KR101696562B1

KR101696562B1 - Ｐｂ 프리 Ｃｕ-Ｂｉ계 소결 재료제 슬라이딩 부품

Info

Publication number: KR101696562B1
Application number: KR1020157002287A
Authority: KR
Inventors: 료 무카이; 히로미 요코타; 가오 모리
Original assignee: 다이호 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2017-01-13
Also published as: US8993493B2; JPWO2010030031A1; CN102149833A; JP5492089B2; KR20110042365A; EP2322676A4; WO2010030031A1; WO2010030031A9; US20110224112A1; KR20150020718A; CN102149833B; EP2322676A1

Abstract

상대 축과 접촉하는 측이 기계 가공에 의해 소정의 거칠기로 마무리되고, 또한 다수의 Bi 상이 마무리면에 존재하는 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료제 슬라이딩 부품에 있어서, Bi의 성능을 안정적으로 발휘시킨다. 기계 가공에 의해 소결 재료가 일부의 Bi 상을 피복하고 있고, 또한 피복되어 있지 않은 Bi 상의 전체의 노출 면적률이 마무리면에 대하여 0.5 ％ 이상이다.

Description

Ｐｂ 프리 Ｃｕ-Ｂｉ계 소결 재료제 슬라이딩 부품{SLIDING COMPONENT CONSISTING OF Pb-FREE Cu-Bi TYPE SINTERED MATERIAL}

본 발명은, 슬라이딩용 구리 합금에 친숙성을 발휘하기 위해서 일반적으로 함유되어 있는 연질 금속인 Pb 대신에, Bi 를 함유시킨 Cu-Bi 계 슬라이딩 재료의 슬라이딩면을 기계 가공한 슬라이딩 부품에 관한 것으로, 특히, 소결 합금 표면에 있어서의 이들 연질 금속이 슬라이딩 특성에 미치는 영향에 주목한 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료제 슬라이딩 부품에 관한 것이다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2001-220630호는, 1 ∼ 10 중량％ 의 Bi 상이 분산된 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 슬라이딩 재료를 개시하고, Bi 상 입자 주위에 Ni-Sn 등의 금속간 화합물이 존재한다. 또한, Bi 대신에 혹은 Bi 와 함께 Pb 도 함유되는 경우가 있다. 소결 재료의 현미경 조직의 스케치가 도 1 에 나타내어져 있다. 또, 슬라이딩 재료의 표면을 기계 가공으로 마무리하고 그 후 오버레이층을 피착하여 베어링으로 하고 있다.

특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 2005-350772호는, 1 ∼ 30 ％ 의 Bi 및 평균 입경이 10 ∼ 50 ㎛ 의 경질물 입자를 0.1 ∼ 10 ％ 함유하고, 경질물 입자보다 작은 Bi 상이 Cu 매트릭스 중에 분산되는 조직을 갖는 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 슬라이딩 재료를 개시한다. 소결 재료의 현미경 사진이 도 1 ∼ 4 에 나타내어져 있다. 또, 이 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료의 표면 상태는 페이퍼로 랩하여 10 점 평균 거칠기를 1.0 ㎛ 로 하고 있다.

특허문헌 3 : WO2008/018348 은, 1 ∼ 15 ％ 의 Sn, 1 ∼ 15 ％ 의 Bi, 1 ∼ 10 ％ 의 평균 입경이 5 ∼ 70 ㎛ 의 경질 입자를 함유하고, 경질 입자의 전부가 구리 매트릭스에 접합되어 있는 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 슬라이딩 재료를 개시한다. 소결 재료의 현미경 사진이 도 1 ∼ 4 에 나타내어져 있는 바와 같고, 다수의 Bi 상이 분산되어 있다.

상기한 종래 기술 공보에 나타내어져 있는 소결 합금의 현미경 조직 사진 또는 스케치에서는, Bi 상, 경질 입자 및 구리 매트릭스 등이 나타내어져 있다. 현미경 조직 관찰용 시료 조제에서는, 재료의 절단, 조 (粗) 연마에서 미세 연마, 버프 연마 등의 가공을 순차 실시하여, 각 상이 정확하게 나타나도록 하고 있다. 특히, Bi, Pb 등은 연질이기 때문에, 연마에 의해 절삭되거나 혹은 유동하지 않도록 주의하고 있다.

종래의 Cu-Pb 계 슬라이딩 재료로부터 최근의 Cu-Bi 계 슬라이딩 재료로 이행하는데 있어서는, 특허문헌 1 ∼ 3 은, Bi 의 특성을 여러 가지 관점에서 고려하고 있다. 또, Bi 는 Pb 보다 고가이기 때문에, 가능한 한 첨가량을 줄이고자 하는 원료 비용의 관점도 중요하다.

일본 공개특허공보 2001-220630호 일본 공개특허공보 2005-350772호 WO2008/018348

특허문헌 1 ∼ 3 에서 제안되어 있는 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 슬라이딩 재료에 있어서는, Bi 의 효과는, 그 조직 형태가 특정되면, 첨가 질량％ 에 의존한다는 취지로 설명되어 있다. 이들 특허문헌에 있어서는 도면에 나타낸 조직이 Cu-Bi 계 소결 슬라이딩 재료의 어느 지점에서도 볼 수 있기 때문에, 균질 재료라고 할 수 있다. 균질 재료에 있어서는, 조직이 의도하는 것에 특정되면, Bi 의 효과는 Bi 첨가량에 의존한다.

그런데, 트랜스미션용 부시, 엔진용 베어링 등에 사용했을 경우, 그 슬라이딩 표면은 절삭 등의 기계 가공이 실시되어 소정 표면 거칠기로 마무리되지만, Cu-Bi 합금과 동일한 경우에는 소결 다이아몬드 등의 고성능 공구가 사용되는 경우가 많다. 이 가공 후 부품의 슬라이딩 특성은, Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 슬라이딩 재료에 있어서 동일 Bi 첨가량, 또한 동일 Bi 상 조직에서도 편차가 크고, 또 Bi 첨가량이 많은 재료와 적은 재료에서 특성이 동일하게 되는 경우도 있다. 즉, Cu-Bi 계 소결 슬라이딩 재료는, 가공 표면도 포함하는 전체의 재료로 평가하면, 균질 재료는 아님을 알 수 있다. 본 발명자들은, 추가로 조사를 진행시킨 바, 슬라이딩 부품 표면 상태는, 기계 가공의 영향을 받고 있기 때문에, Bi 가 발휘해야 할 성능이 불안정하게 되어 있음을 알아냈다. 특히, 절삭 공구가 구리 합금 표면을 절삭할 때에, 구리 합금의 일부는 절분 (切粉) 으로써 피가공 재료로부터 분리된다. 한편, 절삭에 의해 제거되지 않는 재료는 거칠기를 형성하고, 또한, 절삭 공구에 의한 전단 응력의 영향을 받은 상태에 있다. 이 기계 가공의 영향을 받은 상태에서는 Bi 상의 분산 형태가 소결 재료의 벌크와는 상이함을 알았다.

따라서, 본 발명은 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료제 슬라이딩 부품에 있어서, Bi 의 성능을 안정적으로 발휘시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상대 축과 접촉하는 측이 기계 가공에 의해 소정의 거칠기로 마무리되고, 또한 다수의 Bi 상이 마무리면에 존재하는 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료제 슬라이딩 부품에 있어서, 상기 기계 가공에 의해 그 소결 재료가 일부의 Bi 상을 피복하고 있고, 또한 피복되어 있지 않은 Bi 상 전체의 노출 면적률이 상기 마무리면에 대하여 0.5 ％ 이상인 것을 특징으로 하는 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료제 슬라이딩 부품을 제공하는 것이다.

본 발명은 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료제 슬라이딩 부품에 있어서, Bi 의 성능을 안정적으로 발휘한다.

도 1 은 기계 가공된 Cu-Bi 계 슬라이딩 부품의 표면을 나타내는 단면 현미경 조직 사진이다.
도 2 는 도 1 의 모식도이다.
도 3 은 기계 가공된 Cu-Bi 계 슬라이딩 부품의 표면을 나타내는 단면 현미경 조직 사진으로서, Bi 상이 Cu 매트릭스의 표면까지 신장되어 있는 경우 1 를 나타낸다.
도 4 는 도 3 의 모식도이다.
도 5 는 기계 가공된 Cu-Bi 계 슬라이딩 부품의 표면을 나타내는 단면 현미경 조직 사진으로서, Cu 가 Bi 상의 표면까지 신장되어 있는 경우 2 를 나타낸다.
도 6 은 도 5 의 모식도이다.
도 7 은 표 1 의 이송 조건 A 에서 기계 가공한 표면 (Bi 노출 면적률 12.5 ％) 을 나타내고, 상측이 현미경 사진이고, 하측이 모식도이다.
도 8 은 도 7 과 동일한 시료를 이송 조건 B 에서 기계 가공한 표면 (Bi 노출 면적률 0.3 ％) 을 나타내고, 상측이 현미경 사진이고, 하측이 모식도이다.
도 9 는 Cu-Sn 계, Cu-Bi 계 및 Cu-Pb 계 슬라이딩 부품에 대하여, Bi 또는 Pb 의 노출 면적률과 소부 면압의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 또한, Bi 와 Cu 는 거의 고용하지 않는다. 그 때문에 Bi 는 Cu-Bi 소결 합금 중에서 Cu 의 복수의 결정 입계에 Bi 만으로 분포한다. 따라서, Bi 상은 Cu-Bi 소결 합금 중에서, 상기의 결정 입계의 형태를 모방하는 입자 형태를 갖고, 다수의 입자 형태를 취하고 있지만, 본 명세서에서는 각각을 Bi 상으로 칭하고 있다. 따라서, 소결 재료제 슬라이딩 부품의 마무리면에는 다수의 Bi 상이 존재한다.

Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료제 슬라이딩 부품이란, 트랜스미션용 부시, 연료 분사 펌프용 부시, 자동차 엔진용 미끄럼 베어링, 공작 기계용 부시, 선박 엔진용 미끄럼 베어링 등의 각종 부품이다.

이들 상대 축과 접촉하는 측의 슬라이딩면은 소결 다이아몬드, 서멧, 고속도강, 초경 공구 등의 절삭 공구에 의해 가공되어 있다. 또한, 가공 후의 표면 거칠기는 일반적으로 JIS Rz 0.5 ∼ 5 ㎛ 정도이다.

본 발명에 있어서의 Cu-Bi 계 슬라이딩 부품에 사용되는 Cu-Bi 계 소결 재료는, 일반적으로 0.5 ∼ 15 질량％, 바람직하게는 2 ∼ 10 질량％ 의 Bi 를 함유한다.

또한, 임의 성분으로써 다음의 원소를 함유할 수 있다. 예를 들어, 강도를 향상하는 Sn 을 1 ∼ 15 질량％, 바람직하게는 3 ∼ 10 질량％, 동일하게 강도를 향상하는 Ni 를 5 질량％ 이하, Cu 매트릭스 중으로의 고용, Ag-Sn 농축층의 형성 또는 Bi-Ag 공정의 형성 등을 실시하는 Ag 를 5 질량％ 이하, 바람직하게는 0.1 ∼ 1 질량％, 소결성을 향상하는 P 를 0.2 질량％ 이하, Cu 매트릭스에 고용하여 내소부성을 향상하는 In 을 10 질량％ 이하, 강도 및 내부식성을 향상하는 Zn 을 30 질량％ 이하로 함유할 수 있다. 이들 원소는 조합하여 함유할 수 있지만, 총량은 40 질량％ 이하가 바람직하다. 상기 이외에 구리 합금에 있어서 불순물 원소나 수반 원소와는 별개로, 슬라이딩 특성 향상 이외의 목적으로 첨가되는 Fe, As, Sb, Mn, Al, Be, S, Ti, Si 등을 소량, 예를 들어 0.5 질량％ 이하 첨가할 수 있다.

또한 Cu-Bi 계 슬라이딩 부품은, 내마모성을 향상하는 경질 입자를 10 질량％ 이하, 바람직하게는 1 ∼ 5 질량％ 함유할 수 있다. 경질 입자는, Fe₃P, Fe₂P, FeB, Fe₂B 등의 Fe 의 화합물, AlN, NiB, Mo₂C, Al₂O₃ 등이고, 바람직하게는 Fe₃P, Fe₂P, FeB, Fe₂B 등의 Fe 의 화합물이다. 경질 입자의 평균 입경은 1.5 ∼ 70 ㎛ 가 바람직하다.

또, 고체 윤활제로서 MoS₂, 흑연을 10 질량％ 이하, 바람직하게는 1 ∼ 3 질량％ 함유할 수 있다.

계속해서, 본 발명이 가장 특징으로 하는 Cu-Bi 계 슬라이딩 부품의 표면에 있어서의 Bi 상 상태에 대하여 설명한다.

종래의 Cu-Pb 계 슬라이딩 재료에서는, Pb 함유량이 5 ∼ 30 질량％ 으로 비교적 많아, 가공 표면에 많은 Pb 가 노출되기 쉬운 경향이 있었지만, Cu-Bi 계 슬라이딩 재료에서는 Bi 의 함유량이 적기 때문에, Bi 가 가공 표면에 노출되기 어려운 경향이 있다.

도 1 은 Cu-Bi 계 소결 재료의 표면을 절삭 공구로 가공한 후의 단면 조직 사진이고, 도 2 는 도 1 의 조직 사진의 Bi 상을 흑, Cu 매트릭스를 백으로 하는 2 값화 표현으로 나타낸 모식도이다. 이들 도에 나타내는 표면보다 상방의 Cu-Bi 계 소결 재료는 절삭 공구에 의해 제거되어 있다. 절삭면의 조직 상태는 절삭 가공의 전단 응력의 영향을 받고 있음은, 소결 조직 상태를 유지하고 있는 내부, 즉 벌크와 비교하면 분명하다. 즉, 절삭 공구는 도면의 좌측에서 우측을 향하여 이동하고 있기 때문에, 소결 재료는 이 방향의 전단 응력에 노출되어, 절삭 종료 후에는, 상이한 상이 접하고 있는 지점에서 절삭 가공의 영향을 볼 수 있다. 즉, Bi 상이 3 지점의 타원으로 둘러싸인 위치에 나타내어져 있는 바와 같이 Cu 매트릭스 표면까지 신장되거나 (이하 「경우 1」이라고 한다), 혹은 반대로 구리가 Bi 상의 표면을 피복하고 있다 (이하 「경우 2」라고 한다).

도 3 및 이것을 흑백 2 값화 표현한 모식도 4 에는 동일한 단면 조직을 나타내어 경우 1 에 상당하고, 도 5 및 이것을 흑백 2 값화 표현한 모식도 6 은 경우 2 에 상당한다. 경우 1 에서는, 균질 재료의 가정으로부터 예측되는 이상의 Bi 가 가공 표면에 노출된다. 한편, 경우 2 에서는 Bi 첨가량의 일부밖에 표면에 노출되지 않기 때문에, Bi 첨가량에 맞는 슬라이딩 특성은 발휘되지 않는다.

계속해서, Cu-Bi 계 슬라이딩 부재의 Bi 노출 면적률의 측정 방법을 설명한다. 먼저, 기계 가공 후의 부재를 탈지, 세정한 후 측정용 시료를 채취한다. 계속해서, 도 7 및 8 의 상반에 나타내는 Bi 의 표면 노출 상태를 전자 현미경으로 관찰하고, 그 결과를 화상 해석 장치로 해석하여 Bi 의 노출 면적률을 산출한다. 이 때, 시료를 연마하면, 시료 표면의 Bi 상 상태가 변화하기 때문에, 탈지·세정 이외의 연마 등의 처리를 실시해서는 안 된다.

기계 가공된 부품의 표면을 탈지, 세정한 후 전자 현미경으로 관찰하면, 경우 1, 2 등의 여러가지 존재 형태로 표면에 존재하는 Bi 상이 패턴으로써 검출되고, 이 패턴의 면적이 시료 전체의 면적에 대하여 계산되어 Bi 노출 면적률이 구해진다. 도 7 은, 표 1 의 이송 속도 조건 A 에서 기계 가공하여 경우 1 로 한 표면 상태 (Bi 노출 면적률 12.5 ％) 의 현미경 사진 (상부) 및 이 2 값화한 도면 (하부) 를 나타내고, 도 8 은 동일한 시료를 이송 조건 B 에서 기계 가공하여 경우 2 로 한 표면 상태 (Bi 노출 면적률 0.3 ％) 의 현미경 사진 (상부) 및 그 2 값화한 도 (하부) 를 나타낸다.

Cu-Bi 계 슬라이딩 부품의 가공면에 있어서의 Bi 상의 형태와, 전자 현미경 에 의한 Bi 의 검출에 대하여 설명한다.

Cu-Bi 계 합금에 있어서는 소결시에 Cu 입자의 입계에 Bi 상이 존재한다. 임의 원소가 첨가된 조성에서는, Ag 와 동시 첨가되었을 경우 Ag-Bi 공정상으로써 존재한다. 이와 동일한 다양한 Bi 존재 형태는 있지만, Bi 는 Cu 에는 거의 고용하지 않기 때문에, Bi 는 Bi 상으로써 기타 상으로부터 구별하여 검출된다. 또한 경질 입자가 첨가되어 있으면, 소결 중에 생성되는 액상 Bi 와 경질 입자가 동일한 지점에 존재하고, 이 상태가 그대로 소결 재료의 조직이 된다. 이와 같은 조직에 있어서도 전자 현미경에 있어서 경질 입자와 Bi 상은 구별된다. 이상과 같이 여러 가지의 소결 조직이 생성되지만, 개개에는 도 1 ∼ 6 에 나타낸 바와 같은 형태로 존재하는 Bi 상의 비율을 기계 가공면에 대한 Bi 노출 면적률로서 구할 수 있다. 가공 표면의 Bi 상의 면적률을 Bi 노출 면적률로 정의한다. 동일 재료로서도 내부의 단면 조직의 Bi 상 면적률과 가공 표면의 Bi 노출 면적률은 상이한 경우가 많다.

본 발명자가 다수의 부시에 대하여 Bi 노출 면적률을 측정한 결과를, Bi 함유량 범위마다 정리하여 다음의 표에 나타낸다. 이 표로부터 알 수 있는 바와 같이, Cu-Bi 계 슬라이딩 부품의 Bi 함유량이 많아져도, Bi 노출 면적률이 매우 적은 레벨에 머무는 경우가 있다. 이 표에서 볼 수 있는 바와 같이, Bi 함유량이 10 ％ 이상으로 매우 많아도, 이송 속도 B 조건의 경우와 같이 대부분이 경우 2가 되어, 다수의 Bi 상이 기계 가공으로 변형한 Cu 에 의해 피복되어 노출률이 매우 낮아진다는 예상 외의 결과를 얻을 수 있었다.

절삭 조건

가공기 : 선반

절삭 공구 재질 : 소결 다이아몬드

부시 내경 : 30 ㎜

회전수 : 970 r.p.m

이송 속도 A : 0.5 ㎜/rev.이상

이송 속도 B : 0.01 ㎜/rev.이하

소결 방법

Cu-Bi 계 소결 재료를 제조할 때에는, 백 플레이트 상에 산포한 입경 150 ㎛ 이하의 Cu-Bi 분말을 온도 700 ∼ 1000 ℃, 불활성 분위기 중에서 소결한다. Cu-Bi 분말은 소정의 성분이 되도록 Cu 분말과 Bi 분말을 혼합해도 된다. 또, Bi 량, 소결 온도 조건을 조절할 수 있다. 또, P 등의 첨가 원소, 혹은 경질 입자나 고체 윤활제를 배합하는 경우에는 이들도 혼합한 다음, 소결을 실시한다.

가공 방법

소결 제품의 표면은, 소결 입자에 의한 요철면이 압연 롤 등으로 압하되어, 밀도가 높아진 상태이다. 통상적으로, 슬라이딩재로서 사용하는 경우에는 베어링 치수 및 표면 거칠기의 조정을 위해서 절삭 공구 등을 사용하여 기계 가공을 실시한다. 또한, 표면의 재료가 절삭된 후의 절삭면에 있어서, 유동하는 물질의 비율, 즉 순 Cu, Sn, Ni 등을 고용한 Cu 나 Cu-Sn 계 금속간 화합물 등을 분산된 여러 가지 조직으로 존재하는 Cu 매트릭스와 Bi 상의 어느 쪽이 많은지가 기계 가공 조건에 따라서 상이하다. 이 때문에, 소결 합금의 Bi 함유량이 일정해도, 기계 가공 조건에 따라서, Bi 노출 면적률이 변화하는 것으로 생각된다. 즉, 절삭 공구의 이송 속도를 빠르게 하는 편이, Bi 가 유동하여 절삭면을 피복하기 쉬움을 알 수 있다. 매우 저속의 이송 속도에서는, 표 1 의 이송 속도 B 조건과 같은 낮은 Bi 노출 면적률의 결과가 얻어진다.

가공 후의 Cu-Bi 계 슬라이딩 부품은 그대로 사용되지만, 필요에 따라 친숙성을 갖는 Sn 등의 금속계 혹은 수지계 오버레이를 피착하여 사용할 수 있다. 또한, 이 경우의 Bi 노출 면적률이란, 오버레이를 피복하기 전의 기계 가공 표면의 Bi 노출 면적률이다.

계속해서, 본 발명에 있어서의 Bi 노출 면적률 한정 이유를 설명한다. 도 9 는, 소결 재료 부품의 Bi 또는 Pb 노출 면적률과 소부 면압의 관계를 나타내는 데이타이다.

도면 중의 공시재의 소결 합금 조성은 다음과 같고, 기계 가공에 의해 표면 거칠기 JIS Rz 2 ∼ 3 ㎛ 로 하였다. 단, 주로 이송 속도를 조절하여, 절삭 속도와 절삭 공구의 형상을 미조절하여, 경우 1 과 2 의 비율을 변화시킴으로써 Bi 노출 면적률을 변화시켰다.

● (흑색 원) : Cu - 3 ％ Sn - 7 ％ Bi

◇ (백색 마름모형) : Cu - 3 ％ Sn - 23 ％ Pb

△ (백색 삼각형) : Cu - 3 ％ Sn

내소부성의 시험 조건은 다음과 같다.

시험기 : 부시 저널 시험기

미끄럼 속도 : 20 m/S

하중 : 1 MPa 스텝 업

윤활 : ATF

도 9 로부터 알 수 있는 바과 같이, Bi 노출 면적률과 내소부성은 관련되어 있다. 기계 가공의 결과, Bi 노출 면적률이 극히 낮은 경우에는 소부 면압이 낮고, Bi 노출 면적률이 증가함에 따라 소부 면압이 높아져 있다. 즉, 절삭 공구에 의해 소성 유동하여 소결 재료의 표면을 덮고 있는 Bi 도 내소부성 향상에 기여한다. 또, Bi 노출 면적률 0.5 ％ 로부터 급격하게 소부 면압이 높아져 있다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 이와 동일한 발견에 기초하여, 종래의 소결 재료와 같이 Bi 첨가량 혹은 함유량으로 특정하는 것이 아니고, Bi 노출 면적률로 슬라이딩 부품을 특정하는 것으로 하였다. 또 상기 서술한 Bi 노출 면적률 0.5 ％ 를 본 발명의 Cu-Bi 계 슬라이딩 부품에 있어서의 특성으로서 채용하였다. 다음으로, Bi 노출 면적률은 약 3 ％ 로 거의 소부 면압이 거의 일정해져, 더 이상 Bi 를 첨가해도 첨가량에 알맞는 효과는 얻어질 수 없다. 또, 이 일정 소부 면압 영역은 종래의 Cu-Pb 합금의 특성과 거의 일치하고 있기 때문에, Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 합금에서는 Cu-Pb 계 재료에 필적하는 성능이 얻어짐을 알 수 있다.

이상 설명한 바에서, 본 발명은 다음과 동일한 효과를 달성한다.

(가) Cu-Bi 계 소결 슬라이딩 부품의 Bi 노출 면적률을 제어함으로써 내소부성을 양호하게 할 수 있다.

(나) 적은 Bi 첨가량으로도 부품 표면에 노출하는 Bi 상의 양 (Bi 노출 면적률) 을 많게 함으로써, 양호한 내소부성을 얻을 수 있다.

(다) 종래의 Cu-Pb 계 소결 재료와 동등한 내소부성을 달성할 수 있다.

(라) Bi 계 소결 재료의 Bi 첨가량을 많게 하면, 내소부성이 향상되지만, 그 반면 내피로성, 강도 및 내마모성이 열화된다. 본 발명에 의해 적은 Bi 첨가량에 의해, 우수한 내소부성이 얻어지기 때문에, 내피로성 등의 특성도 양호하게 할 수 있다.

실시예 및 비교예

입경 150 ㎛ 이하의 표 2 에 조성을 나타내는 구리 합금 아토마이즈 분말을 백 플레이트 강판에 두께 1 ㎜ 로 산포하여, 850 ℃ 에서 20 분간 소결하였다. 그 후, 소결재를 압연하고, 다시 동일 조건에서의 소결 및 압연을 실시하였다. 얻어진 바이메탈 형상 소결재의 표면을, 내경이 50 ㎜ 의 부시 형상으로 굽힘 가공하였다. 부시 내면을 소결 다이아몬드의 절삭 공구로 가공하였다. 부시의 Bi 노출 면적률 및 내소부성을 표 2 에 나타낸다.

표 2 로부터, Bi 노출 면적률이 0.5 ％ 이상의 본 발명 실시예에서는 높은 소부 면압을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

산업상의 이용가능성

이상 설명한 바와 같이, 종래 기술은 Cu-Bi 계 슬라이딩 재료에 있어서 여러 가지 개량을 제안하고 있지만, 본 발명은 기계 가공된 슬라이딩 부품의 분야에까지 고찰과 연구를 진행시켜 우수한 슬라이딩 부품을 제공하는 것이다.

Claims

상대 축과 접촉하는 측이 기계 가공에 의해 마무리되고, 또한 표면에 다수의 소성 유동된 Bi 상 및 Cu 가 존재하는 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료 제조제 슬라이딩 부품에 있어서, 상기 기계 가공에 의해 JIS Rz 0.5 ~ 5 ㎛ 거칠기로 마무리되고, 또한, 소결 재료의 균질한 소결 조직은 Cu 결정 입자와 Cu 결정 입계에 분포하는 Bi 상으로 이루어져 있고, 표면에서 상기 균질한 소결 조직의 Bi 상의 일부는 상기 소성 유동된 Cu 에 의해 피복되어 있고, 상기 균질한 소결 조직의 Cu 결정 입자의 일부는 상기 소성 유동된 Bi 상에 의해 피복되어 있고,
상기 기계 가공의 절삭 공구의 이동 속도가 0.5 mm/rev 이상일 때, 피복되어 있지 않은 Bi 상 및 Cu 결정 입자의 일부 피복하고 있는 소성 유동된 Bi 상의 전체의 노출 면적률이 상기 마무리면에 대하여 0.5 ％ 이상 22.6 % 이하이고,
상기 기계 가공은 공구를 사용하는 절삭 가공이고, 또한 상기 Bi 상을 피복하는 소결 재료 및 상기 소결 재료를 피복하는 Bi 상이 공구의 절삭 방향으로 신장되어 있는 것을 특징으로 하는 트랜스미션용 부시, 연료 분사 펌프용 부시, 자동차 엔진용 미끄럼 베어링, 공작 기계용 부시, 또는 선박 엔진용 미끄럼 베어링에서 선택되는 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료제 슬라이딩 부품.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 Cu-Bi 계 소결 재료의 Bi 함유량이 0.5 ~ 15 질량％ 인 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료제 슬라이딩 부품.
제 3 항에 있어서,
상기 Cu-Bi 계 소결 재료의 Bi 함유량이 2 ~ 10 질량％ 인 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료제 슬라이딩 부품.
제 3 항에 있어서,
1 ∼ 15 질량％ 의 Sn, 5 질량％ 이하의 Ni, 5 질량％ 이하의 Ag, 0.2 질량％ 이하의 P, 10 질량％ 이하의 In, 및 30 질량％ 이하의 Zn 의 1 종 또는 2 종 이상을 총량으로 40 질량％ 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료제 슬라이딩 부품.
제 1 항에 있어서,
10 질량％ 이하의 경질 입자를 함유하는 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료제 슬라이딩 부품.
제 1 항에 있어서,
기계 가공된 Cu-Bi 계 소결 재료의 표면이 오버레이로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료제 슬라이딩 부품.
제 1 항에 있어서,
10 질량％ 이하의 고체 윤활제를 함유하는 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료제 슬라이딩 부품.
제 6 항에 있어서,
10 질량％ 이하의 고체 윤활제를 함유하는 Pb 프리 Cu-Bi 계 소결 재료제 슬라이딩 부품.