하나를 함유하고, 경질 입자는 동합금 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있고 소결 마찰재의 10 내지 30 중량%의 범위로 함유되며, 이로써 우수한 내황화부식성과 내마모성을 가진 소결 마찰재를 제조하는 방법에 있어서, 동합금 분말과 경질 입자과의 혼합에 의해 혼합 분말이 제조되고, 동합금 분말은 5 내지 40 중량%의 범위 내에서 Zn과 Ni 중의 적어도 하나를 함유하며, 경질 입자는 혼합 분말 내에 10 내지 30 중량%의 범위로 함유되고, 혼합분말은 기계적 합금화법(mechanical alloying method), 기계적 분쇄법(mechanical grinding method) 및 조립법(granulation) 중의 적어도 하나의 혼합 분쇄 처리가 실시되어 복합 동합금 분말이 되며, 이로써 경질 입자는 25㎛ 이하의 최대 입자 직경과 10㎛ 이하의 평균 입자 직경을 갖도록 분쇄되고, 이와 동시에 복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되며 이러한 복합 동합금 분말이 성형되어 소결됨을 특징으로 한다.
동합금 분말 대신에, 금속 분말 그룹을 사용해도 좋고, 이러한 금속 분말 그룹은 Cu 분말을 함유하는 동시에 5 내지 40 중량%의 범위 내에서 Zn 분말과 Ni 분말 중의 적어도 하나를 함유한다.
동합금 분말은 바람직하게는 3 내지 20중량%의 Sn을 추가로 함유한다.
금속 분말 그룹은 바람직하게는 3 내지 20 중량%의 Sn 분말을 추가로 함유한다.
혼합 분말은 경질 입자로서 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB 중에서 선택된 적어도 하나의 철계 금속간 화합물 이외에 5 중량% 이하의 범위 내에서 Al2O3를 함유할 수 있다.
동합금 분말은 바람직하게는 1 내지 5 중량%의 Si, 0.1 내지 5 중량%의 Al 및 0.5 내지 3 중량%의 Pb중의 적어도 하나를 추가로 함유한다.
금속 분말 그룹은 바람직하게는 1 내지 5 중량%의 Si 분말, 0.1 내지 5 중량%의 Al 분말 및 0.5 내지 3 중량%의 Pb 분말 중의 적어도 하나를 추가로 함유된다.
복합 동합금 분말 소지 내에 흑연, MoS2, CaF2,및 BN중에서 선택된 적어도 하나의 고체 윤활제가 3 중량% 이하의 비율로 추가로 함유될 수 있다.
복합 동합금 분말의 각 입자는 긴 직경(DL)과 짧은 직경(DS)을 가지며, 바람직하게는 DL은 50 내지 300㎛의 범위 내에 있고, 종횡비(DL/DS)는 1 내지 5의 범위 내에 있다.
복합 동합금 분말은 바람직하게는 직경이 2.5㎛인 오리피스 관에서 50g당 30초 이하로 흘러내리는 유동성을 갖는다.
복합 동합금 분말은 바람직하게는 진밀도비(true density ratio)로 70% 이상 성형되고, 이러한 분말 성형체가 불활성 가스와 환원 가스 중의 적어도 어느 하나를 함유하는 분위기 속에서 800℃ 내지 1200℃의 온도 범위에서 30분 이상 소결된다.
800℃ 내지 1200℃의 범위 내의 소결온도(Ts)에서 소결된 소결체는 바람직하게는 환원 가스 분위기 속에서 500℃이상 소결온도(Ts) 이하로 가열된 후에 즉시 열간 단조와 열간 압출 중의 어느 하나의 공정이 실시됨으로써 기계적 특성이 향상된다.
바람직하게는, 열간 단조의 면압이 5 내지 8t/㎠의 범위이고, 열간 압출의 압출비가 10 이상이기 때문에, 소결체가 충분히 치밀화된다.
본 발명에 따르는 복합 동합금 분말은 동합금 소지와 이 소지 내에 10 내지 30 중량%의 범위로 균일하게 분산된 경질 입자를 함유하고, 경질 입자는 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르는 복합 동합금 분말은 동합금 소지와 이 소지 내에 10 내지 30 중량%의 범위로 균일하게 분산된 경질 입자를 함유하고, 동합금 소지는 5 내지 40 중량%의 범위 내에서 Zn과 Ni 중의 적어도 하나를 함유함을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 복합 동합금 분말의 제조방법은, 동합금 분말을 10 내지 30 중량%의 경질 입자와 혼합하여 혼합 분말을 제조하고, 혼합 분말을 기계적 합금화법, 기계적 분쇄법 및 조립법 중의 적어도 하나의 혼합 분쇄 처리하여 복합 동합금 분말을 제조함으로써, 경질 입자는 25㎛이하의 최대 입자 직경과 10㎛ 이하의 평균 입자 직경을 갖도록 분쇄되는 동시에 복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산됨을 특징으로 한다.
동합금 분말 대신에 합금 조성에 대응하는 금속 분말 그룹을 사용할 수 있다.
먼저, 본 발명에 사용되는 경질 입자는, 소결 마찰재의 미끄럼면 내에 미세하고 균일하게 분산되어 상온 또는 고온에서 마찰 미끄럼시에 상대물과의 응착의 발생을 억제하여 시저 저항성을 개선시키는 동시에 상대물이 소지 표면과 직접 접촉하여 마찰계수를 향상시키는 역할을 다할 수 있다. 단, 경질 입자가 이러한 역할을 다하기 위해서는 마찰 미끄럼시에 경질 입자가 소결 마찰재의 미끄럼면 소지로부터 탈락하지 않는 것이 필요하다.
그래서, 본 발명자들은 경질 입자에 우수한 효과를 발휘시키기 위해서는 소결 마찰재가 제1(a)도의 모식도에 나타낸 바와 같은 조직 구조를 갖는 것이 이상적이라고 생각했다. 즉, 소정의 조성을 가진 동합금 소지의 구분말(original powder)내부에 미세한 경질 입자가 균일하게 분산되고, 더욱이 이들 경질 입자가 동합금 소지와 강고하게 결합되어 고정된 조직이 요망된다. 이러한 조직 구조를 가진 소결 마찰재에서는 마찰 미끄럼시에 경질 입자의 탈락이 억제되고 장기간에 걸쳐 안정한 마찰 미끄럼 상태를 수득하는 것이 가능해진다. 그 결과, 미끄럼 속도의 변화에 따른 마찰계수의 변동을 억제할 수 있고, 더구나 미끄럼 개시시 또는 정지시에 정지마찰계수와 동마찰계수의 차이를 작게 할 수 있어서 진동, 소리, 울림, 이음(異音)등의 문제도 해소할 수 있는 것으로 밝혀졌다.
본 발명자들은 제1(a)도에 나타낸 바와 같은 조직을 실현하기 위해서, 동합금 분말의 소지에 미세한 경질 입자를 사전에 균일하게 분산시킨 입자 분산형 동합금 분말을 성형시켜 소결하는 것이 필요하다고 생각했다. 즉, 경질 입자 분산형 동합금 분말을 사용하여 제1(a)도에 나타낸 바와 같은 조직 구조를 가진 소결 마찰재를 수득하는 것이 본 발명의 가장 중요한 특징이다.
여러 가지 실험과 검토를 반복한 결과, 미세한 경질 입자가 균일하게 분산된 입자 분산형 동합금 분말을 경제적으로 제조하는 방법으로서, 다음과 같은 분말의 기계적 혼합 분쇄 처리를 적용하는 것이 유효한 것으로 밝혀졌다. 즉, 기계적 합금법, 기계적 분쇄법 및 조립법 등을 대표로 하는 분말의 기계적인 혼합 분쇄 처리를 적용함으로써 경질 입자인 금속간 화합물 또는 금속 분말 등을 미세하게 분쇄하는 동시에 동합금 분말 소지 중에 이들 미세 경질 입자를 균일하게 분산시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다.
이들 기계적인 분쇄 혼합 처리는 종래의 볼 밀에 의한 분쇄 또는 혼합과 같은 습식법이 아닌 건식법으로 수행한다. 또한, 희망하는 경우에는, PCA(공정 제어제)로서 스테아린산 또는 알콜 등을 소량 첨가함으로써 분말의 과도한 응집을 방지할 수도 있다. 처리장치로서는 어토라이터(attoritor) 또는 볼 밑을 바람직하게 사용할 수 있다. 어토라이터는 분쇄 효율이 우수하기 때문에 고속 처리에 적합하다. 볼 밀은 장시간 처리가 필요하나, 분위기 제어가 용이하여 투입 에너지의 설계를 적절히 수행하면 경제성이 비교적 우수하다.
또한, 다른 방법으로서, 경질 입자를 동합금의 용탕속에서 교반하여 분산시키고, 이를 아토마이즈법(atomization)으로 분무함으로써 내부에 경질 입자가 분산된 분말을 만들 수 있다. 그러나, 아토마이즈법에서는 경질 입자를 미세화할 수가 없기 때문에, 사전에 미세한 경질 입자를 만들어 동합금의 용탕속에 첨가할 필요가 있다. 이러한 경우, 용탕 내에서 경질 입자가 편재되거나 응집되는 것을 방지하기 위해 충분한 교반공정이 필요해지고, 복합 동합금 분말의 제조 비용이 상승하여 경제성에 문제가 생긴다. 또한, 경질 입자를 다량으로 첨가하는 경우, 경질 입자를 함유하는 동합금 용탕의 분무 도중에 경질 입자가 노즐을 막히게 하는 문제도 발생한다. 따라서, 본 발명의 동합금계 소결 마찰재의 제조에서는 기계적인 분말 혼합 분쇄 처리를 사용하는 것이 바람직하다.
경질 입자의 바람직한 크기와 첨가량에 관해서 본 발명자들은 소정의 조성을 가진 동계 분말에 대해 위에서 설명한 기계적 혼합 분쇄 처리를 수행할 때 각종 처리조건을 변경하여 평가한 결과, 기계적 특성의 저하를 수반하지 않고 높은 마찰계수를 안정하게 확보하기 위해서는 다음과 같은 경질 입자의 크기와 첨가량의 적정 범위가 있음을 밝혀내었다. 즉, 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하인 경질 입자를 소결재 중에 10 내지 30 중량%의 범위로 함유시킴으로써 이들 경질 입자가 미세하고 균일하게 소지의 합금 결정 입자 내부에 분산되어 소결 마찰재의 기계적 특성을 저하하지 않고 안정한 높은 마찰계수가 확보될 수 있음을 확인하였다.
한편, 소결 마찰재 전체에서 경질 입자의 함량이 10 중량% 미만이면, 예를 들면, JIS의 SPCC재, S10재, S35C재 등의 강재를 상대물로 하여 미끄럼시킨 결과, 오일중의 습식 마찰 미끄럼하에서 들어붙지 않고 0.2를 초과하는 반면, 건식 마찰 미끄럼하에서 들어붙지 않고 0.4를 초과하는 것과 같이 높은 마찰계수가 수득되지 않고, 내마모성을 향상시키는 결과도 수득되지 않는다. 또한, 경질 입자가 25㎛를 초과하는 최대 입자 직경 또는 10㎛를 초과하는 평균 입자 직경을 갖거나 또는 이의 함량이 소결 마찰재 전체의 30 중량%를 초과하면, 경질 입자가 균열 발생의 기점이 되기 쉽고 소결 마찰재의 강도 또는 인성이 저하된다. 추가로, 30 중량%를 초과하는 경질 입자의 첨가는 상대물을 격렬히 마모시키는 동시에 진동, 소리, 이음 등의 문제의 억제 효과를 저감시키기 때문에 바람직하지 않다.
경질 입자로서의 철계 금속간 화합물은 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB 중에 서 선택된 적어도 하나를 함유하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 이들 철계 금속간 화합물은 경도가 충분하여 경질 입자로서 적합한 동시에 취성(brittle)이기 때문에 분쇄성이 우수하여 본 발명에서 사용되는 기계적 혼합 분쇄 처리시 경질 입자의 미세화가 용이해지기 때문이다. 또한, 금속간 화합물 이외에 Al2O3, SiO2, ZrO 등의 금속 산화물 또는 SiC, AlN 등의 세라믹도 마찰계수를 향상시키는 효과가 있으나, 이들 입자는 철계 금속간 화합물에 비해 소결 마찰재의 피삭성을 열화시키기 때문에, 경제적인 면에서 바람직하지 않다. 즉, 경질 입자로서는 철계 금속간 화합물이 보다 바람직하다.
그러나, 경질 입자로서의 알루미나는 소결 마찰재의 고온 강도 또는 고온 경도를 향상시키는 효과를 나타낸다. 따라서, 우수한 고온 특성이 요구되는 소결 마찰재에 있어서는, 합금 소지 중에 철계 금속간 화합물 입자에 추가하여 알루미나입자를 균일하게 분산시켜도 좋다. 단, 소결 마찰재가 5 중량%를 초과하는 알루미나를 함유하는 경우에는, 인성이 저하되는 문제가 생긴다. 또한, 소결재의 기계적 특성 또는 마찰 미끄럼 특성을 저하시키지 않기 위해서는, 알루미나 입자는 이의 평균 입자 직경이 10㎛이하인 것이 바람직하다.
이상 요약하면, 소정의 조성으로 이루어진 동계 분말과 철계 금속간 화합물입자가 기계적으로 혼합 분쇄 처리됨으로써 금속간 화합물 입자가 25㎛ 이하의 최대 입자 직경과 10㎛이하의 평균 입자 직경을 갖도록 분쇄되는 동시에 동계 합금 분말 입자 내에 미세하고 균일하게 분산될 수 있다. 그리고, 이러한 혼합 분쇄 처리된 분말을 압형으로 성형한 후에 소결함으로써 소지의 동계 합금과 금속간 화합물의 경질 입자와의 계면에 반응층이 형성되기 때문에, 금속간 화합물의 경질 입자를 소지 중에 강고하게 고정시킬 수 있다. 그 결과, 마찰 미끄럼시에 소결체의 소지로부터 경질 입자가 탈락하지 않고 안정한 마찰 미끄럼 상태를 실현할 수 있고, 들어붙는 현상(seizure)을 수반하지 않고 높은 마찰계수를 안정하게 확보할 수 있는 소결 마찰재를 수득할 수 있다.
더욱이, 종래의 분말 야금법에 의한 단순한 분말 혼합방법에서는 경질 입자가 분쇄되지 않기 때문에, 제1(b)도의 조직도에 도시된 바와 같이, 경질 입자는 동합금 분말에 혼합된 상태 그대로의 입자 직경을 갖는다. 이러한 경질 입자는 도합금 분말 소지 내부에 분산되지 않고, 동합금 분말과 반응하지도 않는다. 따라서, 이러한 종래의 분말 야금법에 의한 혼합 분말을 성형하여 소결하면, 굵고 큰 경질 입자가 소지인 동합금의 구분말 입계(특히, 입계 삼중점)에 존재하여 마찰 미끄럼시에 경질 입자가 소지로부터 탈락하여 마모분이 되어서, 오히려 상대물 또는 소결재 자신을 공격하고나 들어붙는 현상을 야기하는 문제가 생긴다. 또한, 소결 마찰재에 응력이 부가되는 경우, 경질 입자가 소지의 구분말 입계에 존재하면, 이것이 균열의 발생 기점과 전파 경로가 되기 때문에, 소결 마찰재의 기계적 특성을 저하시키는 문제가 생긴다.
이어서, 경질 입자 분산형 동합금 분말의 유동성에 대해 설명한다. 일반적으로, 분말은 금형에 공급된 후에, 상하의 펀치에 의해 가압 성형된다. 그러나, 이때 분말이 균일하게 금형 내에 충전되지 않은 상태에서 가압되면, 성형체 내부에서 밀도가 불균일해지고, 그 결과 단부에 흠이나 균열이 생기기 쉽고, 소결한 후에 소결체가 휘어지는 문제가 생긴다. 이러한 문제점을 억제하기 위해서는, 금형의 단부로부터 내부까지 균일하게 분말을 공급 충전하지 않으면 안된다. 분말의 유동성은 이러한 금형으로의 분말의 충전에 균일성을 지배하는 주요한 인자이다.
그런데, 분말은 의사유체(quasi fluid)이기 때문에, 분말 입도를 조정함으로써 우수한 유동성을 수득할 수 있다. 그리하여, 본 발명자들이 여러 가지 실험과 검토를 반복한 결과, 분말을 균일하게 금형 내에 충전시켜 경제적으로 양산할 수 있는 성형공정을 사용할 수 있기 위해서는, 직경이 2.5㎜인 오리피스 관에서 50g의 분말이 유동을 멈추는데 30초 이하의 분말 유동성이 필요하다는 것을 밝혀내었다. 즉, 유동성이 30초/50g을 초과하는 분말을 사용하면, 금형 속로의 균일 충전에 장시간이 필요하며 생산성을 저해하는 경제면에서의 문제가 생긴다. 또한, 이러한 유동성이 나쁜 분말에서는 금형 내에 균일하게 충전할 수 없는 경우도 생기기 때문에, 위에서 언급한 바와 같은 성형체의 흠이나 균열의 문제도 생긴다.
그리고, 바람직한 유동성을 나타내는 복합 동합금 분말은 긴 직경(DL)과 짧은 직경(DS)를 가지며, DL이 50 내지 300㎛의 범위 내에 있고 종횡비(DL/DS)가 1 내지 5의 범위 내에 있음을 밝혀내였다. 즉, 복합 동합금 분말이 50㎛보다 작은 DL을 갖는 경우에는, 유동성이 저해된다. 또한, DL이 300㎛를 초과하거나 종횡비(DL/DS)가 5를 초과하는 경우에는, 복합 동합금 분말의 성형성이 저해되는 결과, 분말 성형체의 각진 부분에 흠이나 균열이 생긴다. 특히, 종횡비(DL/DS)가 5를 초과하는 편평상 분말에서는 유동성도 현저하게 손상된다.
그런데, 위에서 언급한 바와 같은 복합 동합금 분말을 제조하는 경우, 본 발명에 따르는 분말의 기계적인 혼합 분쇄 처리 방법은 동합금 소지의 조성에 관계 없이 모든 조성에 대응하는 동계 분말에 대해 적용가능하다. 따라서, 다음에 상세히 기술하는 바와 같은 합금 조성 이외에, 예를 들면, Cu-Cr, Cu-Be, Cu-Zr, Cu-Ni등 및 이들을 조합한 조성을 가진 동계 합금 분말을 사용하는 경우에도 본 발명의 적용함으로써 경질 입자가 분산된 복합 동합금 분말을 제조할 수 있다.
이어서, 본 발명에 따르는 소결 마찰재 및 복합 동합금 분말에서 바람직한 동합금 소지의 조성에 관해 설명한다. Zn은 탈산화 효과가 있기 때문에, 이를 소지에 첨가하면 안정한 ZnO 층을 소결체 소지의 표면 전체에 균일하게 형성할 수 있다. 그리고, 산화아연층은 보호막으로서 작용할 수 있기 때문에, 유황을 함유하는 분위기 속에서 구리 이온과 S와의 반응을 저해하고 황화 부식의 원인인 황화동의 생성을 억제할 수 있다. 한편, 동합금 소지로의 Zn의 첨가량이 증대하며, β'상이 나타나고, 그 결과 합금 소지는 딱딱해져서 부서지기 쉽고, 강도 저하를 유발하는 동시에 냉간 가공성이 현저하게 저하되는 문제가 생긴다.
황화 부식의 억제에 필요한 Zn 양은 소지의 5 중량% 이상이고, 또한 소지의 포화 현상을 억제하기 위해서는 40중량%를 초과하는 Zn의 첨가는 바람직하지 않다. 즉, 합금 소지에서 Zn의 바람직한 첨가량은 5 내지 40 중량%이다.
Ni는 Zn과 동일하게 황화동의 생성을 억제하는 효과를 가지고 있는 동시에 합금 소지의 경도를 향상시키고, 추가로 후술하는 Si와의 금속간 화합물(규화니켈)을 미세한 구상 입자로서 존재시켜 규화니켈 입자가 마찰 미끄럼시의 저항을 발생시킴으로써 마찰계수를 향상시킨다. 이러한 바람직한 효과를 나타내기 위해서는, 5 중량% 이상의 Ni을 소지에 첨가할 필요가 있다. 한편 Ni첨가량이 40 중량%를 초과하면, 합금 소지가 취약해지고, 그 결과, 냉간 가공성과 열간 가공성이 저하하는 문제가 생긴다. 즉, 합금 소지에서 바람직한 Ni의 첨가량은 5 내지 40 중량%이다.
합금 소지중의 Zn과 Ni의 합계 함량이 40 중량%를 초과하면 소결재 소지가 현저하게 경화되어 인성의 저하를 유발하고, 소결 마찰재의 냉간 가공성과 열간 가공성이 저하하는 문제가 생긴다. 즉, 합금 소지에서 Zn과 Ni를 합한 바람직한 함량은 40 중량%이하이다.
합금 소지에 Sn을 첨가하는 경우 소지의 고온 강도와 인성을 향상시키는 작용이 있고, 또한 고온에서 시저 저항성이 향상시키는 효과를 나타낸다. 따라서, 마찰 미끄럼 조건이 가혹한 경우에는, 합금 소지에 Sn을 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, Sn의 첨가량이 3 중량% 미만이면 바람직한 효과가 생기지 않고, 20 중량%를 초과하면 소지중에 딱딱하고 취약한 상이 석출되기 때문에 강도 또는 인성을 저하시킨다. 즉, 합금 소지에 바람직한 Sn의 첨가량은 3 내지 20 중량%이다.
Al은 합금의 경도를 향상시는 동시에 마찰 미끄럼시에 저항 입자를 형성하기 때문에, 마찰계수를 향상시키는 효과를 나타낸다. 그러나, 0.1 중량% 미만의 Al을 첨가하면, 충분한 경도와 마찰 저항성의 개선이 수득되지 않는다. 한편, 5 중량%를 초과하여 Al을 첨가하면, 합금의 취화를 유발하여 냉간 가공성을 저하시키는 동시에 분말 표면에 강고한 산화물(Al2O3) 층을 형성시켜 소결성을 방해하여 합금 소지의 절삭성을 저하시키는 문제가 생긴다. 즉, 합금 소지에서 바람직한 Al의 첨가량은 0.1 내지 5 중량%이다.
위에서 설명한 바와 같이, Si는 Ni와 함께 미세한 구상의 금속간 화합물(규화니켈)을 형성하고, 금속간 화합물이 마찰 미끄럼시에 저항이 되어 마찰계수를 향상시키는 효과가 생긴다. 1 중량% 미만의 Si를 첨가하면, 마찰계수의 향상에 대한 충분한 효과가 수득되지 않고, Si의 첨가량이 5 중량%를 초과하면 합금 소지의 열간 가공성과 냉간 가공성이 저하하는 문제가 생긴다. 즉, 합금 소지에서 Si의 바람직한 첨가량은 1 내지 5 중량%이다.
Pb는 동합금 소지의 α상의 입계 또는 덴드라이트 사이에 균일하게 존재하고, 소지의 절삭성 또는 마찰 미끄럼시의 윤활성을 개선하는 효과를 나타낸다. 이러한 효과를 수득하기 위해서는, 0.5 중량% 이상의 Pb를 첨가할 필요가 있지만, 3중량%를 초과하여 Pb를 첨가하면 합금 소지 내부에 편재하게 되어 기계적 특성을 저하시키는 문제가 생긴다. 즉, 합금 소지에서 Pb의 바람직한 첨가량은 0.5 내지 3 중량%이다.
고체 윤활제는 보다 가혹한 마찰 미끄럼 조건에서 상대물의 대한 소결 마찰재의 공격성을 감소시키는 동시에 미끄럼 속도 또는 가압력 등의 마찰 미끄럼 조건이 변동해도 오일 속에서 약 0.2 이상의 안정한 마찰계수를 유지하는데 도움이 되며, 또한 미끄럼면 사이의 윤활성을 개선함으로써 미끄럼시의 진동 또는 소리 등을 억제하는 효과가 생긴다. 동합금계 소결 마찰재에서 이러한 효과를 갖는 고체 윤활 성분으로서, 경제적으로 바람직한 흑연, MoS2, CaF2및 BN을 사용할 수 있다. 이때, 흑연, MoS2, CaF2및 BN 중의 적어도 하나를 3 중량%이하의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다. 고체 윤활제의 첨가량이 3 중량%를 초과하면, 소결체의 강도 또는 인성이 저하하기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명자들은 고체 윤활제인 흑연으로서 종래의 분말 야금법에서 사용되던 구상 흑연 분말과 상이한 특성을 가진 천연 인편상 흑연 분말 또는 천연 인편상 흑연 분말이 두께 방향으로 팽창된 팽창화 흑연 분말을 사용하는 것이 시도하였다. 보다 구체적으로는, 이들 천연 인편상 흑연 분말 및 팽창화 흑연 분말은 구상 흑연 분말에 비해 성형성, 압축성 및 윤활성이 우수하다.
따라서, 구상 흑연 분말이 3 중량%를 초과하여 첨가된 경우에는 성형체에 흠이나 균열이 발생하여 소결체의 기계적 특성이 저하하는 반면, 성형성이 양호한 인편상 흑연 분말 또는 팽창화 흑연 분말은 15 중량%까지 첨가해도 소결체의 기계적 특성의 저하를 유발하지 않는다. 또한, 인편상 흑연 분말과 팽창화 흑연 분말은 윤활 성능이 우수하기 때문에, 위에서 언급한 바와 같은 미끄럼시의 소리, 진동 및 울림을 보다 억제 할 수 있는 동시에 초기 미끄럼 단계에서 상대물과의 적합성을 개선하여 마찰계수를 보다 안정화시키는 효과가 생긴다. 추가로, 인편상 흑연 분말 또는 팽창화 흑연 분말이 소결체에 분산되는 경우, 이들 흑연 분말의 우수한 압축성에 근거하여 가압시의 소결체 자신의 압축성이 향상되고, 그 결과, 상대물의 미끄럼면과의 국소적인 접촉이 아닌 전면 접촉을 가능하게 함으로써 마찰 유동 특성의 안정화가 이루어질 수 있다.
즉, 경질 입자 분산형 복합 동합금 분말과 인편상 흑연 분말 및 팽창화 흑연 분말 중의 적어도 하나를 혼합하여 수득한 소결체는 구상 흑연 분말을 사용한 경우에 비해 보다 우수한 기계적 특성과 마찰 미끄럼 특성, 특히 미끄럼시의 초기 단계에서 안정한 마찰계수를 발현시킬 수 있다는 특징을 가지고 있다.
이어서, 혼합 분쇄 처리한 복합 동합금 분말의 성형과 소결조건에 대해 설명한다. 먼저, 성형체의 밀도는 진밀도비로 70% 이상인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 진밀도비가 70%보다 작은 경우에는 충분한 성형체 강도가 수득될 수 없기 때문에, 성형체를 소결하기까지의 반송과정에서 흠이나 균열이 생기기 쉬워서 취급성의 저하를 초래한다. 따라서, 양산 공정에서 성형체가 충분한 취급성을 갖기 위해서는 진밀도비가 70% 이상인 것이 바람직하다.
소결조건에 관해서, 우선, 불활성 가스 또는 환원 가스의 분위기 속에서 소결할 필요가 있다. 소결 분위기가 불활성 가스 또는 환원 가스의 분위기가 아닌 경우, 복합 동합금 분말 표면에 산화 피막이 형성되어 소결성이 현저하게 저해되고, 그 결과, 소결체의 강도 또는 인성의 저하를 초래한다. 소결온도에 관해서는, 본 발명의 복합 동합금 분말 성형체는 600℃보다 낮은 온도에서 소결현상이 거의 진행되지 않기 때문에, 소결온도로서는 적어도 600℃ 이상이 필요하다. 그러나, 이러한 비교적 낮은 온도에서 소결현상을 완전히 진행시키기 위해서는, 소결 시간이 길어져서 경제성의 문제가 생긴다. 따라서, 경제성을 손상시키지 않고 소결을 진행시키기 위해서는, 800℃ 이상의 소결 온도가 바람직하다. 또한, 600℃ 내지 800℃의 온도 범위에서 소결을 단시간에 진행시키는 방법으로서, 가압된 환원 가스의 분위기 속에서 소결하는 것이 유효함을 본 발명자들이 확인하였다. 한편, 소결 온도가 1200℃를 초과하면, 분말 성형체중에 액상이 나타나서 소결체가 수축한다. 그 결과, 소결체의 치수 정확도가 저하되는 문제가 생기기 때문에, 소결온도는 1200℃ 이하인 것이 바람직하다. 그리고, 800℃ 내지 1200℃의 소결온도에서 충분한 기계적 특성을 갖는 소결체를 수득하기 위해서는 30분 이상의 소결 시간이 필요하다.
소결 마찰재중의 구멍은 윤활유 속에서의 소결재의 마찰 미끄럼 특성 및 강도 또는 경도 등의 기계적 특성과 상관이 있기 때문에, 이들의 상관에 관해 각종 실험 및 검토가 이루어졌다. 그 결과, 소결체 내의 구멍의 크기, 양 및 분산성을 억제함으로써, 소결 마찰재로서 충분한 기계적 특성을 갖는 한편, 오일 속에서 0.2를 초과하는 안정한 마찰계수를 실현할 수 있음을 밝혀내었다.
먼저, 구멍의 평균 직경이 30㎛를 초과하면, 구멍은 균열 발생의 기점이 되어 소결재의 강도 또는 인성이 현저하게 저하되는 문제가 생긴다. 또한, 소결재의 20용적%를 초과하여 구멍이 분포하면, 소결재의 강도 또는 인성이 저하하고, 인장 강도가 400MPa에 도달하지 않는다. 한편, 평균 직경이 30㎛ 이하인 구멍이 소결재 내부에 20용적%이하로 균일하게 분산되면, 소결재는 인장강도가 400MPa 이상인 동시에, 다른 기계적 특성도 저하하지 않기 때문에, 이러한 소결재를 단독으로 각종 마찰 미끄럼 부재로서 사용할 수 있음이 명백해졌다.
일반적으로, 윤활유 속에서의 마찰 미끄럼에 있어서, 소결 마찰재 내의 구멍은 오일이 고여서 미끄럼면에 유막을 형성하여 상대물과의 미끄럼성(내연소성)을 개선시키는 효과가 생긴다. 그러나, 이러한 습식 마찰재에서는 두껍고 강고한 유막이 형성되면, 마찰계수가 0.05 내지 0.1 정도까지 저하한다. 특히, 동합금계 소결 마찰재에서는, 구멍의 양이 25용적%를 초과하면 마찰계수가 현저하게 저하한다. 또한, 구멍이 불균일하게 분포하면, 미끄럼시에 상대물과의 적합성이 국소적으로 저하하기 때문에, 안정한 마찰계수가 수득되지 않고 미끄럼시에 상대물과의 들어붙기 쉬워진다. 따라서, 소결 마찰재에서 양호한 기계적 특성과 마찰 미끄럼 특성을 수득하기 위해서는, 평균 직경이 30㎛이하인 구멍을 소결체 내부에 20용적% 이하의 범위로 균일하게 분산시키는 것이 바람직하다. 이러한 구멍의 크기 또는 양은 분말을 형압하여 성형할 때의 압력으로 제어할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따라 기계적 특성이 우수한 소결 마찰재를 수득할 수 있다. 그러나, 소결재 단체로 구조용 부재를 겸한 마찰재를 수득하기 위해서는, 추가로 고강도화와 고인성화가 요구되는 경우가 있다.
즉, 자동차 부품에는 마찰 미끄럼 특성과 함께 추가로 고강도 특성이 요구되는 부품이 있다. 예를 들면, 고부하가 작용하는 제1속 또는 제2속용의 싱크로나이징 링에서는 400MPa를 초과하는 인장강도가 요구되는 경우가 있다. 이러한 요구에 대해서는, 두 가지의 처리방법이 있다.
하나는, 마찰 미끄럼 특성이 필요한 싱크로나이징 링의 내경부에 본 발명의 동계 소결 마찰부재를 사용하고, 강도가 요구되는 외경부에는 철계 재료를 사용하는 2층 구조로 하는 것이 가능하다. 이때, 외주부와 내주부 양자를 확산접합법 또는 용접법 등으로 강고히 접합시킬 수 있다.
또 다른 방법으로서, 예를 들면, 열간 단조법이나 핫프레스법 또는 HIP(열간 정수압 프레스)법 등의 열간 소성 가공으로 소결체중의 구멍의 양을 저감시켜 치밀화함으로써 소결체의 기계적 특성을 향상시키는 것이 가능하며, 특히 인장강도에서 500MPa 이상을 실현하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 고강도 특성을 부여할 동합금계 마찰재료는 단독으로 싱크로나이징 링에 적용할 수 있다.
열간 소성 가공법의 예로서, 열간 단조법과 열간 압출법은 모두 소성 가공전에 소결체를 예비가열할 필요가 있는데, 온도 범위는 500℃보다 낮으면, 소결체의 변형 저항이 너무 커져서 소결체의 치밀화가 곤란해지고, 또한 치밀화시키기 위해 소결체에 고압력을 부가하기 위한 대형 설비가 필요해진다는 경제성의 문제도 생긴다. 추가로, 고압력하에서는 금형 또는 압출 다이의 수명의 저하를 초래한다. 한편, 소결온도(Ts)를 초과하여 예비가열하면, 소결 합금중의 석출상이 상변화를 일으켜서 기계적 특성의 열화를 유발하는 문제가 생긴다. 여기에서, 열간 단조시의 면압은 경제성을 고려하여 5 내지 8t/㎠의 범위가 바람직하다. 또한, 압축비가 10 이상이면, 소결체의 치밀화를 달성하여 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따라 수득된 합금 조성과 조직을 가진 소결 마찰재는 보강재 없이 단독으로 충분히 사용가능한 강도, 인성, 경도 등의 기계적 특성과 내마모성 및 시저 저항성을 갖는다. 이러한 소결 마찰재는 유황을 함유하는 분위기 속에서도 황화 부식을 일으키지 않고, 추가로 오일 속에서 약 0.2를 초과하며 건식 미끄럼에서 0.4를 초과하는 높은 마찰계수를 갖는 동시에 마찰 미끄럼 조건의 변동에 대해서도 안정한 마찰계수를 갖는다. 따라서, 본 발명에 따라 수득한 동합금계 소결 마찰재는 변속기용의 싱크로나이징 링을 필두로 하여 클러치 또는 브레이크 등의 마찰 면재로서 바람직하게 사용할 수 있다.
[바람직한 실시예의 설명]
먼저, 동합금 분말과 경질 입자를 함유하는 혼합 분말의 기계적 분쇄 혼합처리의 구체예를 기술하는 동시에 이러한 처리로 수득한 복합 동합금 분말의 조직 사진의 예를 제2도에 나타내었다. 구체예에서는, 18 중량%의 Zn 및 18 중량%의 Ni와 잔여의 구리를 함유하는 아토마이즈화 동합금 분말에 20 중량%의 FeMo 입자가 첨가된다. 첨가된 FeMo의 경질 입자는 평균 입자 직경이 50㎛이다. 경질 입자가 첨가된 혼합 분말 800g과 직경이 3/8in인 강구(steel ball) 8kg을 스테인레스 강 SUS 304제의 진동 밀용 포트 용기(12560㎤의 용적) 속에 투입하고, 용기를 1x10-4Torr까지 진공 배기한 후, 아르곤 가스에 의해 30분간 치환 처리를 실시한다. 그리고, 포트를 1100Hz의 진동수와 10㎜의 진폭으로 5시간 동안 연속적으로 진동시켜 기계적인 혼합 분쇄 처리를 실시한다.
제2도는 이와 같이 하여 수득한 복합 동합금 분말의 현미경 조직 사진의 예를 나타내며, 분말 입자는 수지에 매립된 후에 연마에 의해 단면이 노출되어 있다. 제2(a)도는 복합 동합금 분말 입자의 전체적인 형상을 나타내고 있다. 제2(b)도는 제2(a)도의 일부를 확대한 조직 사진이고, FeMo의 경질 입자가 최대 입자 직경 9㎛ 및 평균 입자 직경 약 6㎛ 정도까지 미세화되어 있고, 이들 경질 입자가 복합 동합금 분말 소지 중에 균일하게 분산되어 있음을 나타내고 있다. 또한, 제2(a)도의 복합 동합금 분말 입자는 긴 직경(DL)이 188㎛이고 짧은 직경(DS)이 134㎛이며, 따라서 종횡비(DL/DS)가 1.4이다.
표 1은 복합 동합금 분말 입자의 긴 직경(DL), 짧은 직경(DS) 및 종횡비(DL/DS)가 분말의 유동성, 성형성 및 소결성에 미치는 영향을 나타내고 있다. 표 1중의 복합 동합금 분말 시료 A 내지 O는 조성이 제2도의 분말과 동일하며, 동일한 진동 볼 밀을 사용하여 제조한다. 단, 진동 볼 밀에서 볼 투입량, 진동조건, 처리시간 등을 변경함으로써 분말 입자의 긴 직경(DL), 짧은 직경(DS) 및 종횡비(DL/DS)가 다양하게 변하고 있다.
분말의 유동성은 직경이 2.5㎜인 오리피스 관에서 50g의 분말이 완전히 유동을 끝낼 때까지 걸리는 시간(초)으로 평가한다. 또한, 분말의 성형성 평가에서는, 분말은 외부 직경이 140㎜이고 내부 직경이 80㎜이며 두께가 3㎜인 도우넛 형상으로 금형에 의해 성형된다. 금형으로의 분말 공급은 자동 분말 공급장치를 사용하여 수행하나, 유동성이 현저히 나쁜 분말 또는 유동하지 않는 분말에 대해서는 수동에 의한 공급이 수행된다. 금형 내에 충전된 분말에는 6t/㎠의 면압이 가해진다. 이와 같이 성형된 분말 성형체가 그 후에 소결된다.
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 긴 직경(DL)이 50 내지 300㎛의 범위 내이고 종횡비(DL/DS)가 1 내지 5의 범위 내인 분말 시료 A내지 J에 있어서는, 유동성이 50g의 분말당 30초 이하이고, 흠이나 균열이 없는 양호한 분말 성형체가 수득됨과 동시에 소결체가 휘어지지 않는다.
한편, 비교 시료 K 내지 O에 있어서는, 이하와 같은 구체적인 문제가 생긴다.
시료 K에서는, 분말 입자의 긴 직경(DL)이 극히 작아서 25㎛이기 때문에, 분말이 오리피스 관을 막히게 하여 유동성을 평가할 수 없다. 또한, 금형으로의 분말 충전을 수동으로 하여 수득한 분말 성형체의 내부는 밀도가 불균일해지고, 성형체의 각진 부분에 흠이 생기는 동시에 소결체가 휘어진다.
시료 L에서는, 긴 직경(DL)이 50㎛보다 작은 40㎛이기 때문에, 분말의 유동성이 30초/50g보다 나쁜 48초/50g으로 되어 양산적인 성형공정에 적합하지 않다. 또한, 성형체의 각진 부분과 중앙부에 밀도차가 생기기 때문에, 성형체의 각진 부분에 흠이 생기고 소결체가 휘어진다.
시료 M에서는, 긴 직경(DL)이 300㎛보다 큰 380㎛이기 때문에, 금형 내에서 분말을 균일하게 압축하는 것이 곤란하다. 그 결과, 분말 성형체 내에 밀도의 불균일이 생겨 성형체의 각진 부분에 흠이 생기는 동시에 소결체가 휘어진다.
시료 N과 O에서는, 종횡비(DL/DS)가 5보다 커서 분말의 유동성이 현저히 나빠져 50초/50g을 초과하기 때문에, 양산적인 성형공정을 사용할 수 없다. 또한, 분말 입자가 편평상의 형상을 갖기 때문에, 금형 내에서 분말을 균일하게 압축하는 것이 곤란하고, 그 결과 성형체 내에 밀도의 불균일이 생겨 성형체의 각진 부분에 흠이 생기는 동시에 소결체가 휘어진다.
표 2와 표 3은 각각 본 발명의 실시예와 비교 실시예에 의한 소결 마찰제의 시료의 제조공정과 조정을 나타내고 있다. 표 2 및 표 3중의 공정란에 나타낸 부호(a) 내지 (d)는 제3도에 나타낸 공정(a) 내지(d) 중의 어느 하나를 거친 후에 공정(e) 내지(g)에 의해 링 형상의 마찰시험 시료가 제조된 것을 나타낸다.
제3도의 공정(a)에서는, Cu-Zn, Cu-Ni 또는 Cu-Zn-Ni의 Cu계 합금 분말과 경질 입자와의 혼합 분말이 기계적으로 분쇄 혼합 처리된다. 공정(b)에서는, Cu, Zn 및/또는 Ni를 함유하는 Cu계 혼합 분말과 경질 입자가 기계적으로 분쇄 혼합 처리된다. 공정(c)에서는, Cu-Zn-Sn, Cu-Ni-Sn 또는 Cu-Zn-Ni-Sn의 Cu계 합금 분말과 경질 입자의 혼합 분말이 기계적으로 분쇄 혼합 처리된다. 공정(d)에서는, Cu, Zn, Ni 및/또는 Sn의 분말을 함유하는 Cu계 혼합 분말과 경질 입자가 기계적으로 분쇄 혼합 처리된다. 이때, 기계적인 분쇄 혼합 처리에는 기계적 합금화법, 기계적 분쇄법 및 조립법 중의 적어도 하나가 사용된다. 공정(a) 내지(d)에서, 필요에 따라, Si, Al 및/또는 Pb도 첨가될 수 있다.
공정(a) 내지(d) 중의 어느 하나를 거친 후에, 공정(e)에서, 필요에 따라, 고체 윤활제가 첨가된다.
그 후, 공정(f)에서, 처리 분말은 외부 직경이 65㎜이고, 내부 직경이 40㎜이며 두께가 7㎜인 링 형상으로 약75%의 진밀도비를 갖도록 약 6t/㎠의 면압으로 성형되고, 질소 분위기 속에서 약 1000℃의 온도로 1시간 동안 소결된 후에 노(furnace) 속에서 냉각된다. 질소 분위기가 수소 분위기로 치환되어도 소결재의 특성에는 영향이 거의 없다.
마지막으로, 공정(g)에서, 소결체는 기계 가공되어, 외부 직경이 60㎜이고 내부 직경이 45㎜이며 두께가 5㎜인 링 형상으로 정형된다.
표 2 및 표 3에서 Zn, Ni, Sn, Si, Al, Pb 및 Cu에 관한 수치는 합금 소지중의 중량%를 나타낸다. 한편, 경질 입자와 고체 윤활제에 관한 수지는 소결재 전체에 대한 중량%를 나타낸다. 또한, 구멍에 관한 수치는 소결재 전체에 대한 용적%를 나타낸다. 한편, 경질 입자와 고체 윤활제에 관한 수지는 소결재 전체에 대한 중량%를 나타낸다. 또한, 구멍에 관한 수치는 소결재 전체에 대한 용적%를 나타낸다. 또한, 구멍에 관한 수치는 소결재 전체에 대한 용적%를 나타낸다. 추가로, 고체 윤활제를 나타내는 부호 A, B, C 및 D는 각각 흑연, MoS, CaF및 BN을 나타낸다.
표 3의 비고란에서 *1 표시가 부착된 시료 36은 공정(a)에 근거하여 혼합 분말에 기계적분쇄 혼합 처리가 실시되나, 분말 성형시의 면압 조건을 변경함으로써 분말 성형체중에 분포하는 구멍 직경이 평균 45㎛로 된 후에 소결된다.
비고란에서 *2 표시가 부착된 시료 37은 공정(a)에 근거하여 혼합 분말에 기계적 분쇄 혼합 처리가 실시되나, 분쇄조건을 변경함으로써 경질 입자가 최대 입자 직경이 40㎛로 되도록 한 후에 성형되어 소결된다.
비고란에서 *3 표시가 부착된 시료 38은 공정(a)에 근거하여 혼합 분말에 기계적 분쇄 혼합 처리가 실시되나, 분쇄조건을 변경함으로써 경질 입자의 평균 입자직경이 25㎛로 되도록 한 후에 성형되어 소결된다.
비고란에서 *4 표시가 부착된 시료 39는 기계적 합금화법, 기계적 혼합법 및 조립법 중의 어느 하나의 기계적 분쇄 처리도 실시하지 않고 단순히 혼합한 후에 공정(f)에 의해 소결된다.
표 4는, 조성이 표 2 및 표 3에 나타낸 바와 같은 소결체 시료에 관하여, 인장시험, 마찰시험 및 부식시험의 결과에 근거한 기계적 특성, 마찰 미끄럼 특성 및 내황화부식성을 나타내고 있다.
표 4에서, 본 발명의 실시예에 따르는 시료 1 내지 23은 인장강도가 UTS가 모두 400MPa를 초과하는 한편, 5% 이상의 신도를 나타내고 있음을 알 수 있다. 이에 대해, 비교 시료 24 내지 39에서는, 거의 모든 시료가 400MPa 이하의 인장강도 UTS를 갖는데 지나지 않고, 신도를 거의 나타내지 않는 것도 많다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르는 시료는 비교 실시예에 따르는 시료에 비해 높은 강도와 높은 인성을 가지고 있음을 알 수 있다.
마찰 미끄럼 특성은 제4도에 나타낸 바와 같은 습식 마찰시험으로 측정한다. 토요타 70W 90 오일 속에서(자동 변속기용 윤활유 DEXRON 11을 사용해도 마찬가지임), 소결재료 시험편(1)은 강재 S35C의 상대물(2)에 대해 미끄럼면 S를 삽입하여 상대적으로 미끄러진다. 시료편(1)은, 위에서 설명한 바와 같이, 외부 직경이 60㎜이고 내부 직경이 45㎜이며 두께가 5㎜인 링 형상이며, 제4도에서 일부가 절단되어 도시되어 있다. 상대물(2)은 직경이 70㎜이고 두께가 5㎜인 원판이며, 축(3)에 의해 화살표와 같이 회전한다. 시험편(1)은 고정되며, 상대물(2)에 대해 5kgf/㎠의 압력 W가 가해진다. 미끄럼면 S에서 시험편(1)과 상대물(2)의 상대 미끄럼 속도는 10m/sec이며, 마찰시간은 1시간이다.
표 4로부터 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따르는 시료 1 내지 23은 모두 0.3 내지 0.4의 비교적 높은 안정한 정상 상태의 마찰계수(μ)를 나타내고 있는 반면, 비교 실시예의 시료 24 내지 39에서는 정상 상태에서의 마찰계수(μ)의 값이 변하고 있다. 특히, 약 0.7 이상의 μ값은 들어붙은 결과로서의 μ값을 나타내고 있고, 이러한 큰 μ값을 가진 시료의 초기 μ값은 0.2 이하이다. 또한, 실시예에 따르는 시료에서는 정지마찰계수와 동마찰계수의 차이를 나타내는 ㅿμ가 모두 0.09 이하인 반면, 비교 실시예의 시료에서는 0.1을 상당히 초과하는 것이 존재하고 있다.
또한, 소결 시험편(1)과 상대물(2)의 마모량에 대해서는, 본 발명의 실시예에 따르는 시료는 모두 안정하여 작은 마모량을 나타내는 반면, 비교실시예에 따르는 시료는 극히 큰 마모량 또는 부착량을 나타내는 것이 있다. 또한, 표 4에서 마모량을 나타내는 수치값에 마이너스 부호가 붙어있는 것은 이의 절대값에 해당하는 중량만큼 중량이 증가함을 나타낸다.
추가로, 미끄럼면의 손상 상황에 대해서는, 실시예의 시료는 모두 이상이 발생하지 않는 반면, 비교 실시예의 시료에서는 들어붙음이 상대물의 공격을 나타내는 것이 있다.
내황화부식성에 대해서는 140℃로 유지된 토요타 70W 90 오일 속에 시료가 24시간 동안 침지된 후에, 시료의 부식 상황이 평가된다. 표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예의 시료에서는 모두 부식에 대해 이상이 없으나, 비교 실시예의 시료에서는 황화 부식이 발생한 것이 있다.
여기에서, 비교 실시예의 각 시료 24 내지 39에서의 구체적인 결점은 다음과 같다.
시료 24에서는, 합금 소지에서 Zn과 Ni의 합계 함량이 5 중량%에 도달하지 않기 때문에, 오일 속에서의 소결 시료의 폭로 시험에서 황화 부식이 생긴다.
시료 25에서는, 합금 소지에서 Zn과 Ni의 합계 함량이 40 중량%를 초과하기 때문에, 소결체의 인성이 저하된다.
시료 26에서는, 소결체가 경질 입자를 함유하지 않기 때문에, 미끄럼 부재와 상대물이 들어붙는다.
시료 27에서는, 소결체에서 경질 입자의 함량이 10 중량%에 도달하지 않기 때문에, 초기의 μ값이 0.12이고, 최종적으로 상대물과 들어붙은 결과로서 0.81의 μ값을 나타낸다.
시료 28에서는, 소결체에서 경질 입자의 함량이 30 중량%를 초과하기 때문에, 소결체의 강도와 인성이 저하된다.
시료 29에서는, 합금 소지에서 Sn의 함량이 20 중량%를 초과하기 때문에, 소지가 현저하게 경화되어 상대물을 공격하고 μ값이 증가한다.
시료 30에서는, 합금 소지에서 Si의 함량이 5 중량%를 초과하기 때문에, 소결체의 인성이 저하된다.
시료 31에서는, 합금 소지에서 Al의 함량이 5 중량%를 초과하기 때문에, 소결성이 저해되어 소결체의 강도와 인성이 저하된다.
사료 32에서는, 합금 소지에서 Pb의 함량이 5 중량%를 초과하기 때문에, 소결체의 내부에서 Pb가 편재하고, 그 결과 소결체의 강도와 인성이 저하된다.
시료 33에서는, 소결체에서 흑연인 고체 윤활제의 함량이 3 중량%를 초과하기 때문에, 소결체의 강도와 인성이 저하된다.
시료 34에서는, 소결체에서 MoS인 고체 윤활제의 함량이 3 중량%를 초과하기 때문에, 소결체의 강도와 인성이 저하된다.
시료 35에서는, 소결체에 함유되어 있는 구멍이 20용적%를 초과하기 때문에, 소결체의 강도와 인성이 저하된다.
시료 36에서는, 구멍의 평균 직경이 30㎛를 초과하기 때문에, 소결체의 강도와 인성이 저하된다.
시료 37에서는, 경질 입자가 최대 입자 직경이 25㎛를 초과하기 때문에, 소결체의 강도와 인성이 저하된다.
시료 38에서는, 경질 입자의 평균 입자 직경이 10㎛를 초과하기 때문에, 소결체의 강도와 인성이 저하된다.
시료 39에서는, 기계적인 분쇄 혼합 처리가 수행되지 않고 단순히 소정의 조성의 분말이 혼합된 후에 소결되기 때문에, 소결재의 강도와 인성이 저하되고, 또한 경질 입자와 소지와의 사이에 반응층이 형성되지 않는 한편, 거칠고 큰 경질 입자가 존재하기 때문에 미끄럼시에 경질 입자가 소지로부터 탈락하여 상대물에 들어붙는다.
표 5는 복합 동합금 분말의 소지의 원료로서 사용되는 분말이 소결 마찰재의 기계적 특성이나 마찰 미끄럼 특성등에 미치는 영향을 평가한 결과를 나타내고 있다. 표 5 중의 시료 41과 42는 모두 조성이 제2도의 복합 동합금 분말과 동일한 반면, 처리시간이 6시간으로 변경된 이외에는 동일한 조건에 의한 기계적 합금화 처리가 실시되었다. 단, 시료 41에서는 복합 동합금 분말의 소지의 원료로서 기계적 합금화 처리를 위해 아토마이즈화 동합금 분말이 사용되고 있는 반면, 시료 42에서는 Cu 분말, Zn 분말 및 Ni 분말을 소정의 비율로 함유하는 금속 분말 그룹이 사용되고 있다. 또한, 수득된 소결체의 기계적 특성 또는 마찰 미끄럼 특성은 표 4의 경우와 동일하게 평가한다.
표 5로부터 명백한 바와 같이, 복합 동합금 분말의 소지의 원료로서 기계적 합금화 처리를 위해 아토마이즈화 동합금 분말을 사용하거나, 그 대신 금속 분말그룹을 사용해도 수득되는 소결체의 기계적 특성이나 마찰 미끄럼 특성 등에 차이가 거의 없음을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 기계적 합금화법에서는 미리 합금화된 동합금 분말 뿐만 아니라 소정의 배합 비율을 가진 금속 분말 그룹도 동등하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.
표 6은 복합 동합금 분말내의 경질 입자로서 철계 금속간 화합물 입자에 첨가된 알루미나 입자가 소결 마찰재의 각종 기계적 특성에 미치는 영향을 나타내고 있다. 표 6중의 시료 51 내지 55에서, 복합 동합금 분말은 알루미나의 함량을 제외하면 조성이 모두 동일하다. 또한, 이들의 시료에서 알루미나의 평균 입자 직경은 8㎛ 또는 9㎛이나, 입자 직경이 실질적으로 동일한 것으로 생각된다. 이러한 복합 동합금 분말은 기계적 합금화 처리시간이 7시간으로 변경된 것을 제외하면, 제2도의 분말의 경우와 동일한 기계적 합금화 처리에 의해 만들어진다. 그리고, 모든 시료에서 복합 동합금 분말의 성형체를 형성하여 소결시킴으로써 8용적%의 구멍을 함유하는 소결 마찰재로 한다.
표 6에서 명백한 바와 같이, 5 중량% 이하의 알루미나 입자를 함유하는 소결마찰재 시료 51 내지 53에서는 알루미나 입자를 함유하지 않는 시료 54에 비해, 인장강도 UTS와 신도는 크게 변하지 않으나, 고온 경도(MHv: 마이크로비커스 경도)가 현저하게 개선된다. 한편, 5 중량%를 초과하는 6.5 중량%의 알루미나 입자를 함유하는 시료 55에서는 고온 경도가 현저하게 향상되는 반면, 신도가 명백하게 저하된다. 즉, 미끄럼 마찰재가 우수한 고온 특성을 갖는 것이 요구되는 경우, 미끄럼 마찰재는 경질 입자로서 철계 금속간 화합물 입자에 추가로 5 중량% 이하의 알루미나 입자를 함유하는 것이 바람직하다.
표 7에서, 분말 성형체의 진밀도와 소결조건이 소결체의 기계적 특성에 미치는 영향이 나타나 있다. 표 7에서는, 표 2중의 시료 9 및 12의 조성에 대응하는 원료 분말에 기계적인 혼합 분쇄 처리를 실시하여 수득한 분말을 자동 분말 공급장치에 의해 단면이 10x30㎟인 금형 속으로 충전시키고, 다양한 면압에 의한 성형 후에 각종 소결조건하에서 소결체가 작성되었다.
표 7에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 진밀도비가 70% 이상으로 될 때까지 압축 성형시켜 불활성 가스 및/또는 환원 가스의 분위기 속에서 800 내지 1100℃의 범위의 온도로 30분 이상 소결된 시료 9A 내지 9E 및 12A 내지 12E에서는, 모두 400MPa를 월등하게 초과하는 인장강도 UST와 5%를 초과하는 충분한 신도를 나타내고 있다. 또한, 본 발명에 속하는 이들 시료에서는 성형체의 반송과정이나 소결과정에서 성형체의 균열 또는 흠이 생기지 않는다.
한편, 본 발명의 범위 외의 제조방법에 의해 제작된 비교 시료 9F 내지 9K 및 12F 내지 12H에서는, 모두 400MPa 미만의 인장강도와 4% 미만의 신도를 나타내는데 불과하고, 구체적으로는 이하에 기술한 바와 같은 문제가 생긴다.
시료 9F와 12F에서는, 각각 성형체의 진밀도비가 70%보다 작은 65% 및 66%이기 때문에, 성형체의 반송과정에서 성형체에 흠이 발생한다.
시료 9G와 9H에서는, 각각의 소결온도가 800℃보다 낮은 700℃와 650℃이기 때문에, 소결체의 충분한 기계적 특성이 수득되지 않는다.
시료 91에서는, 소결온도가 1200℃를 초과하는 1250℃이기 때문에, 성형체가 용해되어 양호한 소결체가 수득되지 않는다.
시료 9J와 12G에서는, 각각의 소결시간이 30분 이하인 15분과 20분이기 때문에, 소결체의 충분한 기계적 특성이 수득되지 않는다.
시료 9K와 12H에서는, 소결이 대기 속에서 수행되기 때문에, 분말 표면에 산화막이 형성되어 소결성이 저해되고 소결체의 충분한 기계적 특성이 수득되지 않는다.
표 8은, 표 7중의 소결재 시료 12B에 여러 조건으로 열간 소성 가공을 실시한 경우와 표 2중의 소결재 시료 4,9 및 12에 핫프레스를 실시한 경우에 소결 합금의 기계적 특성을 평가한 결과를 나타낸다.
표 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제조조건에 따라 500℃ 이상에서 시료 12B의 소결온도(Ts) 1050℃ 이하로 예열시켜 열간 소성 가공한 시료 12B1내지 12B6에서는, 모두가 500MPa를 월등하게 초과하는 인장강도 UTS와 6%를 월등하게 초과하는 충분한 신도를 나타낸다. 또한, 시료 4, 9 및 12에 대해 여러 가지 온도하에서 핫프레스를 실시하여 수득한 시료 4HP, 9HP 및 12HP도 우수한 기계적 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 이 핫프레스에서는, 질소 가스 속에서 6t/㎠의 면압이 30분간 부가된다.
한편, 본 발명에 속하지 않는 제조방법으로 형성된 비교 시료 12B7 내지 12B11에서는 이하와 같은 문제가 생긴다.
즉, 시료 12B7에서는, 예비가열온도가 500℃보다 낮은 400℃이기 때문에, 소결체의 치밀화가 곤란하여 열간 단조에 의한 소결체의 기계적 특성 향상의 효과가 적다.
시료 12B8에서는, 예비가열온도가 500℃보다 낮은 450℃이기 때문에, 압출시소결체가 다이에 가득찬다.
시료 12B9에서는, 예비가열온도가 소결온도(Ts) 1050℃를 초과하는 1100℃이기 때문에, 기계적 특성은 향상되나, 소결체의 수축이 생겨 치수 정확도가 악화된다.
시료 12B10에서는, 열간 단조시의 면압이 적어도 3t/㎠이기 때문에, 소결체의 치밀화가 곤란하며 단조에 의한 소결체의 기계적 특성 향상 효과가 거의 없다.
시료 12B11에서는, 열간 압출시의 압출비가 10 미만인 7이기 때문에, 소결체의 치밀화가 곤란하여 압출에 의한 소결체의 기계적 특성의 향상이 적다.
표 8에서는 열간 소성 가공이 실시되지 않은 표 7중의 시료 12B의 기계적 특성도 비교를 위해 나타내었다.
표 9는, 표 2 중의 시료 12에 대응하는 조성을 가진 경질 입자 분산형 복합 동합금 분말에 구상 흑연 분말, 인편상 흑연 분말 또는 팽창화 흑연 분말을 여러 가지 비율로 함유시킨 혼합 분말을 면압 7t/㎠의 조건하에서 형압시켜 성형한 경우에 압분체의 외관을 조사한 결과를 나타내고 있다. 이 표 9에서, 구상 흑연 분말의 함유율이 3 중량%를 초과하는 경우에는, 성형체에 흠이나 균열등이 발생하여 성형성이 저하됨을 알 수 있다. 한편, 인편상 흑연 분말 또는 팽창화 흑연 분말은 15 중량%까지의 범위 내에서 혼합 분말내에 함유시켜도 성형체의 흠이나 결함등을 발생시키지 않아서, 구상 흑연 분말에 비해 우수한 성형성을 가지고 있음을 알 수 있다.
표 10은, 표 9 중의 시료 61, 63 및 66의 성형체를 질소 가스 분위기 속에서 980℃ x 1h의 가열조건하에서 소결시킨 동계 소결 마찰재 시료 61A, 63A 및 66A의 마찰 미끄럼 특성을, 제4도에 나타낸 습식 마찰시험기를 사용하여 시험 개시 직후로부터 5초간격으로 동마찰계수의 변화를 측정한 결과로서 나타내고 있다. 이 경우의 마찰재 시료 61A, 63A 및 66A의 각각의 구멍율은 7용적%로 조정된다. 표 10에서, 구상 흑연 분말을 함유하는 시료 61A에 비해, 인편상 흑연 분말 또는 팽창화 흑연 분말을 함유하는 시료 63A 또는 66A는 시험 개시 후의 초기 단계에서 나타나는 마찰계수의 일시적인 상승현상(초기 적합 현상)을 거의 나타내지 않고, 미끄럼초기 단계에서부터 안정한 동마찰계수를 갖고 있음을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 유황을 함유하는 오일 속에서 황화 부식을 일으키지 않고, 습식 미끄럼하에서 약 0.2를 초과하는 한편 건식 미끄럼하에서 0.4를 초과하는 높은 마찰계수를 안정하게 유지할 수 있으며, 또한 이때 정지마찰계수와 동마찰계수와의 차이를 0.1 이하로 억제할 수 있어서 미끄럼시의 진동, 소리, 울림, 이음등의 문제를 해소할 수 있는 특징을 가진 소결 마찰재를 우수한 경제성으로 수득할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 수득되는 소결 마찰재는 마찰 미끄럼시에 상대물에 대한 공격성이 저하되는 한편, 상대물에 들어붙지 않고, 추가로 충분한 강도, 인성, 경도 등의 기계적 특성을 갖기 때문에, 단독으로 구조용 부재로서 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르는 소결 마찰재는 자동차의 변속기용 싱크로나이징 링, 브레이크재, 클러치재 등의 각종 마찰재로서 바람직하게 사용될 수 있다.

Claims (21)

  1. (a) Zn 및 Ni 하나 이상을 5 내지 40 중량% 포함하는 동합금(銅合金)소지(素地) 및 (b) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있으며, 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛이하인 경질 입자를 포함하는, 내황화부식성 및 내마모성이 탁월하며, 오일 속에서 강재를 상대물(counter part)로 하여 마찰 미끄럼시키는 경우의 마찰계수가 0.2 이상이고, 평균 직경이 30㎛ 이하인 균일하게 분산된 구멍의 공극률이 20용적% 이하이고, 인장 강도가 400MPa 이상인 소결 마찰재.
  2. (a) 5 내지 40 중량%의 Zn 및 Ni 하나 이상과 3 내지 20 중량%의 Sn을 포함하는 동합금 소지 및 (b) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로 하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있으며, 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛이하인 경질 입자를 포함하는, 내황화부식성 및 내마모성이 탁월하며, 오일 속에서 강재를 상대물로 하여 마찰 미끄럼시키는 경우의 마찰계수가 0.2 이상이고, 평균 직경이 30㎛ 이하인 균일하게 분산된 구멍의 공극률이 20용적% 이하이고, 인장 강도가 400MPa 이상인 소결 마찰재.
  3. (a) 5 내지 40 중량%의 Zn 및 Ni 하나 이상, 3 내지 20 중량%의 Sn과 1 내지 5 중량%의 Al 및 0.5 내지 3 중량%의 Pb중의 하나 이상을 포함하는 동합금 소지 및 (b) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하고 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있으며, 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛이하인 경질 입자를 포함하는, 내황화부식성 및 내마모성이 탁월하며, 오일 속에서 강재를 상대물로 하여 마찰 미끄럼시키는 경우의 마찰계수가 0.2 이상이고, 평균 직경이 30㎛ 이하인 균일하게 분산된 구멍의 공극률이 20용적% 이하이고, 인장 강도가 400MPa 이상인 소결 마찰재.
  4. (a) Zn 및 Ni 하나 이상을 5 내지 40 중량% 포함하는 동합금 소지 및 (b) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 철계 금속간 화합물 하나 이상과, 5 중량% 이하의 Al2O3입자를 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지 속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로 하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있으며, 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하인 경질 입자를 포함하는, 내황화부식성 및 내마모성이 탁월하며, 오일 속에서 강재를 상대물로 하여 마찰 미끄럼시키는 경우의 마찰계수가 0.2 이상이고, 평균 직경이 30㎛ 이하인 균일하게 분산된 구멍의 공극률이 20용적% 이하이고, 인장 강도가 400MPa 이상인 소결 마찰재.
  5. (a) Zn 및 Ni 하나 이상을 5 내지 40 중량% 포함하는 동합금 소지, (b) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있으며, 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛이하인 경질 입자 및 (c) 흑연, MoS2, CaF2및 BN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 고체 윤활제 3 중량% 이하를 포함하는, 내황화부식성 및 내마모성이 탁월하며, 오일 속에서 강재를 상대물로 하여 마찰 미끄럼시키는 경우의 마찰계수가 0.2 이상이고, 평균 직경이 30㎛ 이하인 균일하게 분산된 구멍의 공극률이 20용적% 이하이고, 인장 강도가 400MPa 이상인 소결 마찰재.
  6. (a) Zn 및 Ni 하나 이상을 5 내지 40 중량% 포함하는 동합금 소지, (b) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로 하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있으며, 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛이하인 경질 입자 및 (c) 천연 인편상 흑연 분말 및 두께 방향으로 팽창된 천연 인편상 흑연 분말로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 고체 윤활제 15 중량% 이하를 포함하는, 내황화부식성 및 내마모성이 탁월하며, 오일 속에서 강재를 상대물로 하여 미끄럼시키는 경우의 마찰계수가 0.2 이상이고, 평균 직경이 30㎛ 이하인 균일하게 분산된 구멍의 공극률이 20용적% 이하이고, 인장 강도가 400MPa 이상인 소결 마찰재.
  7. 제1항에 있어서, 소결 후에 열간 압출법, 열간 단조법, 핫프레스법 및 HIP법으로부터 선택된 하나 이상의 열간 소성 가공법에 의해 가공함으로써 500MPa 이상의 인장강도를 가짐을 특징으로 하는 소결 마찰재.
  8. (a) Zn 및 Ni 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 동합금 분말과, 혼합 분말 속에서의 경질 입자의 비율이 10 내지 30 중량%가 되도록 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하는 경질 입자를 혼합하여 혼합 분말을 제조하고, (b) 혼합 분말을, 기계적 합금화법(mechanical alloying method), 기계적 분쇄법(mechanical grinding method) 및 조립법(granulation)으로부터 선택된 하나의 혼합 분쇄 처리 수단에 의해 혼합 분말화시킴으로써, 경질 입자가 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하인 동시에 소지를 구성하는 복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있는 복합 동합금 분말[여기서, 복합 동합금 분말은, 각각의 입자가 장 직경(DL) 및 단 직경(DS)을 가지며, DL의 범위가 50 내지 300㎛이고 이의 종횡비(DL/DS)는 1 내지 5이며, 직경 2.5㎜인 오리피스관을 통한 시험에서 분말이 유동하기에 충분한 30sec/50g의 유동성을 나타낸다]을 제조한후, (c) 복합 동합금 분말을, 진밀도비(true density ratio)를 기준으로하여, 70% 이상 성형시키고, 분말 성형체를 불활성 가스 및 환원 가스를 하나 이상 포함 하는 대기 속에서 800 내지 1200℃의 온도 범위에서 30분 이상 소결시킴을 특징으로하여, (i) Zn 및 Ni 하나 이상을 5 내지 40 중량% 포함하는 동합금 소지 및 (ii) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지 속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있는 경질 입자를 포함하는, 내황화 부식성 및 내마모성이 탁월하며, 평균 직경이 30㎛ 이하인 구멍이 균일하게 분산되어 있으며 이의 공극률이 20용적% 이하인 소결 마찰재를 제조하는 방법.
  9. (a) Cu 분말 이외에 Zn 및 Ni 분말 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 금속 분말과, 혼합 분말 속에서의 경질 입자의 비율이 10 내지 30 중량%가 되도록 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하는 경질 입자를 혼합하여 혼합 분말을 제조하고, (b) 혼합 분말을, 기계적 합금화법, 기계적 분쇄법 및 조립법으로부터 선택된 하나의 혼합 분쇄 처리 수단에 의해 혼합 분말화시킴으로써, 경질 입자가 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하인 동시에 소지를 구성하는 복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있는 복합 동합금 분말[여기서, 복합 동합금 분말은, 각각의 입자가 장 직경(DL) 및 단 직경(DS)을 가지며, DL의 범위가 50 내지 300㎛이고, 이의 종횡비(DL/DS)는 1 내지 5이며, 직경 2.5㎜인 오리피스관을 통한 시험에서 분말이 유동하기에 충분한 30sec/50g의 유동성을 나타낸다]을 제조한 후, (c) 복합 동합금 분말을, 진밀도비를 기준으로하여, 70% 이상 성형시키고, 분말 성형체를 불활성 가스 및 환원 가스를 하나 이상 포함하는 대기 속에서 800 내지 1200℃의 온도 범위에서 30분 이상 소결시킴을 특징으로 하여, (i) Cu 분말 이외에 Zn 및 Ni 하나 이상을 5 내지 40 중량% 포함하는 동합금 소지 및 (ii) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나이상의 철계 금속간 화합물을 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있는 경질 입자를 포함하는 내황화 부식성 및 내마모성이 탁월하며, 평균 직경이 30㎛ 이하인 구멍이 균일하게 분산되어 있으며 이의 공극률이 20 용적% 이하인 소결 마찰재를 제조하는 방법.
  10. (a) Zn 및 Ni 하나 이상 5 내지 40 중량% 및 Sn 3 내지 20 중량%를 함유하는 동합금 분말과, 혼합 분말 속에서의 경질 입자의 비율이 10 내지 30 중량%가 되도록 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하는 경질 입자를 혼합하여 혼합 분말을 제조하고, (b) 혼합 분말을, 기계적 합금화법, 기계적 분쇄법 및 조립법으로부터 선택된 하나의 혼합 분쇄 처리 수단에 의해 혼합 분말화시킴으로써, 경질 입자가 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하인 동시에 소지를 구성하는 복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있는 복합 동합금 분말[여기서, 복합 동합금 분말은, 각각의 입자가 장 직경(DL) 및 단 직경(DS)을 가지며, DL의 범위가 50 내지 300㎛이고, 이의 종횡비(DL/DS)는 1 내지 5이며, 직경 2.5㎜인 오리피스관을 통한 시험에서 분말이 유동하기에 충분한 30sec/50g의 유동성을 나타낸다]을 제조한 후, (c) 복합 동합금 분말을, 진밀도비를 기준으로하여, 70% 이상 성형시키고, 분말 성형체를 불활성 가스 및 환원 가스를 하나 이상 포함하는 대기 속에서 800 내지 1200℃의 온도 범위에서 30분 이상 소결시킴을 특징으로 하여, (i) Zn 및 Ni 하나 이상 5 내지 40 중량% 및 Sn 3내지 20 중량%를 함유하는 동합금 소지 및 (ii) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지 속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로 하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있는 경질 입자를 포함하는, 내황화 부식성 및 내마모성이 탁월하며, 평균 직경이 30㎛ 이하인 구멍이 균일하게 분산되어 있으며 이의 공극률이 20용적% 이하인 소결 마찰재를 제조하는 방법.
  11. (a) Cu 분말 이외에 Zn 및 Ni 분말 하나 이상 5 내지 40 중량% 및 Sn 3 내지 20 중량%를 함유하는 금속 분말과, 혼합 분말 속에서의 경질 입자의 비율이 10 내지 30중량%가 되도록 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하는 경질 입자를 혼합하여 혼합 분말을 제조하고, (b) 혼합 분말을, 기계적 합금화법, 기계적 분쇄법 및 조립법으로부터 선택된 하나의 혼합 분쇄 처리 수단에 의해 혼합 분말화시킴으로써, 경질 입자가 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고, 평균 입자 직경이 10㎛ 이하인 동시에 소지를 구성하는 복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있는 복합 동합금 분말[여기서, 복합 동합금 분말은, 각각의 입자가 장 직경(DL) 및 단 직경(DS)을 가지며, DL의 범위가 50 내지 300㎛이고 이의 종횡비(DL/DS)는 1 내지 5이며, 직경 2.5㎜인 오리피스관을 통한 시험에서 분말이 유동하기에 충분한 30sec/50g의 유동성을 나타낸다]을 제조한후, (c) 복합 동합금 분말을, 진밀도비를 기준으로 하여, 70% 이상 성형시키고, 분말 성형체를 불활성 가스 및 환원 가스를 하나 이상 포함하는 대기 속에서 800 내지 1200℃의 온도 범위에서 30분 이상 소결시킴을 특징으로 하여, (i) Cu 분말 이외에 Zn 및 Ni 분말 하나 이상 5 내지 40 중량% 및 Sn 3 내지 20 중량%를 함유하는 동합금 소지 및 (ii) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하고, 소지를 구성 하는 구복합 동합금 분말 소지 속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로 하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있는 경질 입자를 포함하는 내황화 부식성 및 내마모성이 탁월하며, 평균 직경이 30㎛ 이하인 구멍이 균일하게 분산되어 있으며 이의 공극률이 20용적% 이하인 소결 마찰재를 제조하는 방법.
  12. (a) Zn 및 Ni 하나 이상을 5 내지 40 중량% 및 Sn 3 내지 20 중량%와, Si 1 내지 5 중량%, Al 0.1 내지 5 중량% 및 Pb 0.5 내지 3 중량%로부터 선택된 하나 이상을 함유하는 동합금 분말과, 혼합 분말 속에서의 경질 입자의 비율이 10 내지 30 중량%가 되도록 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하는 경질 입자를 혼합하여 혼합 분말을 제조하고, (b) 혼합 분말을, 기계적 합금화법, 기계적 분쇄법 및 조립법으로부터 선택된 하나의 혼합 분쇄 처리 수단에 의해 혼합 분말화시킴으로써, 경질 입자가 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하인 동시에 소지를 구성하는 복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있는 복합 동합금 분말[여기서, 복합 동합금 분말은, 각각의 입자가 장 직경(DL) 및 단 직경(DS)을 가지며, DL의 범위가 50 내지 300㎛이고 이의 종횡비(DL/DS)는 1 내지 5이며, 직경 2.5㎜인 오리피스관을 통한 시험에서 분말이 유동하기에 충분한 30sec/50g의 유동성을 나타낸다]을 제조한 후, (c) 복합 동합금 분말을, 진밀도비를 기준으로하여, 70% 이상 성형시키고, 분말 성형체를 불활성 가스 및 환원 가스를 하나 이상 포함하는 대기 속에서 800 내지 1200℃의 온도 범위에서 30분 이상 소결시킴을 특징으로 하여, (i)Zn 및 Ni 하나 이상 5 내지 40 중량% 및 Sn 3 내지 20 중량%와, Si 1 내지 5 중량%, Al 0.1 내지 5 중량% 및 Pb 0.5 내지 3 중량%로부터 선택된 하나 이상을 함유하는 동합금 소지 및 (ii) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지 속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로 하여 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있는 경질 입자를 포함하는, 내황화 부식성 및 내마모성이 탁월하며, 평균 직경이 30㎛ 이하인 구멍이 균일하게 분산되어 있으며 이의 공극률이 20용적% 이하인 소결 마찰재를 제조하는 방법.
  13. (a) Cu 분말 이외에 Zn 및 Ni 분말 하나 이상 5 내지 40 중량% 및 Sn 3 내지 20 중량%와, Si 1 내지 5 중량%, Al 0.1 내지 5 중량% 및 Pb 0.5 내지 3중량%로부터 선택된 하나 이상을 함유하는 금속 분말과, 혼합 분말 속에서의 경질 입자의 비율이 10 내지 30중량%가 되도록 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하는 경질 입자를 혼합하여 혼합 분말을 제조하고, (b) 혼합 분말을, 기계적 합금화법, 기계적 분쇄법 및 조립법으로부터 선택된 하나의 혼합 분쇄 처리 수단에 의해 혼합 분말화시킴으로써, 경질 입자가 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하인 동시에 소지를 구성하는 복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있는 복합 동합금 분말[여기서, 복합 동합금 분말은, 각각의 입자가 장 직경(DL) 및 단 직경(DS)을 가지며, DL의 범위가 50 내지 300㎛이고 이의 종횡비(DL/DS)는 1 내지 5이며 직경 2.5㎜인 오리피스관을 통한 시험에서 분말이 유동하기에 충분한 30sec/50g의 유동성을 나타낸다]을 제조한 후, (c) 복합 동합금 분말을, 진밀도비를 기준으로하여, 70% 이상 성형시키고, 분말 성형체를 불활성 가스 및 환원 가스를 하나 이상 포함하는 대기 속으로 800 내지 1200℃의 온도 범위에서 30분 이상 소결시킴을 특징으로 하여, (i) Cu 분말 이외에 Zn 및 Ni 분말 하나 이상 5 내지 40 중량% 및 Sn 3 내지 20 중량%와, Si 1 내지 5 중량%, Al 0.1 내지 5 중량% 및 Pb 0.5 내지 3 중량%로부터 선택된 하나 이상을 함유하는 동합금 소지 및 (ii) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지 속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있는 경질 입자를 포함하는, 내황화 부식성 및 내마모성이 탁월하며, 평균 직경이 30㎛ 이하인 구멍이 균일하게 분산되어 있으며 이의 공극률이 20용적% 이하인 소결 마찰재를 제조하는 방법.
  14. (a) Zn 및 Ni 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 동합금 분말과, 혼합 분말 속에서의 경질 입자의 비율이 10 내지 30 중량%가 되도록 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 철계 금속간 화합물 하나 이상과 5 중량% 이하의 Al2O3입자를 포함하는 경질 입자를 혼합하여 혼합 분말을 제조하고, (b) 혼합 분말을, 기계적 합금화법, 기계적 분쇄법 및 그 조립법으로부터 선택된 하나의 혼합 분쇄 처리 수단에 의해 혼합 분말화시킴으로써, 경질 입자가 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하인 동시에 소지를 구성하는 복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있는 복합 동합금 분말[여기서, 복합 동합금 분말은, 각각의 입자가 장 직경(DL) 및 단 직경(DS)을 가지며, DL의 범위가 50 내지 300㎛이고 이의 종횡비(DL/DS)는 1 내지 5이며, 직경 2.5㎜인 오리피스관을 통한 시험에서 분말이 유동하기에 충분한 30sec/50g의 유동성을 나타낸다]을 제조한 후, (c) 복합 동합금 분말을, 진밀도비를 기준으로하여, 70% 이상 성형시키고, 분말 송형체를 불활성 가스 및 환원 가스를 하나 이상 포함하는 대기 속에서 800 내지 1200℃의 온도 범위에서 30분 이상 소결시킴을 특징으로 하여, (i) Zn 및 Ni 하나 이상을 5 내지 40 중량% 포함하는 동합금 소지 및(ii) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 철계 금속간 화합물 하나 이상과 5 중량% 이하의 Al2O3입자를 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지 속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있는 경질 입자를 포함하는, 내황화 부식성 및 내마모성이 탁월하며, 평균직경이 3㎛ 이하인 구멍이 균일하게 분산되어 있으며 이의 공극률이 20용적% 이하인 소결 마찰재를 제조하는 방법.
  15. (a) Cu 분말 이외에 Zn 및 Ni 분말 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 금속 분말과, 혼합 분말 속에서의 경질 입자의 비율이 10 내지 30 중량%가 되도록 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 철계 금속간 화합물 하나 이상과 5 중량% 이하의 Al2O3입자를 포함하는 경질 입자를 혼합하여 혼합 분말을 제조하고, (b) 혼합 분말을, 기계적 합금화법, 기계적 분쇄법 및 조립법으로부터 선택된 하나의 혼합 분쇄 처리 수단에 의해 혼합 분말화시킴으로써, 경질 입자가 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하인 동시에 소지를 구성하는 복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있는 복합 동합금 분말[여기서, 복합 동합금 분말은, 각각의 입자가 장 직경(DL) 및 단 직경(DS)을 가지며, DL의 범위가 50 내지 300㎛이고 이의 종횡비(DL/DS)는 1 내지 5이며, 직경 2.5㎜인 오리피스관을 통한 시험에서 분말이 유동하기에 충분한 30sec/50g의 유용성을 나타낸다]을 제조한 후, (c) 복합 동합금 분말을, 진밀도비를 기준으로하여, 70% 이상 성형시키고, 분말 성형체를 불활성 가스 및 환원 가스를 하나 이상 포함하는 대기 속에서 800 내지 1200℃의 온도 범위에서 30분 이상 소결시킴을 특징으로 하여, (i) Cu 분말 이외에 Zn 및 Ni 분말 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 동합금 소지 및 (ii) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 철계 금속간 화합물 하나 이상과 5 중량% 이하의 Al2O3입자를 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지 속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있는 경질 입자를 포함하는 내황화 부식성 및 내마모성이 탁월하며, 평균 직경이 30㎛ 이하인 구멍이 균일하게 분산되어 있으며 이의 공극률이 20용적% 이하인 소결 마찰재를 제조하는 방법.
  16. (a) Zn 및 Ni 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 동합금 분말, 혼합 분말 속에서의 경질 입자의 비율이 10 내지 30 중량%가 되도록 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포합하는 경질 입자 및 흑연, MoS2, CaF2및 BN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 고체 윤활제 3 중량% 이하를 혼합하여 혼합 분말을 제조하고, (b) 혼합 분말을, 기계적 합금화법, 기계적 분쇄법 및 조립법으로부터 선택된 하나의 혼합 분쇄 처리 수단에 의해 혼합 분말화시킴으로써, 경질 입자가 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하인 동시에 소지를 구성하는 복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있는 복합 동합금 분말[여기서, 복합 동합금 분말은, 각각의 입자가 장 직경(DL) 및 단 직경(DS)을 가지며, DL의 범위가 50 내지 300㎛이고 이의 종횡비(DN/DS)는 1 내지 5이며, 직경 2.5㎜인 오리피스관을 통한 시험에서 분말이 유동하기에 충분한 30sec/50g의 유동성을 나타낸다]을 제조한 후, (c) 복합 동합금 분말을, 진밀도비를 기준으로 하여, 70% 이상 성형시키고, 분말 성형체를 불활성 가스 및 환원 가스를 하나 이상 포함하는 대기 속에서 800 내지 1200℃의 온도 범위에서 30분 이상 소결시킴을 특징으로 하여, (i) Zn 및 Ni 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 동합금 소지, (ii) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지 속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있는 경질 입자 및 (iii) 흑연, MoS2, CaF2및 BN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 고체 윤활제 3 중량% 이하를 포함하는, 내황화 부식성 및 내마모성이 탁월하며, 평균 직경이 30㎛ 이하인 구멍이 균일하게 분산되어 있으며 이의 공극률이 20용적% 이하인 소결 마찰재를 제조하는 방법.
  17. (a) Cu 분말 이외에 Zn 및 Ni 분말 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 금속 분말, 혼합 분말 속에서의 경질 입자의 비율이 10 내지 30 중량%가 되도록 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하는 경질 입자 및 흑연, MoS2, CaF2및 BN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 고체 윤활제 3 중량% 이하를 혼합하여 혼합 분말을 제조하고, (b) 혼합 분말을, 기계적 합금화법, 기계적 분쇄법 및 조립법으로부터 선택된 하나의 혼합 분쇄 처리 수단에 의해 혼합 분말화시킴으로써, 경질 입자가 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하인 동시에 소지를 구성하는 복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있는 복합 동합금 분말[여기서, 복합 동합금 분말은, 각각의 입자가 장 직경(DL) 및 단 직경(DS)을 가지며, DL의 범위가 50 내지 300㎛이고 이의 종횡비(DL/DS)는 1 내지 5이며, 직경 2.5㎜인 오리피스관을 통한 시험에서 분말이 유동하기에 충분한 30sec/50g의 유동성을 나타낸다]을 제조한 후, (c) 복합 동합금 분말을, 진밀도비를 기준으로하여, 70% 이상 성형시키고, 분말 성형제를 불활성 가스 및 환원 가스를 하나 이상 포함하는 대기 속에서 800 내지 1200℃의 온도 범위에서 30분 이상 소결시킴을 특징으로 하여, (i) Cu 분말 이외에 Zn 및 Ni 분말 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 동합금 소지, (ii) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지 속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있는 경질 입자 및 (iii) 흑연, MoS2, CaF2및 BN으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 고체 윤활제 3 중량% 이하를 포함하는, 내황화 부식성 및 내마모성이 탁월하며, 평균 직경이 30㎛ 이하인 구멍이 균일하게 분산되어 있으며 이의 공극률이 20용적% 이하인 소결 마찰재를 제조하는 방법.
  18. (a) Zn 및 Ni 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 동합금 분말, 혼합 분말 속에서의 경질 입자의 비율이 10 내지 30중량%가 되도록 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하는 경질 입자, 및 천연 인편상 흑연 분말 및 두께 방향으로 팽창된 천연 인편상 흑연 분말로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 고체 윤활제 15중량% 이하를 혼합하여 혼합 분말을 제조하고, (b) 혼합 분말을, 기계적 합금화법, 기계적 분쇄법 및 조립법으로부터 선택된 하나의 혼합 처리 수단에 의해 혼합 분말화시킴으로써, 경질 입자가 최대입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하인 동시에 소지를 구성하는 복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있는 복합 동합금 분말[여기서, 복합 동합금 분말은, 각각의 입자가 장 직경(DL) 및 단 직경(DS)을 가지며, DL의 범위가 50 내지 300㎛이고 이의 종횡비(DL/DS)는 1 내지 5이며, 직경 2.5㎜인 오리피스관을 통한 시험에서 분말이 유동하기에 충분한 30sec/50g의 유동성을 나타낸다]을 제조한 후, (c) 복합 동합금 분말을, 진밀도비를 기준으로하여, 70% 이상 성형시키고, 분말 성형체를 불활성 가스 및 환원 가스를 하나 이상 포함하는 대기 속에서 800 내지 1200℃의 온도 범위에서 30분 이상 소결시킴을 특징으로 하여, (i) Zn 및 Ni 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 동합금 소지, (ii) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지 속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있는 경질 입자 및 (iii) 천연 인편상 흑연 분말 및 두께 방향으로 팽창된 천연 인편상 흑연 분말로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 고체 윤활제 15 중량% 이하를 포함하는, 내황화 부식성 및 내마모성이 탁월하며, 평균 직경이 30㎛ 이하인 구멍이 균일하게 분산되어 있으며 이의 공극률이 20용적% 이하인 소결 마찰재를 제조하는 방법.
  19. (a) Cu 분말 이외에 Zn 및 Ni 분말 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 금속 분말, 혼합 분말 속에서의 경질 입자의 비율이 10 내지 30중량%가 되도록 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 철계 금속간 화합물 하나 이상을 포함하는 경질 입자, 및 천연 인편상 흑연 분말 및 두께 방향으로 팽창된 천연 인편상 흑연 분말로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 고체 윤활제 15 중량% 이하를 포함하는 경질 입자를 혼합하여 혼합 분말을 제조하고, (b) 혼합 분말을, 기계적 합금화법, 기계적 분쇄법 및 조립법으로부터 선택된 하나의 혼합 분쇄 처리 수단에 의해 혼합 분말화시킴으로써, 경질 입자가 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하인 동시에 소지를 구성하는 복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있는 복합 동합금 분말[여기서, 복합 동합금 분말은, 각각의 입자가 장 직경(DL) 및 단 직경(DS)을 가지며, DL의 범위가 50 내지 300㎛이고 이의 종횡비(DL/DS)는 1 내지 5이며, 직경 2.5㎜인 오리피스관을 통한 시험에서 분말이 유동하기에 충분한 30sec/50g의 유동성을 나타낸다]을 제조한 후, (c) 복합 동합금 분말을, 진밀도비를 기준으로하여, 70% 이상 성형시키고, 분말 성형체를 불활성 가스 및 환원 가스를 하나 이상 포함하는 대기 속에서 800 내지 1200℃의 온도 범위에서 30분 이상 소결시킴을 특징으로 하여, (i) Cu 분말 이외에 Zn 및 Ni 분말 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 동합금 소지, (ii) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 철계 금속간 화합물을 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지 속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로 하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있는 경질 입자 및 (iii) 천연 인편상 흑연 분말 및 두께 방향으로 팽창된 천연 인편상 흑연 분말로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 고체 윤활제 15 중량% 이하를 포함하는, 내황화 부식성 및 내마모성이 탁월하며, 평균 직경이 30㎛ 이하인 구멍이 균일하게 분산되어 있으며 이의 공극률이 20용적% 이하인 소결 마찰재를 제조하는 방법.
  20. (a) Zn 및 Ni 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 동합금 분말과, 혼합분말 속에서의 경질 입자의 비율이 10 내지 30중량%가 되도록 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하는 경질 입자를 혼합하여 혼합 분말을 제조하고, (b) 혼합 분말을, 기계적 합금화법, 기계적 분쇄법 및 조립법으로부터 선택된 하나의 혼합 분쇄 처리 수단에 의해 혼합 분말화시킴으로써, 경질 입자가 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하인 동시에 소지를 구성하는 복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있는 복합 동합금 분말[여기서, 복합 동합금 분말은, 각각의 입자가 장 직경(DL) 및 단 직경(DS)을 가지며, DL의 범위가 50 내지 300㎛이고 이의 종횡비(DL/DS)는 1 내지 5이며, 직경 2.5㎜인 오리피스관을 통한 시험에서 분말이 유동하기에 충분한 30sec/50g의 유동성을 나타낸다]을 제조하고, (c) 복합 동합금 분말을, 진밀도비를 기준으로하여, 70% 이상 성형시키고, 분말 성형체를 불활성 가스 및 환원 가스를 하나 이상 포함하는 대기 속에서 800 내지 1200℃의 온도 범위에서 30분 이상 소결시키고, (d) 소결체를 환원 가스 대기 속에서 500℃ 이상 소결 온도(Ts) 이하의 온도로 가열시킨 후 즉시 5 내지 8t/㎠의 압력 범위에서 열간 단조시키거나 10 이상의 압출비로 열간 압출시켜 이의 기계적 특성을 향상시킴을 특징으로 하여, (i) Zn 및 Ni 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 동합금 소지 및 (ii) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지 속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있는 경질 입자를 포함하는 내황화 부식성 및 내마모성이 탁월하며, 평균 직경이 30㎛ 이하인 구멍이 균일하게 분산되어 있으며 이의 공극률이 20용적% 이하인 소결 마찰재를 제조하는 방법.
  21. (a) Cu 분말 이외에 Zn 및 Ni 분말 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 금속 분말과, 혼합 분말 속에서의 경질 입자의 비율이 10 내지 30 중량%가 되도록 FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하는 경질 입자를 혼합하여 혼합 분말을 제조하고, (b) 혼합 분말을, 기계적 합금화법, 기계적 분쇄법 및 조립법으로부터 선택된 하나의 혼합 분쇄 처리 수단에 의해 혼합 분말화시킴으로써, 경질 입자가 최대 입자 직경이 25㎛ 이하이고 평균 입자 직경이 10㎛ 이하인 동시에 소지를 구성하는 복합 동합금 분말 소지 내에 균일하게 분산되어 있는 복합 동합금 분말[여기서, 복합 동합금 분말은, 각각의 입자가 장 직경(DL) 및 단 직경(DS)을 가지며, DL의 범위가 50 내지 300㎛이고 이의 종횡비(DL/DS)는 1 내지 5이며, 직경 2.5㎜인 오리피스관을 통한 시험에서 분말이 유동하기에 충분한 30sec/50g의 유동성을 나타낸다]을 제조하고, (c) 복합 동합금 분말을, 진밀도비를 기준으로하여, 70% 이상 성형시키고, 분말 성형체를 불활성 가스 및 환원 가스를 하나 이상 포함하는 대기 속에서 800 내지 1200℃의 온도 범위에서 30분 이상 소결시키고, (d) 소결체를 환원 가스 대기 속에서 500℃ 이상 소결 온도(Ts) 이하의 온도로 가열시킨 후 즉시 5 내지 8t/㎠의 압력 범위에서 열간 단조시키거나 10 이상의 압출비로 열간 압출시켜 이의 기계적 특성을 향상시킴을 특징으로 하여, (i) Cu 분말 이외에 Zn 및 Ni 분말 하나 이상을 5 내지 40 중량% 함유하는 동합금 소지 및 (ii) FeMo, FeCr, FeTi, FeW 및 FeB로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 철계 금속간 화합물을 포함하고, 소지를 구성하는 구복합 동합금 분말 소지 속에 균일하게 분산되어 있고, 마찰재의 중량을 기준으로하여, 10 내지 30 중량%의 양으로 함유되어 있는 경질 입자를 포함하는, 내황화 부식성 및 내마모성이 탁월하며, 평균 직경이 30㎛ 이하인 구멍이 균일하게 분산되어 있으며 이의 공극률이 20용적% 이하인 소결 마찰재를 제조하는 방법.
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