KR101494014B1 - 슬라이딩 부재 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

형상을 부여하는 지지체 층, 및 상기 지지체층에 주석 도금으로 적층되며, 합금 성분으로서 주석, 안티몬 및 구리를 포함하는 합금으로 형성된 슬라이딩층(상기 합금 성분의 분율은 중량 기준으로 안티몬 5 내지 20%, 구리 0.5 내지 20%, 납 함량이 0.7% 미만이고, 안티몬, 구리, 납, 주석 이외의 모든 성분의 분율이 0.5% 미만임)이며, 나머지가 주석을 포함하는 슬라이딩 부재는, 상기 슬라이딩층에서 주석 결정을 주로 구형으로 형성하는 것에 의하여 슬라이딩 베어링층의 특성이 개선된다. 계면활성제로서 바람직하게는 에톡시화도가 10 내지 30인 C₁₃C₁₅-옥소 알콜, C₁₆C₁₈-지방 알콜 또는 C₁₈-옥소 알콜을 포함하는 전해질을 사용하며 거대 분자 보조제의 첨가에 의하여 분리 조성 및 분리 속도가 조절되는 전해 분리에 의하여 달성된다.

슬라이딩 부재, 슬라이딩 베어링, 주석, 안티몬, 구리

Description

슬라이딩 부재 및 이의 제조 방법{Sliding element and process for its production}

본 발명은, 형상을 부여하는 지지체 층 및 지지체층 상에 주석 도금으로 적층되며, 합금 성분으로서 주석, 안티몬 및 구리를 함유하는 합금, 상기 합금 성분의 분율은 중량 기준으로 안티몬 5 내지 20%, 구리 0.5 내지 20%, 납 함량이 0.7% 미만이고 안티몬, 구리, 납, 주석 이외의 모든 성분의 분율이 0.5% 미만이며, 나머지가 주석인 것으로 형성된 슬라이딩층을 포함하는 슬라이딩 부재로서, 상기 슬라이딩층에서 주석 결정이 주로 구형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재에 관한 것이다.

본 발명은 또한 형상을 부여하는 지지체층 상에 합금 성분으로서 주석, 안티몬 및 구리를 함유하는 합금으로 이루어진 슬라이딩층을 전해 적층하는 것에 의한 슬라이딩 부재의 제조 방법에 관한 것이다.

슬라이딩 베어링층은 예컨대 DE 82 06 353 U1호에 의하여 공지되어 있다. 여기서 슬라이딩 베어링층은 강철로 지지된 용기 상에 존재하는 지지체층 상에 주석 도금으로 적층된다. 여기서 슬라이딩 베어링층의 두께는 약 20 ㎛이다. 또한, 슬라이딩 베어링층의 구리 함량은 0.5 중량%를 초과하면 슬라이딩 베어링층의 내구성에 유해한 영향을 주므로 0.5 중량% 이하로 한다.

실제로 공지된 슬라이딩 베어링층은 Rhodia Novecare사가 상표명 Igepal CO 880으로 시판하며 30 개의 에톡시(EO) 단위를 갖는 노닐페놀에톡실레이트인 계면활성제를 사용하여 주석 도금으로 제조된다. 전해 적층은 칼럼 결정화에 의하여 달성되며 실질적으로 20 ㎛보다 큰 유용한 층을 생성하지 못한다. 이러한 슬라이딩 베어링층은 마모가 불가피하기 때문에 사용 수명이 자연히 제한된다.

전술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 사용 특성이 개선된 슬라이딩 베어링층을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 슬라이딩 부재를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 과제 해결을 위하여, 본 발명은 형상을 부여하는 지지체 층, 및

상기 지지체층 상에 주석 도금으로 적층되며, 합금 성분으로서 주석, 안티몬 및 구리를 함유하는 합금, 상기 합금 성분의 분율은 중량 기준으로 안티몬 5 내지 20%, 구리 0.5 내지 20%, 납 함량이 0.7% 미만이고 안티몬, 구리, 납, 주석 이외의 모든 성분의 분율이 0.5% 미만이며, 나머지가 주석인 것으로 형성된 슬라이딩층을 포함하는 슬라이딩 부재로서, 상기 슬라이딩층에서 주석 결정이 주로 구형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재를 제공한다.

본 발명의 슬라이딩 부재는 사용 특성이 개선된 효과가 있다.

본 발명은 사용 특성이 개선된 슬라이딩 베어링층을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명에 따르면 이 과제는 서두에서 언급한 유형의 슬라이딩 베어링에서 슬라이딩 베어링층에 주로 구형인 주석 결정을 형성하는 것으로 해결된다.

또한 상기 언급한 과제의 해결을 위하여 본 발명에 따르면 서두에서 언급한 유형의 방법은, 이하의 성분들 및 제조되는 슬라이딩 부재층에 유입되지 않는 임의의 보조제를 포함하며 수용액 중 불화붕소산 및 금속 불화붕소산염을 베이스로 하는 전해질을 사용하고, 거대 분자에 기초하는 하나 이상의 보조제를 사용하여 슬라이딩층을 형성하는 원소의 이온의 이동 속도를 주로 구형으로 형성되는 주석 결정이 생성되도록 제어하는 것을 특징으로 한다:

Sn^{2 +} 15 내지 80 g/l

Sb^{3 +} 0.5 내지 20 g/l

Cu^{2 +} 0.05 내지 10 g/l

HBF₄ 20 내지 200 g/l

계면활성제 0.05 내지 5 g/l.

주석 결정의 대부분(50% 초과)이 구형 구조를 갖도록 (및 예전과 같이 바늘형 또는 칼럼형 구조가 아니도록) 슬라이딩층을 제조함으로써 슬라이딩층의 매우 균일한 구조를 얻는 것이 목적이다. 주석 결정의 구형 구조는 특히 젤라틴 및/또는 레소르신과 같은 거대 분자 보조제의 첨가에 의하여 증착 속도를 제어하여 슬라이딩층의 조성 및 형성되는 구조가 원하는 방식으로 조절되도록 함으로써 얻어진다. 여기서 에톡시화도가 10 내지 30인 C₁₃C₁₅-옥소 알콜, C₁₆C₁₈-지방 알콜 또는 C₁₈-옥소 알콜에 의하여 형성되는 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다. 바람직한 계면활성제는 에톡시화도가 20인 옥소 알콜이다.

본 발명에 따라 형성되는 구조는 매우 균일한 구조를 가지며, 상기 구조에서는 균일하면서도 실질적으로 구형인 안티몬 풍부 침전물이 균일한 분포로 생성된다. 이로써 유의적으로 20 ㎛, 특히 50 ㎛ 이상의 큰 두께에서도 안정하고 균일하며 층박리 없이 사용될 수 있는 실질적으로 안정화된 슬라이딩층이 얻어진다. 에컨대 500 ㎛의 두께를 갖는 슬라이딩층이 용이하게 형성될 수 있다.

구조 및 결정화와 관련하여 "구형"이란 최소 확장부에 대한 최대 확장부의 비가 3 미만, 바람직하게는 2 미만인 과립 크기를 갖는 과립으로서 이해하여야 한다.

적합한 계면활성제는 특히 BASF사가 Lutensol이란 상표명으로 시판하고 있다.

특히 이하의 계면활성제(EO = 에톡시화도)가 적합하다:

Lutenson AO 11 EO가 11인 C₁₃C₁₅-옥소 알콜

Lutenson AO 30 EO가 30인 C₁₃C₁₅-옥소 알콜

Lutenson AT 13 EO가 13인 C₁₆C₁₈-지방 알콜

Lutenson AT 25 EO가 25인 C₁₆C₁₈-지방 알콜

Lutenson TO 12 EO가 12인 C₁₃-옥소 알콜

Lutenson TO 20 EO가 20인 C₁₃-옥소 알콜

Lutenson ON 110 EO가 20인 C₁₃-옥소 알콜.

계면활성제 Lutensol ON 110 및 TO 20이 본 발명에 따른 슬라이딩 베어링층의 제조 및 수지상 결정 형성의 회피에 특히 적합한 것으로서 제조되어 왔다. Lutenson ON 110(EO가 20인 C₁₃-옥소 알콜)이 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 슬라이딩 부재의 바람직한 실시양태에서 슬라이딩층의 구리 함량은 3 내지 6%이다. 실용신안 82 06 353 U1호의 교시와는 달리 구리 함량이 증가되면 슬라이딩층의 내구성 및 최대 응력이 증대된다. 본 발명에 따르면 바람직하다고 하는 0.5 중량% 미만의 구리 함량뿐만 아니라 전혀 고려되지 않았던 최대 2%를 넘는 구리 함량이 제공될 수 있다.

슬라이딩층에서 바람직한 안티몬 함량은 8 내지 17 중량%이다.

바람직한 구리 함량은 2 내지 7%이다.

슬라이딩층에서 구형으로 형성된 주석 결정의 함량은 바람직하게는 70% 초과, 더 바람직하게는 80% 초과이다.

본 발명에 따른 슬라이딩 부재는 통상 원통형의 슬라이딩 베어링 케이스, 이러한 슬라이딩 베어링 케이스의 일부 또는 실질적으로 유사한 부품일 수 있다. 형상을 부여하는 지지체 부품은 금속으로 구성되며 종래 방식으로는 윤활 특성을 갖는 베어링 금속이 적층되어 있는 강철로 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 슬라이딩 층은 이러한 지지 부재 상에 적층된다. 두꺼운 층 두께를 갖는 본 발명에 따른 슬라이딩층은 매우 안정하게 적층될 수 있으므로, 베어링 금속층 없이 금속으로 이루어진 형상 부여 지지체 부재 상에 직접 적층할 수도 있다.

본 발명의 설명을 위하여 이하에서는 실시양태에 대한 시험 결과를 설명하기로 하겠다.

기본 전해질(계면활성제 불포함)을 이하의 조성을 갖도록 제조하였다:

Sn^{2 +} 33 내지 35 g/l

Sb^{3 +} 2.4 내지 3.0 g/l

Cu^{2 +} 0.23 내지 0.26 g/l

HBF₄ 35 내지 45 g/l

레소르신 3 내지 4 g/l

젤라틴 0.25 g/l.

레소르신 및 젤라틴은 형성되는 층의 조성 및 분리 속도에 영향을 주는 보조제이다. 레소르신은 실질적으로 조성에 영향을 주며, 반면에 젤라틴의 거대 분자는 결정 구조, 거칠기 및 층 조성에 영향을 준다. 여기서 젤라틴 농도는 유리하게는 0.1 내지 0.5 g/l로 조절될 수 있다.

전해 분리는 22 내지 24℃의 배스(bath) 온도에서 주석 전극을 사용하여 2 A/dm²의 일정 전류로 수행하였다.

강철 기판은 니켈층으로 (전해) 예비 코팅한다.

SnSbCu 분리는 회전 막대 전극 상에서 뿐만 아니라 금속 스트립 상에서도 행하였다. 회전 막대 전극 상에서의 분리는 시험 결과를 해치는 불연속적인 수지상 결정의 성장을 방지한다.

상기 언급한 모든 조사된 계면활성제는 분리시 종래 통상적으로 사용되던 기준-표준 계면활성제에 비하여 또다른 구조를 유도한다. 특히 수지상 결정의 성장이 실질적으로 감소된다.

이런 점을 고려하여 계면활성제 Lutensol ON 110 및 Lutensol TO 20를 사용하는 것이 특히 유리하다.

상기 언급된 계면활성제, 특히 바람직하게 사용되는 계면활성제를 사용하면, 그 결정 구조가 종래의 슬라이딩층과 상이하고 실질적으로 취급상의 이점을 제공하는 슬라이딩층이 구현된다. 특히 상기 층은 대략 원하는 두께를 갖도록 형성되므로 종래와는 달리 자유롭게 슬라이딩 부재가 형성되고 층 두께가 얻어진다.

Claims (10)

1. 형상을 부여하는 지지체 층, 및

   상기 지지체층 상에 주석 도금으로 적층되며, 합금 성분으로서 주석, 안티몬 및 구리를 함유하는 합금, 상기 합금 성분의 분율은 중량 기준으로 안티몬 5 내지 20%, 구리 0.5 내지 20%, 납 함량이 0.7% 미만이고, 안티몬, 구리, 납, 주석 이외의 모든 성분의 분율이 0.5% 미만이며, 나머지가 주석인 것으로 형성된 슬라이딩층을 포함하는 슬라이딩 부재로서, 상기 슬라이딩층에서 주석 결정이 형성되고, 상기 주석 결정의 50% 초과는 구형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
2. 제1항에 있어서, 상기 슬라이딩 층은 20 ㎛를 초과하는 두께로 적층되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 슬라이딩 층의 구리 함량이 3% 내지 6%인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
4. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 슬라이딩 층의 안티몬 함량이 8% 내지 17%인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
5. 제1항 또는 제 2항에 있어서, 구리 함량이 0.5% 내지 7%인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재.
6. 제 1항의 슬라이딩 부재를 제조하는 방법으로서,

   형상을 부여하는 지지체층 상에 주석, 안티몬 및 구리를 함유하는 합금으로 이루어진 슬라이딩층을 전해 적층(electrolytically depositing)하며, 이하의 성분들을 포함하는 수용액 중 불화붕소산 및 금속 불화붕소산염을 베이스로 하는 전해질을 사용하며, 상기 전해질 중 젤라틴 또는 레소르신은 슬라이딩층을 형성하는 원소 이온의 이동속도를 조절하여 주석 결정이 생성되도록 제어하되, 상기 주석 결정의 50% 초과는 구형이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 부재의 제조 방법:

   Sn²⁺ 15 내지 80 g/l

   Sb³⁺ 0.5 내지 20 g/l

   Cu²⁺ 0.05 내지 10 g/l

   HBF₄ 20 내지 200 g/l,

   계면활성제 0.05 내지 5 g/l

   및 하나 이상의 젤라틴 또는 레소르신.
7. 제6항에 있어서, 계면활성제는 에톡시화도가 10 내지 30인 C₁₃C₁₅-옥소 알콜, C₁₆C₁₈-지방 알콜 또는 C₁₈-옥소 알콜인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 에톡시화도가 20인 옥소 알콜을 계면활성제로서 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제6항 또는 제8항에 있어서, 0.1 내지 3.0 g/l의 농도를 갖는 계면활성제를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제6항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 전해 분리 속도를 0.3 내지 1.5 ㎛/분으로 조절하는 것을 특징으로 하는 방법.