KR100235835B1 - 미끄럼표면 베어링물질의 제조방법 - Google Patents

Abstract

14 내지 18 중량%의 주석, 1.7 내지 2.3 중량%의 구리, 및 나머지량의 알루미늄으로 구성되는 알루미늄-기재 베어링 물질층(3)과 스틸 지지칭(1)으로 구성되는 미끄럼 표면 베어링용 물질을 2 내지 12 시간 동안 200℃ 내지 220℃의 온도에서 열처리하는 것을 특징으로 하는, 부가적으로 전기 도금된 미끄럼 표면층을 포함하지 않는 새로운 미끄럼 표면 베어링용 물질의 제조 방법을 제공한다.

Description

미끄럼 표면 베어링 물질의 제조 방법

제1도는 미끄럼 표면 베어링으로 사용하기 위한 본 발명에 따른 3층 물질 구조를 나타내는 현미경 사진이다.

제2도는 195℃에서 6시간 동안 열처리하여 제조된 알루미늄 기재 베어링 물질의 단면을 나타내는 현미경 사진이다.

제3도는 본 발명에 따라 215℃에서 4시간 동안 열처리한 알루미늄 기재 베어링 물질의 단면을 나타내는 현미경 사진이다.

제4도는 245℃에서 4시간 동안 열처리하여 제조된 알루미늄 기재 베어링 물질의 단면을 나타내는 현미경 사진이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 스틸 지지층 2 : 순수 알루미늄층,

3 : 피복된 알루미늄-기재 베어링 물질층

본 발명은 스틸 지지층 및 피복된 알루미늄-기재 베어링 물질층으로 이루어진 미끄럼 표면 베어링용 재료에 관한 것이다.

부품들, 특히 크랭크축 및 연결봉과 같은 내연 기관에서와 같은 부품들을 이동시키기 위한 베어링이 직면하는 복잡한 요구 사항들은, 미끄럼 표면 베어링용 다층 재료의 사용을 필요로 한다. 그러한 재료는 스틸 지지층 및 베어링 물질 피복층으로 이루어진다. 상기 부품들 사이에 부가적인 층이 임의로 제공될 수 있다. 스틸과 알루미늄-기재 베어링 물질의 조합은, 특히 상대적으로 높은 하중 하에서 사용함에 있어서 특히 만족스러운 것으로 입증되었으며, 모든 공정 조건 하에서 적절한 기능적 신뢰도를 가지며, 또한 상대적으로 낮은 비용을 발생시킬 수 있다. 현대의 내연 기관의 크랭크축 및 연결봉 베어링들과 같은 경우에 발생하는 것과 같은 높은 미끄럼 속도에서, 대부분의 경우 PbSn10Cu로 이루어지는 전기 도금된 미끄럼 표면층이 부가적으로 요구된다. ISO 4383 표준에서는, 미끄럼 표면 베어링용 롤드 부싱(rolled bushings)의 제조를 위하여 사용하기 위한 AlSn20Cu 물질 및 17.5 내지 22.5중량%의 주석, 0.5 내지 1.3중량%의 구리, 및 나머지량의 알루미늄으로 구성된 조성물을 가지는 알루미늄-기재 베어링 물질을 기재하고 있다. 그 합금은 또한 0.7%이하의 Si, 0.1%의 Mg, 0.1%의 Ni, 0.2%의 Ti, 0.7%의 Fe, 0.7%의 Mn, 및 총 0.5%의 기타 원소들을 함유할 수 있다. 그러한 알루미늄-기재 베어링 물질은 스틸 지지층을 또한 포함하여 구성되는 복합재 내에서 더욱 중요해지는데, 그것은 그러한 베어링 물질은 대부분의 경우 미끄럼지지층에 대한 요구가 없는 내연 기관용 베어링에서 사용될 수 있기 때문이다. 그러나, 그러한 잇점은 미끄럼 표면 베어링용으로 그러한 물질로 제조된 베어링 요소의 운반 용량의 감소와 관련된다.

35 내지 45N/㎟에 달할 때, 그것의 피로 한계(fatigue limit)는 스틸과 납 브론즈를 포함하여 구성되며 또한 종종 내연 기관에서 베어링 재료로서 사용되는 베어링 물질의 그것 보다 더 낮다. 베어링 물질 스틸/AlSn20Cu 로 제조된 베어링 요소 및 마찰 와셔들은 우수한 미끄럼 특성과 비교적 낮은 마멸도를 가지며, 40N/㎟이하의 중용 하중 하에 사용하기에 매우 적합하다. 그들은 또한 주변-운반 요소들에 대한 높은 내성 및 마멸에 의해 형성되는 스코어에서 우수한 자가 회복 특성을 가진다.

본 발명의 목적은, 미끄럼 표면 베어링으로 사용하기 위하여 스틸층 및 미세하게 분쇄된 주석을 포함하는 알루미늄-구리 매트릭스로 제조된 피복된 베어링 물질층을 포함하는 물질을 제공하는 것으로서, 이 때 그것은 부가의 전기 도금된 미끄럼 표면층(피복층)을 필요로 하지 않으며, 적어도 55N/㎟의 피로 한계를 가지며, 또한 기계적 기술의 측면과는 또다른 측면에 있어서, 미끄럼 표면 베어링으로 사용하기 위한 AlSn20Cu 및 스틸로 구성되는 물질의 우수한 특성들을 가진다.

본원 발명은 이와같은 목적을 달성하기 위하여,

14 내지 18중량%의 주석,1.7 내지 2.3중량%의구리, 및 나머지량의 알루미늄으로 구성되는 알루미늄 기재 베어링 물질과 스틸지지층으로 구성되는 미끄럼 표면 베어링용 물질을 2 내지 12시간 동안 200℃ 내지 220℃의 온도에서 열처리하는 것을 특징으로 하는, 부가적으로 전기 도금된 미끄럼 표면층을 포함하지 않는 새로운 미끄럼 표면 베어링용 물질의 제조 방법을 제공한다.

이와 같은 특징 및 바람직한 부가적인 특징들이 본원 청구범위 제1항 및 종속항들에 서술되어 있다.

청구범위 제1항에 기재되어 있는 상기와 같은 특징적인 제조 방법에 의하여, 본원 발명은 적어도 55N/㎟의 피로 한계를 가지는 새로운 미끄럼 표면 베어링 물질을 제공하게 되었으며, 이러한 본원 발명의 효과는, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 후술하는바와 같이, 열처리 후 알루미늄-기재 베어링 물질 내 상기 주석의 특징적인 분포에 따른 것으로 생각된다.

청구범위 제2항에 기재된 바람직한 부가적인 방법에 의하면, 상기 알루미늄-기재 베어링 물질은 또한 0.05 내지 0.2중량%의 티타늄을 더욱 포함할 수 있는데, 이러한 양의 티타늄은 알루미늄 결정 구조에 있어서 작은 입자크기를 야기함으로써, 미세한 입자 구조를 이루기 위하여 합금에 사용되는 성분으로서 공지되어 있다.

청구범위 제3항에 기재된 바람직한 부가적인 방법에 따르면, 본원 발명의 미끄럼 표면 베어링용 물질은 또한 스틸 지지층 및 도금된 베어링 물질층 사이에 0.01 내지 0.05㎜의 두께를 갖는 순수한 알루미늄층을 부가적으로 포함하여 구성될 수 있는데, 순수한 알루미늄층이 상기한 같은 적절한 두께로서 베어링 물질층과 스틸층 사이에 제공되는 경우 피복될 베어링 물질층이 스틸층에 더욱 잘 결합할 수 있도록 도와주는 역할을 하며, 이러한 사실은 당업자에게 널리 공지되어 있다.

본 발명에 따른 미끄럼 표면 베어링으로 사용하기 위한 물질의 제조를 위하여, 연속적인 공정에서, 냉각-롤 스틸 스트립 및 냉각-롤 알루미늄-기재 베어링 물질 스트립을 그리스(grease)를 제거하고, 연마 또는 브러싱(brushing)하고, 또한 피복 롤링 밀 내에서 함께 접착시킨다. 롤링 밀에서의 피복 동안에, 스틸 및 알루미늄-기재 베어링 물질은 압력 하에 서로 다른 정도로 변형된다. 결과적인 상대적 이동은 상기 두 물질의 부품이 마찰 용접에 의하여 접착되도록 한다.

스틸 및 알루미늄-기재 베어링 물질의 변형은 적어도 45%에 이른다. 스틸 및 알루미늄-기재 베어링 물질의 스트립이 냉각되고 감겨지면, 그 스트립은 200℃ 내지 220℃ 의 온도에서 2 시간 내지 12 시간 동안 열처리되고, 이로 인하여 스틸과 알루미늄 베어링 물질 사이의 접착은 확산 공정에 의하여 강화되며, 종래에 일반적으로 띠 형태로 알루미늄-구리 매트릭스 내에 존재하던 주석이 매트릭스 내에 아주 미세하게 분산된 상태로 존재하는 것으로 생각된다.

이하, 본원 명세서에 첨부된 도면 중 제1도를 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 알루미늄-기재 베어링 물질을 일반적으로 스틸 지지층(1) 상에 부가적으로 제공되는 0.03㎜ 의 두께를 가지는 순수한 알루미늄층(2)을 포함하며, 이는 또한 15중량% 의 주석, 1.9중량% 의 구리, 0.1중량%의 티타늄, 및 나머지량의 알루미늄으로 구성되는 알루미늄-기재 베어링 물질층(3)에 의하여 피복된다.

제2도 내지 제4도는 상기와 같은 조성을 가지는 베어링용 물질을 본원 발명에 따른 온도 범위에서 열처리한 후, 및 이보다 낮거나 높은 온도 범위에서 열처리한 후의 물질의 단면을 찍은 현미경 사진들로서, 이들에 의하여 각 표본 내에 존재하는 주석의 분산 상태를 잘 비교할 수 있다.

구체적으로, 제2도는 195℃에서 6 시간 동안 열처리한 후 의 상기 물질의 단면을 나타낸 사진이다. 상기 도면에서, 주석은 띠 모양으로 연장된 배열을 이루고 있는데(검은 선으로 나타낸 부분), 이와 같은 주석의 분포는 종래 알루미늄-기재 베어링 물질 사이에 미세한 틈을 야기하고, 그리하여 물질이 쪼개질 수 있게 하는 낮은 피로 한계를 가지도록 하는 것으로 생각된다.

그러나, 200℃에서의 열처리의 시작과 함께, 상기 제2도에 나타난 것과 같은 띠 모양의 주석 배열은 용해되어 제3도에 나타난 바와 같이 점과 같이 미세하게 분산됨을 알 수 있었다. 제3도는 본원 발명에 따라 215℃에서 4 시간 동안 열처리한 표본의 단면을 나타낸는 사진으로서, 여기서 주석은 더 이상 띠 모양의 응집체로서 존재하지 않으며, 이들은 미세하게 분산되어 있다. 이와 같은 분산은 베어링 물질의 경도가 55HB에 이르도록 하며, 더 이상 물질 내부에 미세한 틈이나 균열이 생기지 않도록 하고, 따라서 이로부터 제조된 베어링 물질은 보다 높은 피로 한계를 가지게 된다.

본원 발명에 따른 베어링 물질에서의 주석 분산의 잇점은 오직 약 220℃까지의 열처리 온도에서만 얻어질 수 있음을 발견하였는데, 245℃ 와 같은 실질적으로 보다 높은 온도에서 4 시간 동안 열처리한 경우, 주석은 큰 방울 또는 거품 모양의 응집체로서 존재함을 발견하였다(제4도를 참조하라). 이로부터 제조된 베어링 물질의 경도는 40HB까지 낮아지고, 피로 한계도 실질적으로 55N/㎟ 보다 낮아졌다.

따라서, 본원 발명에 따른 특징적인 제조 방법에서와 같이, 미끄럼 표면 베어링용 물질을 200℃ 내지 220℃ 의 온도 범위에서 2 시간 내지 12 시간 동안 열처리하는 것은, 부가적으로 전기 도금된 미끄럼 표면층을 적용하지 않더라도 보다 높은 피로 한계를 가지는 베어링 물질을 제조하기 위한 결정적인 요소이며, 이러한 온도 범위 밖의 온도, 즉 그 이상의 온도 또는 그 이하의 온도에서는 이와 같은 효과를 기대할 수 없음을 알 수 있다.

Claims (4)

14 내지 18중량% 의 주석, 1.7 내지 2.3중량% 의 구리, 및 나머지양의 알루미늄으로 구성되는 알루미늄-기재 베어링 물질층(3)과 스틸 지지층(1)으로 구성되는 미끄럼 표면 베어링용 물질을 2 내지 12 시간 동안 200℃ 내지 220℃ 의 온도에서 열처리하는 것을 특징으로 하는, 부가적으로 전기 도금된 미끄럼 표면층을 포함하지 않는 새로운 미끄럼 표면 베어링용 물질의 제조 방법.

제1항에 있어서, 알루미늄-기재 베어링 물질층(3)이 0.05 내지 0.2 중량%의 티타늄을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.

제1항 또는 제2항에 있어서, 스틸 지지층(1) 및 피복된 알루미늄 -기재 베어링 물질층(3) 사이에 0.01 내지 0.05㎜의 두께를 갖는 순수한 알루미늄층(2)을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.

제1항 내지 제3항 중 임의의 한 항에 따른 방법으로 제조된 미끄럼 표면 베어링 물질로 구성된 미끄럼 표면 베어링.