KR100545731B1 - 저널 베어링용 은-함유 구리합금 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베어링 구조체에 사용이 적당한 구리계열 합금에 관한 것이다. 구리계열 합금은 대략 15 wt% 내지 90 wt%, 바람직하게는 대략 50 wt% 내지 60 wt%의 은(silver) 및 필수적으로 구리인 나머지로 구성된다. 구리계열 합금은 부싱과 같은 베어링 구조체에 사용되는 구성부품의 표면에 유익하게 적용된다.

구리계열 합금, 은, 부싱, 용융시작온도, 열전도율, 감마력

Description

저널 베어링용 은-함유 구리합금{SILVER CONTAINING COPPER ALLOYS FOR JOURNAL BEARINGS}

도 1은 본 발명에 따른 구리합금 코팅을 구비하는 베어링 구조체를 도시한 단면도.

본 발명은 부싱(bushing)과 같은 베어링 구성부품의 표면에 적용되는 은-함유 구리합금코팅 및 베어링 구성부품에 코팅을 실시하는 방법에 관한 것이다.

저널 베어링은 회전하는 부품의 구조적 지지체로서 사용된다. 저널 베어링 재료에 관한 중요한 요구조건은 감마력(lubricity), 높은 열전도율 및 피로강도를 포함한다. 일반적인 금속 저널 베어링 재료는 주석, 납, 알루미늄 및 구리를 포함한다. 팬 구동 기어시스템(fan drive gear system)의 저널 베어링용으로 특별한 관심의 대상이 되는 것은 21% 에서 30%의 납을 포함하는 구리합금이다. 이 구리합금의 감마력은 구리 기지(matrix)에 균일하게 분포되는 납 입자의 존재로부터 유래된다. 나쁜 작동조건 하에서, 마찰로 인한 가열은 표면층의 용융시작 및 뒤따르는 납의 손실을 야기한다는 것을 보여주었다. 베어링의 녹아붙음(seizure)은 납이 표면으로부터 고갈될 때 급격하게 발생한다.

따라서, 베어링 구성부품의 표면에 적용될 수 있으며, 납-함유 구리합금 보다 더 높은 용융시작온도를 갖는 합금재료에 대한 요구가 있는 실정이다.

본 발명의 목적은 베어링 구조에 유익하게 사용될 수 있는 구리합금을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 납-함유 구리합금 보다 더 높은 용융시작온도를 갖는 상기한 바와 같은 구리합금을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 감마력 및 높은 열전도율을 보이는 상기한 바와 같은 구리합금을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 베어링 표면에 본 발명의 구리합금을 코팅층 형태로 도포하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적들은 본 발명의 구리합금 및 방법에 의해 달성된다.

본 발명에 의하면, 구리합금이 베어링 구조체에 사용하기 위하여 제공된다. 구리합금은 대략 15 wt% 내지 90 wt%, 바람직하게는 대략 50 wt% 내지 60 wt%의 은(silver) 및 필수적으로 구리인 나머지로 구성되는 구리의 2원 합금(binary copper alloy)을 포함한다. 구리합금은 베어링 구성부품의 표면에 도포된다.

또한, 본 발명에는, 베어링 구조의 형성 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 크게 베어링 구성부품을 제공하는 단계 및 베어링 구성부품의 표면에 대략 15 wt% 내지 90 wt%의 은 및 필수적으로 구리인 나머지로 구성되는 구리계 합금의 층(layer)을 도포하는 단계를 포함한다. 베어링 구성부품은 저널 베어링에 사용되는 부싱이어도 된다.

본 발명의 저널 베어링용 은-함유 구리합금의 다른 세부사항은, 그에 따른 부수적인 장점 및 다른 목적들과 함께, 잇따르는 상세한 설명 및 구성요소에 참조번호가 표시된 첨부 도면에 따라 설명될 것이다.

지금부터 도 1을 참조하면, 베어링 구조체(10)가 도시되어 있다. 베어링 구조체(10)는 저널 핀(12), 저널 핀(12)을 둘러싸는 부싱(14) 및 부싱(14)의 표면(18) 위의 구리합금 코팅층(16)을 포함한다. 저널 핀(12) 및 부싱(14)은 당해 기술분야에 알려진 모든 적당한 베어링 재료로부터 제조되는 것이 가능하다. 예를 들어, 저널 핀(12) 및 부싱(14)은 철계 합금 또는 또 다른 비철합금으로 형성될 수 있다.

코팅층(16)을 형성하는 구리합금은 기본적으로 구리-은의 2원 합금이다. 구리합금은 대략 15 wt% 내지 90 wt%, 바람직하게는 대략 50 wt% 내지 60 wt%의 은(silver) 및 필수적으로 구리인 나머지로 구성된다. 본 발명의 구리합금이 베어링에 적용될 때 상당한 장점을 제공하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 본 발명의 구리합금은 구리-납 합금에 대해서는 327℃인 데 비해 본 발명의 합금에 대해서는 적어도 약 779℃일 정도로 구리-납 합금보다 더 높은 용융시작온도를 갖는다. 또한, 본 발명의 합금은 비독성이며, 구리-납 합금 보다 더 높은 열전도율을 갖는다. 본 발명의 합금은 또한 우수한 감마력 및 피로강도 특성을 나타낸다.

본 발명의 구리합금은 물리적 증착(vapor deposition)기술, 전기화학적 침착(deposition)기술 및 화학적 기술을 포함하는 당해 기술분야에 알려진 모든 적당한 수법을 사용하여 부싱(16)의 표면(18)에 도포하면 되고, 단, 도포방법은 상기 열거한 방법으로 한정되는 것은 아니다. 표면(18) 위에 은-함유 구리합금을 침착시키기 위하여 사용될 수 있는 하나의 적당한 수법은, 참고자료로 본 설명에 포함된 것으로 핼퍼른(Halpern)에게 허여된 미합중국 특허 제 5,571,332호에 개시된 전자 분사 처리(electron jet process)이다. 사용될 수 있는 또 다른 처리는, 또한 참고자료로 본 설명에 포함된 것으로 슈미트(Schmitt)에게 허여된 미합중국 특허 제 4,788,082호에 개시된 침착법이다. 부싱 표면(18) 위에 코팅층(16)을 형성하기 위하여 사용될 수 있는 스퍼트증착(sputtering)법이 또한 참고자료로 본 설명에 포함된 것으로 크레트너(Creartner)에게 허여된 미합중국 특허 제 4,904,362호에 개시되어 있다.

채택되는 방법에 관계없이, 구리합금은, 베어링 구조체의 작동에 간섭해서 베어링의 녹아붙음을 야기할 수도 있는 큰 금속입자를 포획하기(entrap)에 충분한 두께를 갖도록 표면 위에 침착될 필요가 있다. 층(16)의 두께는 0.1 인치 정도의 크기면 된다. 바람직하게는, 구리합금층(16)은 대략 30 미크론 내지 100 미크론의 범위에 속하는 두께를 가질 것이다.

이상과 같은 본 발명의 구리합금이 베어링에 적용될 때 상당한 장점을 제공한다는 것이 발견되었다. 예를 들어, 본 발명의 구리합금은 구리-납 합금에 대해서는 327℃인 데 비해 본 발명의 합금에 대해서는 적어도 약 779℃일 정도로 구리-납 합금 보다 더 높은 용융시작온도를 갖는다. 또한, 본 발명의 합금은 비독성이며, 구리-납 합금 보다 더 높은 열전도율을 갖는다. 본 발명의 합금은 또한 우수한 감마력 및 피로강도 특성을 나타낸다.

비록 본 발명은 부싱의 표면에 구리합금을 도포하는 내용에 관하여 논의했지만, 구리합금은 또한 다른 베어링 구성부품들의 하나 이상의 표면에 침착될 수도 있다.

Claims (20)

1. 구성 부품 및 상기 구성부품의 표면에 도포되는 코팅을 포함하는 베어링 구조체에 있어서,

   상기 코팅이 15 wt% 내지 90 wt%의 은(silver) 및 10 wt% 내지 85 wt%의 구리로 이루어진 구리-은의 2원 합금으로서의 구리계 합금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 구리계 합금 중의 상기 은 함유량은 대략 50 wt% 내지 60 wt%의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 구성부품은 금속재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 구성부품은 철계 합금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체.
5. 제 1항에 있어서,

   저널 핀을 더 포함하며,

   상기 구성부품은 상기 저널 핀을 둘러싸는 부싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 코팅은 금속입자를 포획하기에 충분한 치수에서부터 대략 0.1인치의 범위에 속하는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 코팅두께는 대략 30 미크론 내지 100 미크론의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체.
8. 제 1항에 있어서, 상기 구리계 합금은 적어도 779℃정도의 용융시작온도를 갖는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체.
9. 베어링 구조체를 형성하는 방법에 있어서,

   베어링 구성부품을 제공하는 단계; 및

   상기 베어링 구성부품의 표면에 15 wt% 내지 90 wt%의 은 및 10 wt% 내지 85 wt%의 구리로 이루어진 구리-은의 2원 합금으로서의 구리계 합금의 층(layer)을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체의 형성 방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 도포단계는 상기 베어링 구성부품의 상기 표면에 대략 50 wt% 내지 60 wt%의 은 및 필수적으로 구리인 나머지로 구성되는 구리계 합금의 층을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체의 형성 방법.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 도포단계는 상기 베어링 구성부품의 상기 표면 위에 상기 구리계 합금을 스퍼트증착(sputtering)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체의 형성 방법.
12. 제 9항에 있어서,

    상기 도포단계는 전자빔 물리적 증착(electron beam physical vapor deposition) 기술을 사용하여 상기 베어링 구성부품의 상기 표면 위에 상기 구리계 합금을 침착(deposition)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체의 형성 방법.
13. 제 9항에 있어서,

    상기 도포단계는 전기화학적 침착 기술을 이용해서 상기 베어링 구성부품의 상기 표면 위에 상기 구리계 합금을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체의 형성 방법.
14. 제 9항에 있어서,

    상기 도포단계는 화학적 기술을 이용해서 상기 베어링 구성부품의 상기 표면 위에 상기 구리계 합금을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체의 형성 방법.
15. 제 9항에 있어서,

    상기 도포단계는 전자 분사 처리를 사용하여 상기 표면에 상기 구리계 합금을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체의 형성 방법.
16. 제 9항에 있어서,

    상기 도포단계는 상기 표면 위에 0.1인치 미만의 두께를 갖는 상기 구리계 합금 층을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체의 형성 방법.
17. 제 9항에 있어서,

    상기 도포단계는 상기 표면 위에 30 미크론 내지 100 미크론의 범위에 속하는 두께를 갖는 상기 구리계 합금 층을 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 구조체의 형성 방법.
18. 저널 베어링에 있어서,

    저널 핀;

    저널 핀을 둘러싸는 부싱; 및

    15 wt% 내지 90 wt%의 은 및 10 wt% 내지 85 wt%의 구리로 이루어진 구리-은의 2원 합금으로서의 구리계 합금을 포함하는, 상기 부싱의 표면 위의 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 저널 베어링.
19. 제 18항에 있어서,

    상기 구리계 합금 중의 은 함유량은 대략 50 wt% 내지 대략 60 wt%의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 저널 베어링.
20. 제 18항에 있어서,

    상기 코팅은 금속입자를 포획하기에 충분한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 저널 베어링.

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