KR100877770B1 - 오일레스 베어링 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구리의 첨가량을 저감시킴과 동시에 소결성을 향상시키고 밀도 및 내마모성 증가되는 오일레스 베어링 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명은 무전해 구리(Cu) 도금된 철(Fe) 분말, 무전해 구리(Cu) 도금된 흑연(Graphite) 분말, 구리(Cu) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말을 혼합하고 소결하여서 이루어지는 것을 그 기본 구성으로 한다.
본 발명에 따르면, 철(Fe) 분말 및 흑연(Graphite) 분말에 구리(Cu)가 무전해 도금되어 있어 소결시 분체들 간의 확산이 촉진되어 더욱 낮은 온도에서 소결이 가능해지고 소결시간도 단축되는 장점이 있다.
베어링, 철, 흑연, 무전해, 도금

Description

오일레스 베어링 및 그 제조 방법{ oilless bearing and the manufacturing method }
도 1은 철 및 흑연 분말의 무전해 구리 도금 공정을 도시한 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 오일레스 베어링의 제조 과정을 설명하기 위해 도시한 흐름도.
도 3은 본 발명에 의한 무전해 구리 도금된 철 분말의 광학현미경 사진.
도 4는 본 발명에 의한 무전해 구리 도금된 흑연 분말의 광학현미경 사진.
도 5는 본 발명에 의한 오일레스 베어링의 광학현미경 사진.
본 발명은 오일레스 베어링 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구리의 첨가량을 저감시킴과 동시에 소결성을 향상시키고 밀도 및 내마모성 증가되는 오일레스 베어링 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 오일레스 베어링은 동합금 재료에 구멍가공 후 흑연봉재를 삽입한 형태의 베어링 또는 동계합금 분말을 다공질 형태로 소결 성형 후 윤활오일을 함침시킨 형태의 베어링 등이 이용되고 있다.
이와 같이 제조된 오일레스 베어링은 기본적인 강성을 유지하면서도 충분한 윤활성을 확보하여 베어링 구조를 갖추게 함으로서, 저렴한 비용으로 우수한 습동 특성을 가지게 하는 무급유(無給油) 베어링으로서 자동차, 중장비, 산업기계, 가전 및 정보기기 등 전 산업분야에서 각광받고 있는 중요한 부품이다.
그런데, 상기 흑연 봉재를 삽입한 형태의 베어링은, 동합금에 많은 구멍을 가공하고 흑연봉을 하나씩 구멍에 삽입하는 노동집약적인 제조방식으로 인하여 제조비가 상승하고 생산성이 저하될 뿐만 아니라 흑연이 고르게 분산되지 못하여 윤활특성이 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 상기 소결 베어링의 경우 공정을 자동화할 수 있어 대량생산이 가능하고 제조시간이 단축되는 장점이 있으나, 면압 강도 및 내마모성의 유지 등에 문제점을 안고 있다.
물론, 상술한 문제점들을 해결하기 위해 철 및 동합금 분말에 흑연분말을 분산시켜 소결한 새로운 오일레스 베어링이 개발되었으나 구성재료들의 융점차이가 커 소결특성이 떨어지고 밀도차이에 의해 편석(片石)이 발생되는 단점이 있다.
또한, 현재 국제적으로 동(Cu) 원자재의 가격이 급격하게 상승 됨에 따라 베어링의 제조비용도 크게 증가되고 있는 실정이다.
따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 소결 베어링의 제조시 혼합되는 철 및 흑연 분말에 구리를 무전해 도금하고 이를 구리, 니켈,주석 분말과 소결함으로서 소결성 및 분산성이 우수할 뿐만 아니라 원가가 높은 구리의 첨가량을 크게 저감시킬 수 있는 오일레스 베어링 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 오일레스 베어링에 관한 것으로;
무전해 구리(Cu) 도금된 철(Fe) 분말, 무전해 구리(Cu) 도금된 흑연(Graphite) 분말, 구리(Cu) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말을 혼합하고 소결하여서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 오일레스 베어링의 제조 방법에 관한 것으로;
철(Fe) 분말을 무전해 구리(Cu) 도금을 하고, 흑연(Graphite) 분말을 무전해 구리(Cu) 도금하는 단계;
상기 무전해 구리 도금한 철 분말 및 흑연 분말에 구리(Cu) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말을 혼합한 후 바인더와 재차 혼합하여 과립(顆粒)을 형성하는 단계; 및
상기 과립(顆粒)을 SS400 재질의 백스틸(Backsteel) 기판위에 도포하고 소결 및 압연하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 오일레스 베어링 및 그 제조 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 철 및 흑연 분말의 무전해 구리 도금 공정을 도시한 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 오일레스 베어링의 제조 과정을 설명하기 위해 도시한 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 의한 무전해 구리 도금된 철 분말의 광학현미경 사진이고, 도 4는 본 발명에 의한 무전해 구리 도금된 흑연 분말의 광학현미경 사진이고, 도 5는 본 발명에 의한 철계 오일레스 베어링의 광학현미경 사진이다.
먼저, 본 발명은 무전해 구리(Cu) 도금된 철(Fe) 분말, 무전해 구리(Cu) 도금된 흑연(Graphite) 분말, 구리(Cu) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말을 혼합하여서 이루어진다.
이때, 상기 무전해 구리(Cu) 도금된 철(Fe) 분말 및 흑연(Graphite) 분말은 도 1에 도시한 바와 같은 공정을 통해서 제조된다.
먼저, 도 1을 참고하여 철(Fe) 분말에 무전해 구리(Cu) 도금을 하는 공정(S100)을 설명한다.
<전처리 공정>
철(Fe) 분말을 일반적인 전처리 과정인 알칼리 탈지공정(S110), 수세 및 필터링공정(S120), 산세공정(S130), 수세 및 필터링공정(S140)을 차례대로 거치게 된다.
이때, 상기 철(Fe) 분말은 75 ~ 150 ㎛의 것을 사용하게 된다.
그리고, 상기 탈지공정(S110)에서 사용되는 알칼리 탈지액은 규산염, 수산화나트륨, 첨가제로 이루어지며, 바람직하게는 규산염의 함량은 5 ~ 15 ㎖/ℓ, 수산화나트륨의 함량은 10 ~ 30 g, 생물 분해성 계면활성제(첨가제)의 함량은 3 ~ 9 %이다.
이와 같은 상기 알칼리 탈지액에 철(Fe) 분말을 넣고 40 ~ 80 ℃에서 3~5분간 기계 교반하여 탈지처리한다.
한편, 상기 산세공정(S130)에서 사용되는 산세액은 과산화수소(H2O2), 질산(HNO3)으로 이루어지며, 바람직하게는 과산화수소(H2O2)의 함량은 10 ~ 30 ㎖/ℓ, 질산(HNO3)의 함량은 20 ~ 50 %이다. 이때, 상기 철(Fe) 분말은 상기 산세액에서 1 ~ 3분간 기계교반을 하여 산세처리한다.
<본 공정>
상기 전처리공정을 거친 철(Fe) 분말은 황산구리 전해액에서 무전해 구리(Cu) 도금을 실시한다.(S150)
이때, 상기 황산구리 전해액은 황산구리(Cu2SO4ㆍ5H2O), 황산(H2SO4), 수산화나트륨(NaOH), 포르말린((HCHO)로 이루어지며, 바람직하게는 황산구리(Cu2SO4ㆍ 5H2O)의 함량은 1 ~ 5 g/ℓ, 황산(H2SO4)의 함량은 0.1 ~ 0.5 ㎖/ℓ, 수산화나트륨(NaOH)의 함량은 2 ~ 10 g/ℓ, 포르말린((HCHO)의 함량은 5 ~ 20 ㎖/ℓ이다.
이와 같은 황산구리 전해액에 철(Fe) 분말을 넣고 상온에서 1 ~ 10분간 기계교반을 하며 무전해 도금을 한다. 여기서 도금 가능한 철(Fe) 분말의 양은 50 ~ 500 g/ℓ가 바람직하다.
상기 무전해 도금된 철(Fe) 분말은 세척공정(S160)을 통해 증류수와 알콜로 2 ~ 3회 세척하고, 진공 건조공정(S170)을 통해 건조시킨 후 분급공정(S180)을 통해 채로 분급한다.
이와 같은 과정을 거쳐 제조된 무전해 구리(Cu) 도금된 철(Fe) 분말의 광학현미경 촬영 사진이 도 3에 도시되어 있다.
다음으로, 도 1을 참고하여 흑연(Graphite) 분말에 무전해 구리(Cu) 도금을 하는 공정을 설명한다.
흑연(Graphite) 분말에 무전해 구리(Cu) 도금을 하는 공정은 철(Fe) 분말에 무전해 구리(Cu) 도금을 하는 공정(S100)과 동일하다.
이때, 흑연(Graphite) 분말의 경우 철(Fe) 분말에 비해 무전해 도금이 잘 이루어지지 않으므로 도금공정(S150)시에 황산구리 전해액에 약한 전류(Current)를 흘려주거나 소량(少量)의 철(Fe) 분말을 첨가하여 전해액의 환원을 활성화시키게 된다.
한편, 상기 황산구리 전해액의 활성화를 위해 소량(少量)의 철(Fe) 분말을 첨가한 경우에는 흑연(Graphite) 분말의 무전해 도금이 완료된 후 자석(磁石)을 이용하여 철(Fe) 분말을 제거한다.
여기서 흑연(Graphite) 분말의 입도(粒度)는 75 ~ 150 ㎛의 것을 사용하고, 무전해 도금은 상온에서 5 ~ 20분간 하는 것이 바람직하다. 또한 도금 가능한 흑연(Graphite) 분말의 양은 5 ~ 50 g/ℓ가 바람직하다.
이와 같은 과정을 거쳐 제조된 무전해 구리(Cu) 도금된 흑연(Graphite) 분말의 광학현미경 촬영 사진이 도 4에 도시되어 있다.
이하, 도 2를 참고로 본 발명에 따른 오일레스 베어링의 제조 공정을 설명한다.
먼저, 도 1과 같은 공정을 따라 철(Fe) 분말과 흑연(Graphite) 분말에 무전해 도금을 수행하게 된다.(S100)
상기 단계(S100)을 통해 무전해 도금이 완료된 철(Fe) 분말 및 무전해 도금이 완료된 흑연(Graphite) 분말에 구리(Cu) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말을 추가한 후 그 각각의 분체(粉體)들의 고른 분산을 위해 혼합기(미도시됨)에서 2 ~ 3시간 혼합하고 다시 바인더(binder)와 혼합하여 약 50 ~ 500 ㎛의 과립(顆粒)을 형성시킨다. (S200)
이때, 상기 구리(Cu)가 무전해 도금된 철(Fe) 분말의 함량은 40 ~ 80 중량%, 구리(Cu)가 무전해 도금된 흑연(Graphite) 분말의 함량은 1 ~ 15 중량%, 구리(Cu) 분말의 함량은 5 ~ 35 중량%, 니켈(Ni) 분말의 함량은 3 ~ 20 중량%, 주석(Sn) 분 말의 함량은 1 ~10 중량%이다.
상기 단계(S200)을 통해 형성된 혼합 과립을 SS440재질의 백스틸(Back steel)기판 위에 도포(塗布)하고 소결과 압연 공정을 통해 철계 오일레스 베어링을 제조한다.(S300)
도 5는 본 발명에 의한 철계 오일레스 베어링의 광학현미경 사진이다. 종래의 오일레스 베어링의 경우 흑연(Graphite)이 편석되어 있는 것과 달리 본 발명에 의한 오일레스 베어링은 흑연(Graphite)이 고르게 분포되어 있는 것을 알 수 있다.
또한 소결성도 향상되어 종래의 오일레스 베어링보다 상대밀도는 2 ~ 3 %, 경도(HRM)는 3 ~ 5 높은 값을 나타내었고, 밀도의 증가에 의해 종래의 오일레스 베어링에 비해 구리(Cu) 첨가량을 5 ~ 15 중량% 낮출 수 있었다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 철계 오일레스 베어링은 철(Fe) 분말 및 흑연(Graphite) 분말에 구리(Cu)가 무전해 도금되어 있어 소결시 분체들 간의 확산이 촉진되어 더욱 낮은 온도에서 소결이 가능해지고 소결시간도 단축되는 장점이 있다.
또한, 이러한 소결성의 증진은 구리(Cu) 분말의 사용량을 줄일 수 있어 생산비용의 절감효과를 가져올 뿐만 아니라, 소결된 베어링의 밀도가 높아 내마모성이 우수하고 고하중(高荷重)에 견딜 수 있다.
아울러, 흑연(Graphite) 분말의 구리(Cu) 무전해 도금은 가벼운 흑연(Graphite)의 밀도를 증가시키는 역할을 하기 때문에 분말 배합시 분산성을 높이며, 소결 제품에 있어서 편석 감소 및 윤활 특성의 향상을 가져온다.

Claims (6)

  1. 무전해 구리(Cu) 도금된 철(Fe) 분말, 무전해 구리(Cu) 도금된 흑연(Graphite) 분말, 구리(Cu) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말을 혼합하고 소결하여서 이루어지는 오일레스 베어링에 있어서,
    상기 무전해 구리(Cu) 도금된 철(Fe) 분말은;
    황산구리(Cu2SO4ㆍ5H2O)가 1 ~ 5 g/ℓ, 황산(H2SO4)이 0.1 ~ 0.5 ㎖/ℓ, 수산화나트륨(NaOH)이 2 ~ 10 g/ℓ, 포르말린((HCHO)가 5 ~ 20 ㎖/ℓ로 이루어진 황산구리 전해액에 철(Fe) 분말을 넣고 교반하여 무전해 도금하여서 이루어지는 것을 특징으로 하는 오일레스 베어링.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 무전해 구리(Cu) 도금된 흑연(Graphite) 분말은;
    황산구리(Cu2SO4ㆍ5H2O)가 1 ~ 5 g/ℓ, 황산(H2SO4)이 0.1 ~ 0.5 ㎖/ℓ, 수산화나트륨(NaOH)이 2 ~ 10 g/ℓ, 포르말린((HCHO)가 5 ~ 20 ㎖/ℓ로 이루어진 황산구리 전해액에 흑연(Graphite) 분말을 넣고 교반하여 무전해 도금하여서 이루어 지는 것을 특징으로 하는 오일레스 베어링.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 철(Fe) 분말을 무전해 구리(Cu) 도금을 하고, 흑연(Graphite) 분말을 무전해 구리(Cu) 도금하는 단계;
    상기 무전해 구리 도금한 철 분말 및 흑연 분말에 구리(Cu) 분말, 니켈(Ni) 분말, 주석(Sn) 분말을 혼합한 후 바인더와 재차 혼합하여 과립(顆粒)을 형성하는 단계; 및
    상기 과립(顆粒)을 SS400재질의 백스틸(Backsteel) 기판위에 도포하고 소결 및 압연하는 단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오일레스 베어링의 제조 방법.
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