KR101292250B1 - 알루미늄계 슬라이딩 합금 및 이를 위한 캐스팅 장치 - Google Patents

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Abstract

1 내지 15 질량%의 Si를 함유하는 알루미늄계 슬라이딩 합금(3)이 제공된다. Si는 상기 알루미늄계 슬라이딩 합금(3)의 관측노장(observation field)에서 입자 형태로 침전된다. 상기 Si 입자(5)는 최대 직경이 0.01 내지 7.5 ㎛이고, 직경이 5.5 ㎛ 이하의 Si 입자(5)들의 전체 면적은 상기 알루미늄계 슬라이딩 합금(3)에 존재하는 Si 입자(5)들의 전체 면적의 95% 이상 차지한다.

Description

알루미늄계 슬라이딩 합금 및 이를 위한 캐스팅 장치{ALUMINUM-BASED SLIDING ALLOY AND CASTING APPARATUS FOR THE SAME}
본 발명은 Si(실리콘)을 함유하는 알루미늄계 슬라이딩 합금 및 이를 위한 캐스팅 장치에 관한 것이다.
알루미늄계 슬라이딩 합금이 라이닝된 슬라이드 베어링들은 비교적 높은 비하중(specific load) 하에 양호한 초기 순응성 및 우수한 내피로성을 가진다. 그러므로, 자동차의 고출력 엔진용 베어링 및 일반적인 산업 기계로 사용된다.
내피로성이 보다 나은 알루미늄계 슬라이딩 합금이 예컨대 JP-A-3-6345에 개시되어 있다. JP-A-3-6345는 알루미늄계 슬라이딩 합금이 1 내지 15 질량(mass)%의 Si를 함유하고, 미세하게 결정화된 Si를 가지도록 Sr(스트론튬)도 함유한다는 것을 개시하고 있다. JP-A-3-6345는 또한 미세하게 결정화된 Si 입자들은 알루미늄계 슬라이딩 합금이 고하중을 견디게 만들어, 부서지게 되는 것을 방지함으로써 양호한 내피로성을 제공할 수 있다는 것을 개시하고 있다.
JP-A-11-172465는 또한 Si를 함유하는 알루미늄계 슬라이딩 합금을 개시하고 있다. JP-A-11-172465는 26 내지 80 질량%의 Si를 Al(알루미늄) 매트릭스에 첨가하여, Si 입자들이 0.01 ㎛ 이상 10 ㎛ 미만 범위의 평균 입자 크기를 갖도록 하며, 또한 3 질량% 이상의 Si가 Al 매트릭스에서 고체-용질이 되도록 함으로써, 내마모성이 개선된다는 것을 개시하고 있다.
최근 내연기관에서는, 슬라이드 베어링이 설치되는 커넥팅로드 등의 하우징이 연비를 개선하기 위하여 경량화되어 왔다. 하지만, 경량화를 위하여 하우징이 보다 얇아지는 경우, 하우징의 강성이 저감되어, 상기 하우징의 변형이 일어나기 쉽게 된다. 그 결과, 알루미늄계 슬라이딩 합금(슬라이드 베어링) 등에 의해 지지되는 샤프트 상의 동적 하중이 하우징의 변형을 야기하게 되고, 결과적으로는 알루미늄계 슬라이딩 합금이 보다 쉽게 휘거나 변형됨으로써, 상기 알루미늄계 슬라이딩 합금의 피로 발생을 증가시키게 된다.
연비를 개선하기 위하여 점도가 낮은 윤활유를 이용하는 필요성도 대두되고 있다. 하지만, 이러한 저점도 윤활유가 사용되는 경우에는, 알루미늄계 슬라이딩 합금 등에 의해 지지되는 샤프트 상의 동적 하중 하에 윤활유막이 보다 파손되기 쉽다. 그 결과, 상기 샤프트 및 알루미늄계 슬라이딩 합금이 보다 빈번하게 직접 접촉되고, 그 마찰열로 야기되는 온도의 증가가 강도의 저감을 야기하여, 피로의 발생을 증가시키게 된다.
이러한 상황에서는, JP-A-3-6345에서 얻어지는 내피로성이 불충분하다. 더욱이, Sr은 JP-A-3-6345의 구조에서 미세 Si를 결정화하기 위하여 알루미늄계 슬라이딩 합금에 첨가되기 때문에, Sr 금속간 화합물들이 분리될 수도 있다. 이러한 분리가 발생하면, 심한 조건 하에서는 크랙이 발생될 수도 있다. 이러한 이유로, 미세 Si는 Sr을 이용하지 않으면서 결정화되는 것이 바람직하다.
JP-A-11-172465에서는, 26% 이상의 Si가 Al 매트릭스에 첨가되기 때문에, 상기 합금이 JP-A-3-6345에 개시된 바와 같이 부서지게 될 수도 있어, 최근 엄격한 슬라이딩 어플리케이션에 사용하기에는 부적합하다.
본 발명은 이러한 상황들의 관점에서 이루어졌으며, 그 목적은 쉽게 부서지지 않으면서도 우수한 내피로성을 갖는 알루미늄계 슬라이딩 합금 및 이를 위한 캐스팅 장치를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 1 내지 15 질량%의 Si를 첨가하여 내피로성이 개선된 알루미늄계 슬라이딩 합금에서의 Si 입자들의 크기에 초점을 맞추어 활발한 연구를 진행하였다. 그 결과, 발명자들은 Si 함유량이 동일하더라도 1 내지 15 질량%의 Si를 함유하는 알루미늄계 슬라이딩 합금들에서의 Si 입자들의 크기에 따라 알루미늄계 슬라이딩 합금들의 내피로성이 상이하다는 점을 밝혀냈다. 다시 말해, 1 내지 15 질량%의 Si를 함유하는 알루미늄계 슬라이딩 합금들은 Si의 함유량이 동일하더라도 Si 입자들이 사전설정된 범위 내의 크기를 가질 때 보다 나은 내피로성을 가지게 된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 알루미늄계 슬라이딩 합금은 1 내지 15 질량%의 Si를 함유한다. Si는 알루미늄계 슬라이딩 합금의 관측노장(observation field)에서 입자 형태로 침전된다. 상기 Si 입자들은 최대 직경이 0.01 내지 7.5 ㎛ 이고, 직경이 5.5 ㎛ 이하의 Si 입자들의 전체 면적은 상기 알루미늄계 슬라이딩 합금에서 Si 입자들의 전체 면적의 95% 이상 차지한다.
본 발명의 또다른 실시형태에 따르면, 알루미늄계 슬라이딩 합금용 캐스팅 장치가 제공된다. 상기 장치는 한 쌍의 롤; 한 쌍의 롤 사이에 Si가 첨가된 Al 또는 Al 합금의 용융 금속을 공급하기 위한 용융금속공급노즐; 및 한 쌍의 롤을 냉각하기 위한 냉각장치를 포함하여 이루어지되, 상기 한 쌍의 롤은 상기 용융금속공급노즐로부터 공급되는 용융 금속을 80 내지 130℃/sec의 속도로 냉각시켜, 상술된 알루미늄계 슬라이딩 합금을 캐스팅한다.
본 발명에 따르면 쉽게 부서지지 않으면서도 우수한 내피로성을 갖는 알루미늄계 슬라이딩 합금 및 이를 위한 캐스팅 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 알루미늄계 슬라이딩 합금의 단면도;
도 2는 영역분할법을 예시한 개략도; 및
도 3은 캐스팅 장치의 일반적인 구조를 예시한 측면도이다.
이하, 본 발명의 알루미늄계 슬라이딩 합금을 백(back) 금속층 상에 라이닝하여 생성되는 슬라이드 베어링의 알루미늄계 슬라이딩 합금층의 어플리케이션을 위한 본 발명의 알루미늄계 슬라이딩 합금을 설명하기로 한다. 상기 알루미늄계 슬라이딩 합금은 백 금속층 상에서의 라이닝이 없는 슬라이딩 부재로서 사용될 수도 있다.
우선, 알루미늄계 슬라이딩 합금의 기본 형태의 일례가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 슬라이드 베어링(1)은 베이스재료(2) 및 상기 베이스재료(2) 상에 라이닝된 알루미늄계 슬라이딩 합금층(알루미늄 슬라이딩 합금)(3)으로 이루어진다.
상기 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)은 1 내지 15 질량%의 Si가 첨가된 Al 또는 Al 합금의 매트릭스(4)를 포함하여 이루어진다. Si는 관측노장에서 입자(Si 입자(5)) 형태로 존재한다. 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)에 Si 입자(5)의 비율이 높을수록, 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)이 더욱 단단해지고, 상기 슬라이드 베어링의 내피로성도 높아진다. Al 또는 Al 합금이 1 질량% 이상의 Si를 함유하는 경우, Si 입자(5)들의 경성은 슬라이드 베어링(1)의 내피로성을 개선시키는 효과를 가진다. 또한, Al 또는 Al 합금이 15 질량% 이하의 Si를 함유하는 경우에는, 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)이 부서지게 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)에서의 Si 입자(5)는 최대 직경이 0.01 내지 7.5 ㎛ 이다. Si 입자(5)의 최대 직경은 다음과 같이 결정된다. 상기 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)은 예컨대 슬라이딩면측으로부터 전자현미경에 의해 관측되고, 상기 Si 입자(5)의 면적이 측정된다. 그 면적들은 면적이 동일한 원으로 변환되어, 상기 원의 직경이 계산된다. 상기 Si 입자(5)의 직경 가운데 가장 큰 것이 Si 입자(5)의 최대 직경으로 결정된다. 본 발명에 있어서, 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)에서의 Si 입자(5)의 최대 직경은 예컨대 JP-A-11-172465에 기술된 종래의 구조에서의 Si 입자들의 평균 입자 크기인 10 ㎛ 보다 작다.
본 발명에 있어서, 직경이 5.5 ㎛ 이하의 Si 입자(5)의 전체 면적은 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)에 존재하는 Si 입자(5)들의 전체 면적의 95% 이상 차지한다. 다시 말해, 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)에서의 거의 모든 Si 입자(5)는 직경이 5.5 ㎛ 이하이다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 직경이 5.5 ㎛ 이하의 Si 입자(5)의 전체 면적이 본 발명에 있어서 알루미늄계 합금층(3)에 존재하는 Si 입자(5)의 전체 면적의 95% 이상 차지하도록 Si 입자의 직경을 제어함으로써, 평균 직경이 종래의 합금에서의 Si 입자보다 작은 Si 입자(5)가 상기 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)에 조밀하게 침전된다. 이는 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)을 더욱 단단하게 만들어, 내피로성을 개선하게 된다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 알루미늄계 슬라이딩 합금에서의 모든 Si 입자들의 평균 영역 면적이 영역분할법에 의해 측정된 바와 같이 5 내지 10 ㎛2 범위 내에 있다.
상기 영역분할법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 단일 Si 입자(5)가 차지하는 영역(도시된 라인들로 둘러싸인 영역들, 영역 세그멘팅 셀이라고 함)들을 한정하기 위해 매트릭스(4) 내의 인접한 Si 입자(5)들간의 라인(본 발명에서는, 관측 면적에서 Si 입자(5)로부터 변환되는 보로노이 폴리곤(Voronoi polygons)을 분리시키는 라인)을 드로잉하고, 상기 영역 면적들을 통계적으로 계산하여, 상기 영역 세그멘팅된 면적들을 정량적으로 결정하는 단계를 포함한다.
따라서, Si 함유량이 동일한 경우, Si 입자(5)의 크기와 Si 입자(5)들의 수가 상관된다. Si 입자(5)가 더욱 커짐에 따라, 입자들의 수가 더욱 작아져, 영역 세그멘팅된 면적(각각의 입자가 차지하는 평균 영역 면적)이 더욱 커진다. 다른 한편으로, Si 입자(5)가 보다 작아짐에 따라, 입자들의 수가 커지게 되어, 영역 세그멘팅된 면적이 보다 작아지게 된다. 그러므로, 영역 세그멘팅된 면적들의 크기가 Si 입자(5)의 크기를 정량적으로 보여줄 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 모든 Si 입자(5)들의 평균 영역 면적이 영역분할법에 의해 측정된 바와 같이 5 내지 10 ㎛2 인 것이 바람직하다. 평균 영역 면적이 영역분할법에 의해 측정된 바와 같이 10 ㎛2 이하인 경우, 작은 Si 입자(5)들이 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)에 보다 조밀하면서도 균질하게 침전된다. 이러한 경우, 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)이 더욱 단단하게 되어, 내피로성이 더욱 개선된다. 평균 영역 면적이 영역분할법에 의해 측정된 바와 같이 5 ㎛2 이상인 경우, 생산 면에서 이점이 있게 된다.
상기 슬라이드 베어링(1)은 캐스팅, 롤링, 롤 본딩, 히팅(어닐링) 및 기계-처리의 단계들을 통해 생산된다. 보다 구체적으로, Si를 함유하는 Al 또는 Al 합금의 용융 금속은 캐스팅 단계에서 플레이트로 캐스팅된다. 플레이트로 캐스팅된 알루미늄계 슬라이딩 합금(3)은 롤링 단계에서 롤링되고, 압접(pressure-welding) 단계에서 강판(백 금속층(베이스재료(2)))으로 압접되어, 베어링을 형성하기 위한 플레이트를 형성하게 된다. 순수 Al 등으로 이루어진 중간층은 알루미늄계 슬라이딩 합금(3)과 강판 사이에 형성될 수도 있다. 후속해서, 베어링을 형성하기 위한 플레이트가 어닐링되어 기계 처리를 겪으면 반원통형 또는 원통형 베어링을 형성하게 된다. 베어링을 형성하기 위한 플레이트는 사용 목적에 따라 롤링될 수도 있다. 여기서, 본 발명자들은 JP-A-3-6345에 개시된 바와 같이 미세 Si 입자들을 결정화하기 위하여 Sr을 첨가하지 않으면서도 캐스팅 단계에서 냉각 속도를 제어함으로써, 최대 직경이 0.01 내지 7.5 ㎛ 인 Si 입자(5)들이 알루미늄계 슬라이딩 합금(3)에 존재할 수 있다는 점을 밝혀냈다.
본 발명의 또다른 실시형태에 따르면, 알루미늄계 슬라이딩 합금용 캐스팅 장치가 제공된다. 상기 장치는 한 쌍의 롤, 한 쌍의 롤 사이에 Si가 첨가된 Al 또는 Al 합금의 용융 금속을 공급하기 위한 용융금속공급노즐, 및 한 쌍의 롤을 냉각시키기 위한 냉각장치를 구비한다. 상기 용융금속공급노즐로부터 공급되는 용융 금속은 한 쌍의 롤에 의하여 80 내지 130℃/sec의 속도로 냉각되어, 상술된 본 발명에 따른 알루미늄계 슬라이딩 합금을 캐스팅하여 생성하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 캐스팅 장치(11)를 이용하여 Si가 첨가된 Al 또는 Al 합금의 용융 금속을 80 내지 130℃/sec의 냉각 속도로 냉각시킴으로써, 용융된 Si가 Al 매트릭스(4)에서 결정화된다. 상기 결정화된 Si(Si 입자(5))는 평균 직경이 종래의 결정화된 Si(Si 입자) 보다 작다. 냉각장치에 의해 냉각된 한 쌍의 롤 사이에 1 내지 15 질량%의 Si가 첨가된 Al 또는 Al 합금의 용융 금속을 공급함으로써, 그리고 상기 용융 금속을 80 내지 130℃/sec의 속도로 냉각시킴으로써, 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)에서의 Si 입자(5)의 최대 직경이 0.01 내지 7.5 ㎛m로 조정될 수 있다. 이는 직경이 5.5 ㎛ 이하의 Si 입자(5)들의 전체 면적이 상기 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)에 존재하는 Si 입자(5)들의 전체 면적의 95% 이상 차지할 수 있게 만든다. 이는 또한 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)에서의 모든 Si 입자(5)의 평균 영역 면적이 영역분할법에 의해 측정된 바와 같이 5 내지 10 ㎛2 가 가능하게 한다.
실시예
본 발명의 이점을 설명하기 위하여, 표 1에 도시된 함유량을 갖는 알루미늄계 슬라이딩 합금(3)을 구비한 슬라이드 베어링(1)의 샘플(실시예 1 내지 실시예 12, 비교예 21 내지 비교예 23)들이 생산되어, 내피로성 시험이 행해졌다.
샘플
번호		 알루미늄계 슬라이딩 합금의 조성 Si 입자의 최대 직경
(㎛)		 면적비가 95%인 Si 입자 직경
(㎛)		 Si 영역 세그멘팅 셀 피로없는 최대 비하중(MPa)
Al
(질량 %)		 Si
(질량 %)		 평균 면적
(㎛2)		 Si 입자 분포의 균일성
실시예 1 평형 1.0 2.7 1.8 27.9 중간 130
2 평형 1.0 2.2 1.5 23.3 중간 130
3 평형 1.0 1.9 1.3 20.0 중간 130
4 평형 6.0 7.2 4.9 20.6 중간 130
5 평형 6.0 6.6 4.5 17.3 중간 130
6 평형 6.0 5.7 3.9 11.8 중간 140
7 평형 15 7.4 5.0 15.4 중간 130
8 평형 15 6.2 4.2 12.8 중간 140
9 평형 15 5.3 3.6 11.0 중간 140
10 평형 6.0 5.0 3.4 8.9 높음 150
11 평형 6.0 4.4 3.0 7.7 높음 150
12 평형 6.0 4.0 2.7 5.0 높음 150
비교예 21 평형 1.0 6.8 6.0 40.8 낮음 120
22 평형 15 17.4 13.3 23.8 중간 120
23 평형 2.5 10.4 27.3 90 낮음 110
실시예 1 내지 실시예 12는 다음과 같이 생성되었다. Al 및 Si가 표 1에 도시된 비율로 용융된 후, 도 3에 도시된 캐스팅 장치(11)에서 캐스팅되었다.
상기 캐스팅 장치(11)는 캐스팅될 재료들을 저장하기 위한 용융로(12)를 구비한다. 본 발명에서는, 표 1에 도시된 함유량을 갖는 용융될 재료들이 상기 용융로(12) 안으로 도입되었다. 표 1에 도시된 조성들은 필연적으로 불순물들을 함유할 수도 있다.
상기 캐스팅 장치(11)는 용융로(12)로부터 유동된 용융 금속을 저장하기 위한 배스(13)를 구비한다.
상기 배스(13)에 저장된 용융 금속을 배출하기 위한 용융금속공급노즐(14)이 상기 배스(13)의 일부분에 부착된다. 한 쌍의 롤(15, 15)은 그 둘 사이에 작은 갭을 갖는 용융금속공급노즐(14)의 전방 에지에 위치한다. 한 쌍의 롤(15, 15)은 그 축선들이 용융 금속의 유동에 수직이도록 위치하여, 수평방향으로 연장된다. 이에 따라, 상기 용융로(12) 내의 용융 금속이 상기 배스(13) 및 용융금속공급노즐(14)을 통과하여, 한 쌍의 롤(15, 15) 사이에 공급된다.
상기 한 쌍의 롤(15, 15)은 냉각장치인 냉각관(16)에 의해 냉각된다. 상기 냉각관(16)은 축선 방향으로 연장되는 한 쌍의 롤(15, 15) 내부에 배치된다. 한 쌍의 롤(15, 15)은 냉각관(16)에 공급되는 물과 같은 냉각제에 의해 냉각된다. 상기 냉각관(16) 안으로 공급되는 물의 양과 속도는 제어장치(도시되지 않음)에 의해 제어되는 밸브(도시되지 않음)의 개폐 정도에 의하여 조정된다. 본 발명에서는, 상기 밸브의 개폐 정도가 조정되어, 상기 용융금속공급노즐(14)로부터 한 쌍의 롤(15, 15) 사이에 공급되는 용융 금속이 80 내지 130℃/sec의 속도로 냉각되게 된다. 상기 용융 금속은 용융 금속이 550℃에 이를 때까지 80 내지 130℃/sec의 속도로 냉각된다.
상기 용융 금속은 한 쌍의 롤(15, 15)에 의해 냉각되어, 캐스트 플레이트(17)(시트형 알루미늄계 슬라이딩 합금(3))로 고형화된다. 결과적인 캐스트 플레이트(17)는 커터(18)에 의하여 사전설정된 길이로 절단되어 코일러(19) 상에 코일링된다. 사전설정된 길이로 절단된 시트형 알루미늄계 슬라이딩 합금(3)은 백 금속층(베이스 재료(2))을 구성하는 강판에 롤 본딩된다. 이러한 방식으로 베어링을 형성하기 위한 플레이트(소위 바이메탈)가 생성된다. 베어링을 형성하기 위한 플레이트는 몇 시간 동안 가열하여 어닐링되고, 기계 처리를 행하여 슬라이드 베어링을 생성하게 된다. 이러한 방식으로, 실시예 1 내지 12가 생성되었다. 실시예 1 내지 9는 80 내지 100℃/sec로 냉각되고, 실시예 10 내지 12는 100 내지 130℃/sec로 냉각된 한편, 상기 알루미늄계 슬라이딩 합금들 가운데 어떤 것도 3 질량% 이상의 고체-용질 Si를 갖지 못했다.
다른 한편으로, 비교예 21 내지 23을 생성하기 위한 처리는 상술된 실시예 1 내지 12를 생성하기 위한 것과 상이하였다. 80 내지 130℃/sec의 캐스팅 단계에서의 냉각 속도 대신에, JP-A-2002-120047에 기재된 바와 같이 이러한 경우들에서는 냉각하기 위하여 종래의 3 내지 6℃/sec의 냉각 속도가 채택되었다. 다른 단계들은 실시예 1 내지 12와 동일한 방식으로 수행된다.
상술된 바와 같이 생성된 실시예 1 내지 12 및 비교예 21 내지 23은 표 2에 도시된 시험 조건 하에 내피로성 시험을 행하였다. 그 결과들이 표 1에 도시되어 있다.
회전수 3250 r.p.m.
시험 기간 20 시간
오일공급온도 100℃
오일공급압력 0.5 MPa
윤활유 VG68
평가 방법 피로없는 최대표면압력
표 1의 "면적비가 95%인 Si 입자의 직경"은 직경이 5.5 ㎛ 이하의 Si 입자들의 전체 면적이 Si 입자들의 전체 면적의 95% 이상 차지한다는 사실을 제공하기 위한 일례이다. 상기 "면적비가 95%인 Si 입자의 직경"은 다음과 같이 얻어진다. 최소 면적으로부터 관측노장에서의 Si 입자(5)의 면적들을 축적하고, 상기 전체 면적이 모든 Si 입자(5)들의 전체 면적의 95%를 차지하는 Si 입자(5)의 직경을 결정한다. 상기 Si 입자(5)의 직경은 슬라이딩면측으로부터 전자현미경에 의해 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)을 관측하고, 상기 Si 입자(5)의 면적(투사 면적)을 측정하여, 결과적인 면적을 상술된 원으로 변환시킴으로써 얻어질 수 있다.
구체적으로는, "면적비가 95%인 Si 입자의 직경"이 다음과 같이 결정된다. 많은 Si 입자들이 알루미늄계 슬라이딩 합금의 슬라이딩면 상에 존재하고, Si 입자들의 전체 면적(투사 면적의 전체 면적)이 1000 ㎛2 이라면, 상기 Si 입자들의 전체 면적에 대한 95%의 면적은 950 ㎛2 에 대응한다. Si 입자들의 면적(투사 면적)들은 최소 면적으로부터 축적되고, 상기 면적이 950 ㎛2 에 이르는 Si 입자가 검출된다. 상기 검출된 Si 입자의 직경은 Si 입자의 면적을 원으로 변환하여 계산된다. 이러한 방식으로 "면적비가 95%인 Si 입자의 직경"이 결정된다.
상기 "면적비가 95%인 Si 입자의 직경"이 보다 작아짐에 따라, 직경이 작은 Si 입자(5)들이 상기 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)에 보다 조밀하게 존재하게 된다.
상기 표 1의 "Si 영역 세그멘팅 셀"은 영역분할법에 의해 세그멘팅된 알루미늄계 슬라이딩 합금층(3)의 슬라이딩면 상의 한 영역을 의미한다. 표 1의 "평균 면적"은 "Si 영역 세그멘팅 셀"의 평균 면적을 나타낸다. "평균 면적"이 보다 작아짐에 따라, 작은 Si 입자들이 보다 조밀하면서도 균질하게 침전된다.
표 1의 "Si 입자 분포의 균일성"에 대해서는, 10 ㎛2 이하의 "평균 면적"을 갖는 것이 "높음"으로 표현되고, 10 ㎛2 보다 크면서 30 ㎛2 이하의 "평균 면적"을 갖는 것은 "중간"으로 표현되며, 30 ㎛2 보다 큰 "평균 면적"을 갖는 것은 "낮음"으로 표현된다.
다음으로, 상기 시험의 결과들을 논의하기로 한다.
상기 내피로성 시험의 결과들은, Si 입자(5)들이 보다 작은 최대 직경을 갖고 면적비가 95%인 Si 입자가 보다 작은 직경을 가지기 때문에, 실시예 1 내지 12가 비교예 21 내지 23에 비해 우수한 내피로성을 갖는다는 사실을 증명하였다.
실시예 1 내지 9 및 실시예 10 내지 12에 비해, Si 영역 세그멘팅 셀들의 평균 면적을 보다 작게 함으로써 내피로성이 개선될 수 있다는 것을 보여준다.
표 1에 도시되지는 않았지만, 알루미늄 대신에, 1 내지 10 질량%의 Zn, 0.1 내지 5 질량%의 Cu 및 0.05 내지 5 질량%의 Mg 중 1이상의 원소가 실시예 1 내지 12에 첨가된, 알루미늄 합금을 이용하는 경우에도, 실시예 1 내지 12에서와 같은 내피로성이 성취되었다.
본 발명은 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않으면서 적절하게 변형가능하다.

Claims (5)

1 내지 15 질량%의 Si를 함유하는 알루미늄계 슬라이딩 합금에 있어서,
Si가 상기 합금의 관측노장(observation field)에서 입자 형태로 침전되되, Si 입자들은 최대 직경이 0.01 내지 7.5 ㎛이고 직경이 5.5 ㎛ 이하의 Si 입자들의 전체 면적은 상기 관측노장에서 상기 Si 입자들의 전체 면적의 95% 이상을 차지하며,
상기 합금은 영역분할법(region splitting method)에 의한 측정 시, 상기 Si 입자들의 모든 면적들의 평균 영역 면적을 갖고, 상기 평균 영역 면적은 5 내지 27.9 ㎛2 인 것을 특징으로 하는 알루미늄계 슬라이딩 합금.
삭제
제1항에 있어서,
상기 Si 입자들의 평균 영역 면적은 5 내지 10 ㎛2 인 것을 특징으로 하는 알루미늄계 슬라이딩 합금.
알루미늄계 슬라이딩 합금용 캐스팅 장치에 있어서,
한 쌍의 롤;
한 쌍의 롤 사이에 Si를 함유하는 Al 또는 Al 합금의 용융 금속을 공급하기 위한 용융금속공급노즐; 및
한 쌍의 롤을 냉각하기 위한 냉각장치를 포함하여 이루어지되, 상기 한 쌍의 롤은 상기 용융금속공급노즐로부터 공급되는 용융 금속을 80 내지 130℃/sec의 속도로 냉각시켜, 제1항에 따른 알루미늄계 슬라이딩 합금을 캐스팅하는 것을 특징으로 하는 알루미늄계 슬라이딩 합금용 캐스팅 장치.
제4항에 있어서,
상기 Si 입자들의 평균 영역 면적은 5 내지 10 ㎛2 인 것을 특징으로 하는 알루미늄계 슬라이딩 합금용 캐스팅 장치.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011003797B3 (de) * 2011-02-08 2012-05-03 Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh Gleitlagerverbundwerkstoff
JP7378916B2 (ja) * 2018-04-24 2023-11-14 日産自動車株式会社 Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系アルミニウム合金板
CN113444937A (zh) * 2021-05-19 2021-09-28 山东南山铝业股份有限公司 悬挂式空铁列车车体铝合金型材及其制备方法
US20220411899A1 (en) * 2021-06-25 2022-12-29 Tenneco Inc. Bearing formed of an aluminum alloy material and method of manufacturing

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58136737A (ja) * 1981-10-15 1983-08-13 Taiho Kogyo Co Ltd アルミニウム系軸受合金
KR20020009496A (ko) * 2000-07-26 2002-02-01 한지 세이고 알루미늄 베어링 합금
KR20020022693A (ko) * 2000-04-10 2002-03-27 오하시 미츠오 단조 스크롤 부품 및 그 제조방법

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51119609A (en) * 1975-04-14 1976-10-20 Hitachi Ltd A crank shaft bearing
JPS5864335A (ja) * 1981-10-15 1983-04-16 Taiho Kogyo Co Ltd アルミニウム系合金軸受
US5053286A (en) * 1986-01-23 1991-10-01 Federal-Mogul Corporation Aluminum-lead engine bearing alloy metallurgical structure and method of making same
JPH036345A (ja) * 1989-06-02 1991-01-11 Daido Metal Co Ltd 耐疲労性と非焼付性にすぐれた摺動用アルミニウム基合金
JP3378342B2 (ja) * 1994-03-16 2003-02-17 日本軽金属株式会社 耐摩耗性に優れたアルミニウム鋳造合金及びその製造方法
GB9413644D0 (en) 1994-07-06 1994-08-24 Fra Mo Snc Sealing of sheet material
US5536587A (en) * 1995-08-21 1996-07-16 Federal-Mogul Corporation Aluminum alloy bearing
JP3173452B2 (ja) * 1997-02-28 2001-06-04 株式会社豊田中央研究所 耐摩耗性被覆部材及びその製造方法
GB2366531B (en) * 2000-09-11 2004-08-11 Daido Metal Co Method and apparatus for continuous casting of aluminum bearing alloy
AU2002217809A1 (en) 2000-11-15 2002-05-27 Federal Mogul Corporation Non-plated aluminum based bearing alloy with performance-enhanced interlayer
US6833339B2 (en) * 2000-11-15 2004-12-21 Federal-Mogul World Wide, Inc. Non-plated aluminum based bearing alloy with performance-enhanced interlayer
JP3472284B2 (ja) * 2001-10-10 2003-12-02 大同メタル工業株式会社 アルミニウム系軸受合金

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58136737A (ja) * 1981-10-15 1983-08-13 Taiho Kogyo Co Ltd アルミニウム系軸受合金
KR20020022693A (ko) * 2000-04-10 2002-03-27 오하시 미츠오 단조 스크롤 부품 및 그 제조방법
KR20020009496A (ko) * 2000-07-26 2002-02-01 한지 세이고 알루미늄 베어링 합금

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