KR102396726B1 - 다층 미끄럼 베어링 부재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 지지층(3)과; 에지부들 중 적어도 하나의 에지부의 영역에서 에지부들 옆의 영역에서보다 더 얇은 반경 방향의 층 두께(14)를 보유한 적어도 하나의 미끄럼층(4)을; 포함하는 다층 미끄럼 베어링 부재(1)에 관한 것이며, 미끄럼층(4)은 적어도 주성분으로서 금속 합금으로 구성되며, 이 금속 합금은 기질을 형성하는 제1 원소와, 축 방향(8)으로 연장되는 농도 기울기로 함유되어 있는 적어도 하나의 제2 원소를 포함하며, 합금에서 제2 원소의 비율은 에지부의 방향으로 갈수록 증가하며, 제2 원소는 기질을 형성하는 제1 원소보다 더 낮은 전류 당량을 보유하고, 그리고/또는 제2 원소 또는 이 제2 원소로 형성된 금속간 상들은 기질을 형성하는 제1 원소보다 더 높은 밀도를 보유한다.

Description

다층 미끄럼 베어링 부재
본 발명은 지지층(support layer)과 적어도 하나의 미끄럼층(sliding layer)을 포함하는 다층 미끄럼 베어링 부재(multi-layered sliding bearing element)에 관한 것이며, 미끄럼층은 원주방향으로 연장되는 에지부들(edge)을 포함하고 반경 방향의 층 두께를 보유하며, 추가로 미끄럼층의 층 두께는 에지부들 중 적어도 하나의 에지부의 영역에서 이 영역 옆의 영역에서보다 더 얇으며, 미끄럼층은, 적어도 주성분으로서, 기질(matrix)을 형성하는 제1 원소와 적어도 하나의 제2 원소를 포함하는 금속 합금으로 구성된다.
또한, 본 발명은 적어도 하나의 지지층과 하나의 미끄럼층을 포함하는 다층 미끄럼 베어링의 제조를 위한 방법에도 관한 것이며, 미끄럼층은 원주방향으로 연장되는 에지부들을 포함하고 반경 방향의 층 두께를 보유하며, 추가로 미끄럼층의 층 두께는 에지부들 중 적어도 하나의 에지부의 영역에서 에지부 옆의 영역에서보다 더 얇게 제조되며, 미끄럼층은 기질을 형성하는 제1 원소와 적어도 하나의 제2 원소를 포함하는 금속 합금으로서 갈바닉 욕에서 갈바닉 증착된다.
미끄럼 베어링 셸부들(sliding bearing shell)에서 원주방향으로 연장되는 측면 에지부들(side edge)의 평탄화(flattening)는 종래 기술에서 이미 공지되어 있다. 다수의 예 중에서 일례로서는 DE 102 08 118 B4호를 언급할 수 있다. 여기서는, 루프 에지부(roof edge) 또는 혼합 에지부(blended edge)로서도 언급되는 상기 특수한 형상에 의해, 측면 에지부 영역에서 미끄럼 베어링의 초과 하중 및 유막(oil film)의 파열은 방지된다고 되어 있다.
DE 10 2011 077 278 B3호에서는, 베어링 셸 블랭크(bearing shell blank)의 직선 이동이 특수한 유형의 보링 스핀들(boring spindle)의 이동에 중첩됨으로써 공 모양의 표면을 갖는 미끄럼층이 획득되는 것인 방법이 공지되어 있다.
예컨대 기계적인 정밀 보링(fine boring), 또는 벨트 샌딩 장치(belt sanding device)를 이용한 수동 연삭을 통한 측면 에지부들의 절삭 가공에 추가로, 층 두께 프로파일의 제조를 위한 엠보싱 방법 역시도 공지되어 있다.
갈바닉 전기 도금에서, 층 두께 프로파일의 제조를 위해, 다이아프램들, 보조 전극들 또는 특수하게 형성된 애노드들이 이용될 수 있다.
단지 에지부에서 강하게 증가하는 층 두께의 방지만으로도 현저한 비용이 요구된다. 이를 위해 종래 기술에서는 펄스 전류(pulsed current) 및 역방향 펄스 전류(reverse pulsed current)의 이용뿐만 아니라 평탄화 첨가제들(flattening additive) 및 상응하는 피가공물 설계(workpiece design) 역시도 공지되어 있다.
요컨대 갈바닉 증착은 통상적으로 에지부들 상에서 상대적으로 더 높은 층 두께를 적층하는 경향이 있는데, 그 이유는 그 해당 위치에서 전계선들(electric field line)이 집중되어 상대적으로 더 높은 국소적 전류 밀도를 야기하기 때문이다.
상기 방법들은 복잡하다는 점을 제외하고도, 상기 방법들은 부분적으로 재현하기가 쉽지 않다. 정밀 보링 시, 통상적으로 미끄럼 베어링들의 측면 에지부들의 영역에는 특수한 게이지 스트립(gauge strip)이 대어진다. 측면 에지부들의 수동 가공 시에는 사람에 의해 결함이 쉽게 발생할 수 있다.
갈바닉 전기 도금 용액들은, 미끄럼 베어링 제조의 경제성에 불리한 영향을 미치는 부품에 고정된 공구들 또는 개별 코팅 장치들을 요구한다. 그 결과, 에지부까지 층 두께의 극미한 증가(1㎛ 내지 10㎛)는 일반적으로 불가피한 것으로서 감수되거나, 또는 심지어 바람직한 것으로서 기재되고 있다(WO2014/104002 A1호).
본 발명의 과제는, 부분 영역에서 층 두께가 감소된 미끄럼 층을 포함하는 다층 미끄럼 베어링 부재를 제공하는 것에 있다.
상기 과제는, 최초에 언급한 다층 미끄럼 베어링 부재의 경우, 제2 원소가 축 방향으로 연장되는 농도 기울기(concentration gradient)로 함유되고, 합금에서 제2 원소의 비율은 에지부의 방향으로 갈수록 증가하며, 제2 원소는 기질을 형성하는 제1 원소보다 더 적은 전류 당량(current equivalent)을 보유하고, 그리고/또는 제2 원소, 또는 이 제2 원소로 형성되는 금속간 상들(intermetallic phase)은 기질을 형성하는 제1 원소보다 더 높은 밀도를 보유하는 것을 통해 해결된다.
또한, 본 발명의 과제는 최초에 언급한 방법으로도 해결되되, 상기 방법에 따라서는, 축 방향으로 연장되는 농도 기울기를 갖는 제2 원소가 에지부의 방향으로 갈수록 합금에서의 제2 원소의 비율이 증가하는 방식으로 증착되며, 그리고 제2 원소로서는 제1 원소에 비해 더 적은 전류 당량을 갖는 원소가 이용되고, 그리고/또는 제2 원소로서는, 자신 또는 자신으로 형성된 금속간 상들이 제1 원소보다 더 높은 밀도를 보유하는 것인 원소가 이용된다.
이 경우, 전류 당량은, 특정한 시간 이내에 특정한 전류량으로 증착될 수 있는 원소의 양이다. 이 경우, 전류량 및 시간은 고려되는 원소들에 대해 동일해야만 한다.
밀도는 (각각 동일한 온도 조건에서) 각각 단일 핵종 원소(mononuclidic element), 또는 형성된 금속간 상들에 관련된다.
이 경우, 바람직하게는, (농도 기울기를 이용하지 않고 전류량이 동일한 조건, 다시 말하면 전기 에너지의 양이 동일한 조건에서의 증착과 비교하여) 제2 원소의 농도 기울기에 의해 미끄럼층의 갈바닉 증착 시 증착량의 변화, 및/또는 증착된 합금의 체적의 변화가 야기된다. 이는 다시금 층 두께를 의도한 대로 감소시킨다. 다시 말해, 다층 미끄럼 베어링 부재의 제조 동안 본 발명에 의해 농도 기울기는 기하학적 기울기(geometric gradient)로, 요컨대 미끄럼층의 층 두께 프로파일로 변환된다. 그에 따라, 다층 미끄럼 베어링 부재의 제조를 위한 방법은 간단하게 실행된다. 더 나아가, 에지부 영역에서 제2 원소의 상대적으로 더 높은 비율에 의해, 상기 해당 영역의 기계적 특성들의 변동이 달성될 수 있다. 증가된 경도(increased hardness)는 다층 미끄럼 베어링 부재의 작동 중에 상기 해당 영역의 초과 하중을 상쇄시킬 수 있고, 이와 반대로 연화(softening)는 추가적인 적응을 수월하게 하고 그에 따라 단지 작동상의 적응 요구의 부분 보상만을 필요로 한다.
바람직하게는, 제2 원소는 제1 원소보다 전기화학적으로 더 고귀(noble)하며, 여기서 "더 고귀하다는" 용어는 정상 전위(normal potential)에 관련되는 것이 아니라, 갈바닉 공정에서 (경우에 따라 상응하는 금속간 상들의) 실제 증착 전위에 관련된다. 상대적으로 더 고귀한 상기 원소들은 통상 예컨대 상대적으로 더 낮은 전류 밀도 또는 상대적으로 더 얇은 확산층 두께(예: 상대적으로 더 강한 교반)의 조건에서 상대적으로 더 높은 농도로 증착된다.
바람직하게 제1 원소는 주석이고 제2 원소는 구리이다. 주석은 약 0.62㎎/As를 함유하고 약 7.3g/㎤의 밀도를 갖는 산성 전해질에서 증착된다. 이와 반대로, 구리는 약 0.33㎎/As를 함유하고 (약 40%의 구리를 함유한 Cu6Sn5 상으로서) 약 8.5g/㎤의 밀도를 갖는 상기 전해질에서 증착된다. 다시 말해, 전하량이 동일한 조건에서 구리량은 단지 대략 반만이, 그리고 구리 자체는 상대적으로 더 높은 밀도로, 다시 말하면 상대적으로 더 적은 체적으로 증착될 수 있다. 그에 따라, 전술한 효과들의 추가적인 향상이 달성될 수 있다.
주석-구리 시스템에서 다층 미끄럼 베어링 부재의 바람직한 실시 변형예에 따라서, 에지부의 영역에서 구리의 비율은 미끄럼층 내에서 상기 원소의 평균 비율보다 최소한 2중량 퍼센트만큼 더 높다. 그에 따라, 전술한 효과들은 계속하여 강화될 수 있다. 그에 따라, 다층 미끄럼 베어링의 초과 하중 영역들은 상대적으로더 충분하게 방지될 수 있고 그에 따라 다층 미끄럼 베어링의 작동 안전성은 계속하여 향상될 수 있다.
다른 한편으로, 바람직하게는, 주석-구리 시스템에서 구리의 비율은 에지부의 영역에서 최대 30중량 퍼센트일 수 있다. 그에 따라, 한편으로, 불균일한 표면, 특히 너무 높은 표면 거칠기는 방지될 수 있으며, 그에 따라, 다른 한편으로는, 비록 해당 영역의 하중 지지 능력과 관련하여 바람직하기는 하지만, 그러나 미끄럼층의 전체 마찰공학 특성들에 부정적인 영향을 미칠 수도 있는 너무 경질이면서 극도로 취성인 에지부 영역의 형성은 방지될 수 있다. 에지부 영역에서 35중량 퍼센트의 구리 함량을 초과할 때, 이런 경우 거의 주석이 결합되지 않는 금속간 상들(Cu6Sn5)은 극도의 취성을 띄게 된다.
평균 구리 함량은 바람직하게는 7중량 퍼센트 내지 20중량 퍼센트의 범위 이내이며, 특히 10중량 퍼센트 내지 15중량 퍼센트의 범위 이내이다. 그 결과, 에지부에서 2중량 퍼센트만큼의 증가는 상대적으로 더 간단하게 달성될 수 있다.
또 다른 실시 변형예에 따라서, 제1 원소는 주석으로 구성되고 제2 원소는 비스무트로 구성될 수 있다. 비스무트는 약 0.72㎎/As를 함유하고 약 9.8g/㎤의 밀도를 갖는 산성 전해질에서 증착된다. 주석은 약 0.62㎎/As를 함유하고 약 7.3g/㎤의 밀도를 갖는 산성 전해질에서 증착된다. 주석 및 비스무트 모두는 연질이고 우수한 마찰공학 특성들을 나타내기 때문에, 에지부 쪽으로의 층 두께 감소부는 강성 및 마찰공학 특성이 상대적으로 일정할 때 실현될 수 있다.
주석-비스무트 시스템에서 바람직한 실시 변형예에 따라서, 코팅층은 평균적으로(다시 말해 전체 코팅층에 걸쳐서 고려할 때) 약 3중량 퍼센트 내지 10중량 퍼센트의 비스무트로 구성되며, 에지부에서 최소한 2중량 퍼센트만큼 최대한 15중량 퍼센트로의 상승이 특히 바람직하다. 15중량 퍼센트를 초과하는 비스무트 함량은 저용융성일 수 있으며, 그리고 심지어는 139℃의 공융(eutectic)을 형성할 수 있다. 상기 조성들은 온도가 증가할 때 강성에 단점으로서 작용할 수 있다.
또 다른 실시 변형예에 따라서, 제1 원소는 주석으로 구성되고 제2 원소는 안티몬으로 구성될 수 있다. 안티몬은 약 0.42㎎/As를 함유하고 (SnSb 금속간 상으로서) 약 6.9g/㎤의 밀도를 갖는 산성 전해질에서 증착된다. 주석은 약 0.62㎎/As를 함유하고 약 7.3g/㎤의 밀도를 갖는 산성 전해질에서 증착된다. 금속간 상의 상대적으로 더 낮은 밀도는 상대적으로 더 낮은 전류 수율(current yield)의 효과에 의해 용이하게 극복된다. SnSb 상들은 주석 합금의 강성 및 내온성을 증가시키며, 그리고 우수한 마찰공학 특성들을 나타낸다.
주석-안티몬 시스템에서 특히 바람직한 실시 변형예로서, 코팅층은 평균적으로(다시 말해 전체 코팅층에 걸쳐서 고려할 때) 2중량 퍼센트 내지 20중량 퍼센트의 안티몬으로 구성되며, 에지부 영역에서는 최소한 5중량 퍼센트만큼 최대 40중량 퍼센트로의 증가가 선호된다.
또 다른 바람직한 실시 변형예에서, 주석, 비스무트, 및/또는 안티몬, 및/또는 구리가 조합된다. 이 경우, 바람직하게는, 합금에서 주석의 비결합 비율에서, 다시 말하면 금속간 Cu6Sn5 상들 또는 SnSb 상들에서 결합되어 있지 않은 비율에서 15중량 퍼센트의 비스무트의 최대 함량은 전술한 이유에서 초과되지 않는다. 이런 조합을 통해, 에지부까지 층 두께 감소가 대체로 구리 함량의 증가를 통해 설정될 수 있게 됨으로써, 안티몬의 긍정적인 특성들은 강화될 수 있다. 그에 따라, 층 두께 감소는 안티몬의 훨씬 더 낮은 층 두께 효과에 따라 결정되지 않게 되며, 다시 말하면 안티몬 함량은 에지부 쪽으로 갈수록 과도하게 상승하지 않아야 한다.
또 다른 실시 변형예에 따라서, 제1 원소는 아연으로 구성되고 제2 원소는 주석으로 구성될 수 있다. 주석은 약 0.31㎎/As를 함유하고 약 7.3g/㎤의 밀도를 갖는 시안화물 전해질에서 증착된다. 이와 반대로, 아연은 약 0.34㎎/As를 함유하고 약 7.1g/㎤의 밀도를 갖는 상기 전해질에서 증착된다.
아연-주석 시스템에서 특히 바람직한 실시 변형예로서, 코팅층은 평균적으로(다시 말해 전체 코팅층에 걸쳐서 고려할 때) 약 10중량 퍼센트 내지 30중량 퍼센트의 아연을 함유한다. 그 결과, 연질인 주석 기질은 아연을 통해 내부식성 및 내마모성이 더 증가한다. 다시금, 바람직하게는, 에지부까지 주석 비율은 최소한 2중량 퍼센트만큼, 훨씬 더 바람직하게는 5중량 퍼센트만큼 상승한다. 이 경우, 에지부까지 주석 상승은 감소된 층 두께를 통한 기하학적 적응(geometric adaptation)을 달성하며, 그와 동시에 연화 및 그에 따라 향상된 마찰공학 특성 및 기계적 적응성도 달성한다.
이 경우, 구리, 니켈 및/또는 코발트와 같은 합금 원소들의 추가적인 사용(Zn-Cu 상으로서 약 8g/㎤의 밀도에서 각각 Co 및 Ni에 대해 약 0.3㎎/As 및 Cu에 대해 0.66㎎/As)를 통해, 에지부의 이격 영역들(특히 니켈 및 코발트의 경우, 상대적으로 덜 고귀하기 때문에)의 강성, 또는 에지 영역들(특히 구리의 경우, 특히 고귀하기 때문에)의 강성을 증가시키고 목표한 바대로 설정할 수 있다.
완벽함을 위해 주지할 사항은, 강알칼리성 시안화물 전해질에서 주석-아연 시스템의 증착 시 조건들은 종래 산성 전해질에서와 다르다는 점이다. 아연은 상기 전해질 내에서 시안화물로 착화되고 주석(여기서는 Sn4+이고, 산성에서처럼 Sn2+는 아님)은 단지 약 0.3㎎/As의 전류 수율로만 매우 강한 히드록시 착물에서 증착되되, 주석이 대체로 아연보다 더 고귀한지 그 여부는 욕 조성(자유 알칼리도)에 따라 결정된다. 동일하게, 상기 전해질 내에서 구리는 (강한 시안화물 착물의 형태로) 주석보다 덜 고귀한 것으로 표현될 수 있지만, 그러나 0.66㎎/As의 전류 수율(Cu+이고, Cu2+는 아님)로 증착된다.
또 다른 실시 변형예에 따라서, 제1 원소는 은(silver)으로 구성되고 제2 원소는 납으로 구성될 수 있다. 은은 약 1.12㎎/As를 함유하고 약 10.5g/㎤의 밀도를 갖는 시안화물 전해질에서 증착된다. 이와 반대로, 납은 단지 약 1.07㎎/As만을 함유하고 약 11.3g/㎤의 밀도를 갖는 상기 전해질에서 증착된다.
극도로 강한 은-시안화물 착물을 통해, 납은 바람직하게 증착되며, 다시 말해 정상 전위(Ag: +0.80V 대 Pb: -.13V)와 관련하여 은의 훨씬 더 고귀한 거동에도 불구하고, 은보다 더 고귀하게 거동한다. 이 경우, 전해질은, 특히 자유 시안화물 농도가 높고(강한 은 착화) 그에 반해 자유 알칼리도는 낮도록(상대적으로 적은 Pb 착화) 조성된다.
은-납 시스템에서 특히 바람직한 실시 변형예로서, 코팅층은 평균적으로(다시 말해 전체 코팅층에 걸쳐서 고려할 때) 약 5중량 퍼센트 내지 40중량 퍼센트의 납으로 구성된다. 다시금, 바람직하게는, 에지부까지 납 비율은 최소한 2중량 퍼센트, 훨씬 더 바람직하게는 10중량 퍼센트만큼 상승하지만, 그러나 60중량 퍼센트의 값을 초과하지는 않는다. 밀도 및 전기화학적 당량(electrochemical equivalent)의 상대적으로 더 적은 효과를 통해, 의도되는 층 두께 감소의 달성을 위해 에지부에서 납 함량의 상대적으로 강한 증가가 바람직하다.
또 다른 실시 변형예에 따라서, 제1 원소는 은으로 구성되고 제2 원소는 비스무트로 구성될 수 있다. 은은 약 1.12㎎/As를 함유하고 약 10.5g/㎤의 밀도를 갖는 시안화물 전해질에서 증착된다. 이와 반대로, 비스무트는 단지 약 0.72㎎/As만을 함유하고 약 9.8g/㎤의 밀도를 갖는 상기 전해질에서 증착된다. 이에 대해서는 주석-아연 시스템에 대해 전술한 상술 내용이 참조되되, 상대적으로 더 낮은 밀도의 반대되는 효과는 전기화학적 당량의 상대적으로 더 강한 효과를 통해 극복된다.
단지 완벽함을 위해서만, 언급할 사항은, 바로 시안화물 시스템들 또는 거의 중성인 시스템들이 가끔 전기량 전류 수율(coulometric current yield)이 완전하지 않는 경우 분리된다는 점, 다시 말하면 부가 반응(예: 가스 발생)이 무시할 수 없을 정도의 부분 전류를 변환시킨다는 점이다. 많은 사례에서, 전류 수율은 전류 밀도가 감소함에 따라 증가한다. 다시 말하면, 의도되는 효과의 강화를 위한 다른 사례들에서 그 효과가 약화될 수 있다. 그러나 강산성 전해질 또는 예컨대 은 전해질에서 일반적으로 상기 영향은 무시될 수 있다.
자명한 사실로서, 전술한 모든 예에서, 에지부까지의 층 두께 감소에 명목상의 작용을 하지 않지만, 그러나 다른 긍정적인 작용들(예: 광택 및 평탄화, 결정 입계 강도, 내마모성 또는 피로 강도)을 가져오는 또 다른 합금 원소들 또는 입자들이 첨가될 수 있다.
또 다른 실시 변형예에 따라서, 미끄럼층 상에는, 미끄럼층에서 제2 원소의 평균 비율보다 더 적은 제2 원소의 비율을 포함하는 추가 층이 배열될 수 있다. 그에 따라, 다층 미끄럼 베어링의 마찰공학 특성들은 향상될 수 있는데, 그 이유는 경도를 증가시키는 원소의 비율이 미끄럼층에서보다 더 적기 때문이다. 그에 따라, 상기 원소, 다시 말해 제2 원소의 비율은 미끄럼층 내에서 증가될 수 있으며, 그럼으로써 마찬가지로 전술한 효과들의 향상이 달성될 수 있다. 그에 따라, 예컨대 현저한 기울기를 갖지 않는 연질의 적응성 주석 기반 런인 층(run-in layer)과; 높은 구리 기울기(에지부까지 구리 함량의 강한 상승)를 가지면서 강한 층 두께 감소 및 경도 증가에 상응하는 제1 주석-구리 층을; 조합할 수 있으며, 제1 층은 기하학적 형상을 제공하고 제2 층은 우수한 마찰공학 특성들을 제공한다.
완벽함을 위해, 주지할 사항은, 미끄럼층이 상이하게 조성되어 각각 전술한 효과를 달성하는 복수의 부분 미끄럼층으로도 구성될 수 있다는 점이다.
그러나 이 경우, 상기 추가 층이 작동 중에 비로소 확산의 결과로서 원소들의 교환을 통해 구성될 수도 있으며, 추가 층은 경도가 증가되고 미끄럼층은 더 연질이 되거나, 또는 층들이 작동 중에 확산을 통해 서로 교환되고 구리 함량들은 균등해진다.
본원의 방법의 실시 변형예에 따라서,
- 갈바닉 욕은 원소들의 증착 동안 진동 운동에 의해 코팅 대상 표면 상으로 수직으로 이동되며,
- 진동 운동은 감소된 층 두께를 갖는 영역의 의도되는 길이의 0.1배 ~ 3배에 상응하는 높이로 실행되며,
- 진동 운동은 0.5Hz보다 큰 주파수로 실행되며,
- 다수의 다층 미끄럼 베어링이 하나의 갈바닉 욕에서 동시에 제조되되, 다층 미끄럼 베어링들을 위한 블랭크들(blank) 사이에 스페이서 부재들이 배치된다.
상기 실시 변형예들 각각에 의해, 또는 이들의 개별 조합예들에 의해, 제2 원소를 위한 농도 기울기는 상대적으로 더 간단하게 형성될 수 있다.
본 발명의 더 나은 이해를 위해, 본 발명은 하기 도면들에 따라서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 다층 미끄럼 베어링 부재를 간소화하여 도시한 개략적 측면도이다.
도 2는 다층 미끄럼 베어링을 간소화하여 도시한 개략적 횡단면도이다.
도면들과 관련한 설명에 앞서 고수할 사항은, 상이하게 기재되는 실시형태들에서 동일한 부재들에는 동일한 도면부호들 또는 동일한 부품 명칭들이 부여되되, 본원의 명세서 전체에 포함되는 개시내용들은 그 의미에 부합하게 동일한 도면부호 또는 동일한 부품 명칭을 갖는 동일한 부재들에 전용될 수 있다는 점이다. 또한, 예컨대 상부, 하부, 측면 등처럼 본원 명세서에서 선택되는 위치 정보들은 직접 기재되고 도시되는 도면에 관련되며, 그리고 위치 변경 시에는 그 의미에 부합하게 신규 위치에도 전용된다.
도 1 및 도 2에는, 금속 다층 미끄럼 베어링 부재(1), 특히 레이디얼 미끄럼 베어링 부재가 측면도로 도시되어 있다. 상기 금속 다층 미끄럼 베어링 부재는 미끄럼 베어링 부재 몸체(2)를 포함한다. 미끄럼 베어링 부재 몸체(2)는 지지층(3)과 이 지지층 위에 배열되는 적어도 하나의 미끄럼층(4)을 포함하거나, 또는 지지층(3) 및 이 지지층과 직접 결합되는 미끄럼층(4)으로 구성된다.
도 1에서 파선으로 예시된 부분으로 알 수 있는 것처럼, 미끄럼 베어링 부재 몸체(2)는 추가 층들 역시도 포함할 수 있으며, 예컨대 미끄럼층(4)과 지지층(3) 사이에 배열되는 중간층(5)도 포함할 수 있다. 중간층(5)은 예컨대 확산 방지층(diffusion barrier layer) 또는 결합층(bonding layer) 또는 베어링 금속층일 수 있으며, 복수의 중간층(5) 역시도 전술한 층들의 조합 구조들의 형태로 제공되어 있을 수 있다.
다층 미끄럼 베어링 부재(1)의 상기 구성은 종래 기술로부터 공지되어 있으며, 그런 까닭에 그에 대해서는 종래 기술이 참조되어야 한다.
다층 미끄럼 베어링 부재(1)는, 적어도 하나의 추가 미끄럼 베어링 부재(각각의 구조적인 구성에 따라 하나보다 많은 개수의 추가 미끄럼 베어링 부재 역시도 제공될 수 있음)와 함께, 공지되어 있는 것처럼, 하나의 미끄럼 베어링을 형성한다. 이 경우, 바람직하게는, 미끄럼 베어링의 작동 중에 상대적으로 더 높은 하중을 받는 미끄럼 베어링 부재는 본 발명에 따른 다층 미끄럼 베어링 부재(1)를 통해 형성된다. 그러나 하나 이상의 추가 미끄럼 베어링 부재들 중 적어도 하나가 본 발명에 따른 다층 미끄럼 베어링 부재(1)를 통해 형성되는 가능성 역시도 있다.
도 1에 따른 다층 미끄럼 베어링 부재(1)는 반 셸(half shell)의 형태로 형성된다. 또한, 다층 미끄럼 베어링 부재(1)는 미끄럼 베어링 부시로서 형성될 수도 있다. 이런 경우에, 다층 미끄럼 베어링 부재(1)는 동시에 미끄럼 베어링이다. 또한, 또 다른 분리, 예컨대 1/3 분리의 가능성도 있으며, 그럼으로써 다층 미끄럼 베어링 부재(1)는 2개의 또 다른 미끄럼 베어링 부재와 결합되어 하나의 미끄럼 베어링을 형성하게 되며, 2개의 또 다른 미끄럼 베어링 부재 중 적어도 하나는 마찬가지로 다층 미끄럼 베어링 부재(1)를 통해 형성될 수 있다. 이런 경우 다층 미끄럼 베어링 부재는 180°의 각도 범위가 아니라 120°의 각도 범위를 충족시킨다.
특히 다층 미끄럼 베어링 부재(1)는 엔진 산업에서, 또는 엔진에서 이용을 위해 제공된다.
지지층(3)은 바람직하게는 강재(steel)로 구성되지만, 그러나 예컨대 청동과 같은 또 다른 적합한 재료들로도 구성될 수 있다. 또한, 지지층(3)은, 다층 미끄럼 베어링 부재(1)가 베어링 영역에서 직접 코팅됨으로써 다층 미끄럼 베어링 부재(1)를 포함하는 부품을 통해서도 형성될 수 있다.
경우에 따라서 존재하는 베어링 금속층은, 예컨대 이런 목적을 위해 종래 기술에서 공지된 것과 같은 구리 기반 합금 또는 알루미늄 기반 합금으로 구성될 수 있다. 예컨대 베어링 금속층은 예컨대 CuSn10, CuAl10Fe5Ni5, CuZn31Si, CuPb24Sn2, CuSn8Bi10, CuSn4Zn과 같은 DIN ISO 4383에 따르는 구리 기반 합금으로 구성될 수 있다.
경우에 따라서 존재하는 결합층 또는 확산 방지층은 마찬가지로 이런 목적을 위해 종래 기술에서 공지된 재료로 구성될 수 있다.
적어도 하나의 미끄럼층(4)은 다층 미끄럼 베어링 부재(1)의 원주방향(6)으로, 다시 말해 반경 방향(7) 및 축 방향(8)(도 2)에 대해 수직으로 연장되는 에지부들을 포함한다. 에지부들은, 도 2에서 알 수 있는 것처럼, 측면 에지부들(9, 10)을 통해 형성될 수 있다. 측면 에지부들(9, 10)은, 축 방향(8)에서 미끄럼층(4)을 한정하는 에지부들이다.
또한, 미끄럼층(4)은, 도 2에서 파선으로 도시된 것과 같은 적어도 하나의 그루브(11), 예컨대 윤활제 그루브를 포함할 수도 있다. 그루브(11)는 (횡단면도에서 고려할 때) 다층 미끄럼 베어링 부재(1)의 본 실시 변형예에서 지지 대상 부품, 예컨대 샤프트가 그 상에서 활주하는 것인 미끄럼층(4)의 미끄럼층 표면(12)에서부터 지지층(3)의 방향으로 연장되며, 그리고 미끄럼층(4) 내에서는 원주방향(6)의 방향으로 뻗어있다. 또한(또는 그에 추가로), 이런 경우에, 에지부들은 그루브 측벽부들(13)에서부터 미끄럼층 표면(12)으로의 전이부 상의 에지부들을 통해 형성될 수 있다.
또한, 미끄럼층(4)은 반경 방향(7)으로 고려할 때 층 두께(14)를 보유한다. 특히 도 2에서 알 수 있듯이, 층 두께는 에지부들 중 적어도 하나의 에지부의 영역에서 [다층 미끄럼 베어링 부재(1)의 도시된 실시예에서는 두 측면 에지부(9, 10)의 영역에서] 상기 영역 옆의 영역에서보다 더 얇다. 다시 말해, 미끄럼층(4)은 축 방향(8)으로 고려할 때 층 두께 프로파일을 보유한다.
또한, 미끄럼층(4)의 층 두께(14)는 단지 두 측면 에지부 영역 중 하나에서만 미끄럼층(4)의 잔여부에서보다 더 얇을 수도 있다.
미끄럼층(4)의 감소된 층 두께(14)를 보유하는 영역 옆의 언급되는 영역은, 미끄럼층(4)의 층 두께(14)가 그곳에서 자신의 최댓값을 갖는 곳인 영역이다. 그에 상응하게 감소된 층 두께(14)를 보유하는 적어도 하나의 영역은 상기 영역에 인접하는 영역이다.
여기서 주지할 사항은, 비록 가능하긴 할지라도, 미끄럼층(4)이 축 방향(8)에서 전체 폭(15)에 걸쳐 폭 크라우닝부(width crowning)를 구비하여 형성되지 않는다는 점이다. 특히 도 2에서 알 수 있는 것처럼, 미끄럼층(4)의 대부분은 (통상적인 표면 거칠기의 범위에서) 일정한 층 두께(14)를 구비하여 형성된다.
미끄럼층(4)의 감소된 층 두께(14)를 보유한 적어도 하나의 영역은 축 방향(8)에서 미끄럼층(4)의 전체 폭(15)의 0%와 100% 사이, 특히 30%와 70% 사이일 수 있다.
미끄럼층(4)의 감소된 층 두께(14)를 보유한 적어도 하나의 영역에서, 층 두께(14)는 최댓값에서부터 최댓값의 98%와 60% 사이, 특히 90%와 70% 사이의 값으로 감소될 수 있다. 그러나 미끄럼층(4)의 층 두께(14)는 바람직하게는 어느 위치에서도 영(0)은 아니다.
감소된 층 두께(14)를 보유한 적어도 하나의 영역에서 층 두께 프로파일은 바람직하게는 라운딩되어 형성되며, 그럼으로써 감소된 층 두께(14)를 보유한 적어도 하나의 영역에서 층 두께(14)의 최댓값을 갖는 영역으로의 전이부 상에는 뾰족한 전이부는 존재하지 않게 된다. 이 경우, 라운딩 반경(16)은 에지부로부터의 이격 간격이 증가함에 따라 바람직하게는 지속적으로 증가한다. 바로 에지부 상에서 반경은 약 0.02㎜일 수 있으며, 평면 활주면으로의 전이부에서 상기 반경은 정의에 따라서 거의 무한대가 된다. 특히 바람직하게는 라운딩 반경(16)은 에지부까지 이격 간격(x)이 증가함에 따라 지수형으로(exponential)[r = f(ex)] 또는 잠재적으로(potential)[r = f(xn)] 증가한다.
미끄럼층(4)은 적어도 주성분으로서 금속 합금으로 구성된다. "적어도 주성분으로서"는, 미끄럼층(4) 내에, 예컨대 다층 미끄럼 베어링 부재(1)의 미끄럼층들(4)에 대한 해당 종래 기술에서 공지되어 있는 것과 같은 고체 윤활제 또는 무기 입자와 같은 비금속 성분들 역시도 포함되어 있을 수 있다는 점을 의미한다. 그러나 바람직하게는 미끄럼층(4)은 전체적으로 금속 합금으로 구성된다.
금속 합금은, 합금의 기질을 형성하는 제1 금속 원소와; 기질 내에 함유되어 있는, 예컨대 제1 원소와의 금속간 상으로서의 적어도 하나의 제2 금속 원소를; 함유한다. 또한, 금속 합금은 단지 상기 두 원소만으로 구성될 수 있다.
제2 원소의 비율은 축 방향(8)에서 농도 기울기를 나타낸다. 이 경우, 제2 원소는 금속 합금 내에 적어도 하나의 에지부의 방향으로 갈수록 증가하는 함량으로 함유되어 있다. 다시 말해, 제2 원소의 함량은 미끄럼층(4)의 측면 에지부(9) 및/또는 측면 에지부(10)의 방향으로 갈수록, 그리고/또는 그루브(11) 상에서 미끄럼층(4)의 에지부들 중 적어도 하나의 에지부의 방향으로 갈수록 증가할 수 있다. 이런 증가를 통해, (앞에서 상술한 것과 같이) 적어도 하나의 에지부의 영역에서 미끄럼층(4)의 층 두께(14)의 감소가 달성된다.
기질을 형성하는 원소는 주석, 아연 또는 은일 수 있다.
제2 원소는, 구리, 비스무트, 안티몬, 주석, 납의 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소이지만, 단 제2 원소는 제1 원소와 다르다.
제1 및 제2 원소의 선택 및 미끄럼층(4) 내에서 그 원소들의 비율의 선택과 관련하여서는 전술한 상술내용이 참조된다. 또 다른 합금 원소 및/또는 입자가 함유되어 있지 않은 한, 기질을 형성하는 제1 원소와 경우에 따라 미끄럼층(4) 내에 함유된 원소들의 제조에서 기인하는 불순물들이 100중량 퍼센트에 대한 잔여량을 형성한다. 미끄럼층 상에서 적어도 하나의 또 다른 합금 원소 및/또는 입자의 비율은 미끄럼 베어링 부재들에 대한 종래 기술에 상응하게 선택될 수 있다.
바람직한 실시 변형예에 따라서, 에지부의 영역에서(또는 에지부들의 영역에서) 미끄럼층 내 제2 원소의 비율은 미끄럼층(4) 내 상기 원소의 평균 비율보다 최소한 2중량 퍼센트만큼 더 높다. 다시 말해, 상기 원소의 평균 비율이 8중량 퍼센트인 경우, 상기 원소의 함량은 에지부(들)의 영역에서 최소한 10중량 퍼센트이다.
미끄럼층(4)의 제조는 갈바닉 증착을 통해 수행되며, 다시 말하면 미끄럼층(4)은 갈바닉 층이다.
이와 관련하여 언급할 사항은, 미끄럼층(4)이 단일의 연속적인 층이라는 점이다. 다시 말해, 다층 미끄럼 베어링 부재(1)는 에지부(들)의 영역들에서 고유의 별도의 방법 단계에서 적층되는 부분 층들을 포함하지 않으며, 다시 말해 예컨대 미끄럼층(4)의 전에 또는 후에 배열되는 스트립들을 포함하지 않는다. 다시 말해, 미끄럼층(4)은 다층 미끄럼 베어링 부재(1)의 제조를 위한 단일의 방법 단계에서 증착된다.
증착을 위해, 지지층(3) 또는 복합금속 스트립, 예컨대 지지층(3)과 베어링 금속층으로 이루어진 바이메탈이 제공되며, 이들은 이미 정확한 치수를 보유하고 의도되는 형태에 상응하게 성형된 것이며, 예컨대 반 셸의 형태를 보유하는 것이다. 그런 다음, 상기 미가공 재료는, 경우에 따라 사전 세정 후에, 갈바닉 욕 내로 제공된다.
미끄럼층(4)의 갈바닉 증착을 위해, 하기 매개변수들이 이용될 수 있다. - 0.5A/d㎡과 7A/d㎡ 사이의 전류 밀도; 5분과 60분 사이의 증착 기간; 20℃와 80℃ 사이의 온도. 그러나 주지할 사항은 개별 사례들에서 명시한 범위들을 벗어나는 또 다른 매개변수들 역시도 적용될 수 있다는 점이다.
미끄럼층(4)의 증착 동안, 다층 미끄럼 베어링 부재(1)를 위한 블랭크는 갈바닉 욕 내에서 이동되며, 특히 진동 운동으로 블랭크의 코팅 대상 표면 상으로 수직으로 이동된다. 그에 따라, 갈바닉 욕 내에서 와류가 야기되며, 이런 와류는 에지부들의 영역에서 미끄럼층의 층 두께(14)의 감소에 기여한다. 그에 추가로, 미끄럼층(4)의 증착 전에 코팅 대상 블랭크에는 에지부(들)의 영역에 챔퍼부(chamfer)가 제공될 수 있다.
특히 바람직하게는 진동 운동의 높이(진폭)는 감소된 층 두께를 보유한 영역의 축 방향 길이의 0.1배 내지 3배에 상응한다.
코팅 대상 블랭크들은 갈바닉 욕 내에서 상응하는 파지 장치(holding device) 내에도 적층될 수 있다. 이는 복수의 부품의 동시 코팅을 가능하게 한다.
바람직하게는, 진동 운동은, 에지부들 상에서 층 두께 감소를 위해 선호되는 와류를 유발하기 위해, 0.5Hz를 초과하는 주파수, 특히 2Hz를 초과하는 주파수, 그리고 최대 5Hz의 주파수로 실행된다.
갈바닉 욕 내에서 하나 이상의 블랭크를 코팅함과 동시에 와류의 강화를 위해, 블랭크들 사이에 스페이서 부재들, 특히 스페이서 플레이트들이 부착될 수 있고, 그리고/또는 코팅 대상 표면의 에지부들 상에 챔퍼부들을 구비한 블랭크들이 제조될 수 있으며, 그럼으로써 서로 포개어져 적층된 블랭크들의 코팅 대상 표면의 측면 에지부들 사이의 이격 간격은 최소한 2㎜, 특히 최소한 5㎜가 되며, 그리고 챔퍼부의 깊이 또는 스페이서 플레이트의 개시점까지 반경 방향 깊이는 마찬가지로 최소한 1㎜, 특히 최소한 5㎜가 된다. 최대 깊이는 베어링 벽 두께를 통해 한정되며, 바람직하게는 적어도 원주 길이(circumferential length)의 일부분 상에 관통구들이 존재하며, 다시 말하면 스페이서 플레이트들은 전체 원주 길이를 따라서 존재하지 않는다. 이런 와류 보조 및/또는 챔퍼부들을 통해, 0.5Hz 미만의 주파수를 이용한 진동 역시도 충분하다.
미끄럼층(4)의 제조를 위한 또 다른 가능성은 노즐들 또는 유동판들을 통해 에지부 영역들에 접선으로 유체를 목표한 바대로 유동시키는 것에 있다. 상기 유동판들은 예컨대 수직의 진동 유동을 상하 운동을 통해 의도되는 접선 유동으로 변환시킨다.
전술한 모든 효과는, 갈바닉 욕 내에 다이아프램들을 추가로 장착하는 것을 통해 추가로 강화될 수 있다. 다이아프램들은 에지부 영역 내에서 전류 밀도를 감소시키며, 그리고 그 결과 추가로 더 고귀한 합금 원소들의 증착을 강화시키며, 이는 층 두께 감소를 증대시킨다. 이런 방식으로, 합금 기울기가 비교적 적은 조건에서 상대적으로 높은 층 두께 감소가 가능하다.
이와 관련하여, 언급할 사항은, "갈바닉 욕"이란 용어는 반드시 원소들의 갈바닉 용액이 그 내에 포함되어 있는 것인 용기만을 포함하지 않는다는 점이다. 다시 말해, 단지 원소들의 갈바닉 용액은 갈바닉 용기 없이도 기재한 유형 및 방식으로 이동될 수 있다. 예컨대 미끄럼층(들)(4)의 갈바닉 증착을 위한 코팅 대상 미끄럼 베어링 부재 블랭크(들)가 그 내에 배치되어 있는 것인 파지 장치의 상하 운동을 통해서도 와류를 달성할 수 있다.
일반적으로, 와류의 생성을 위한 상하 운동은 0.5㎝, 특히 1㎝와 5㎝, 특히 3㎝ 사이일 수 있다.
상기 방법에 의해, 에지부(들)의 영역에서 예컨대 2㎛와 8㎛ 사이, 특히 2㎛와 4㎛ 사이의 층 두께(14)의 감소부를 포함하는 미끄럼층들(4)이 제조될 수 있다. 이 경우, 미끄럼층(4)의 최대 층 두께(14)는 10㎛와 40㎛ 사이, 특히 15㎛와 30㎛ 사이일 수 있다.
도 2에 파선으로 도시된 것처럼, 다층 미끄럼 베어링 부재(1)의 또 다른 실시 변형예에 따라서, 미끄럼층(4) 상에, 다시 말해 다층 미끄럼 베어링 부재(1)의 반경 방향의 안쪽 면 상에 추가 층(17)이 배열될 수 있으며, 이 추가 층은 특히 미끄럼층(4)과 직접 결합된다. 상기 추가 층은 미끄럼층(4) 내 제2 원소의 평균 비율보다 더 적은 제2 원소의 비율을 포함한다. 특히 추가 층(17)의 기질은 마찬가지로 제1 원소를 통해 형성된다. 또한, 적어도 하나의 추가 원소, 특히 전술한 추가 원소들 중 적어도 하나가 추가 층(17) 내에 함유될 수도 있다.
예컨대 주석-구리 시스템으로 이루어진 활주층(sliding layer) 상에, 상기 원소들로 이루어진 런인 층이 배열될 수 있다.
바람직하게 추가 층(17)은 미끄럼층(4)처럼 주석 기반 합금이며, 구리 함량은 2중량 퍼센트 미만이며, 특히 0.1중량 퍼센트와 1.9중량 퍼센트 사이이다. 자명한 사실로서, 상기 층 역시도, 예컨대 0중량 퍼센트 내지 1중량 퍼센트의 안티몬 및/또는 0중량 퍼센트 내지 0.5중량 퍼센트의 비스무트 및/또는 0중량 퍼센트 내지 0.2중량 퍼센트의 납과 같이, 층 두께의 특징에 실질적인 영향을 미치지 않는 추가 합금 원소들을 함유할 수 있다.
동일한 방식으로, Ag-Pb 층들 상에 순수 납 층 또는 납 합금 층이 배열될 수 있다. 바람직하게는 상기 런인 층의 우세하게, 또는 완전하게 이용되는 원소는 미끄럼층(4)의 상대적으로 연질인(즉, 적응성이 더 우수한) 원소이다.
상대적으로 더 연질인 원소가 동시에 전기화학적으로 더 고귀한 원소인 사례들에서, 런인 층은 때때로 (상대적으로 더 고귀한 원소가 더 이상 증착되지 않거나 단지 매우 적은 비율로만 증착되는 한) 전류 밀도가 제어 전류 밀도의 3% 내지 30%로 감소되는 동일한 전해질에서 증착될 수 있다. 이에 대한 예들은 Sn-Zn, Ag-Pb 및 Ag-Bi 시스템들의 시안화물 전해질들이다.
상기 추가 층(17)의 층 두께(18)는 바람직하게는 1㎛와 15㎛ 사이, 특히 2㎛와 8㎛ 사이이다.
그에 따라, 횡단면에 걸쳐서 제2 원소의 적은 비율로 인해 원주방향(6)(도 1)으로 고려할 때 층 두께(18)의 유의적인 변화를 나타내지 않는 추가 층(17)이 형성된다. 그에 따라, 추가 층(17)은 적어도 거의 전체적으로 동일한 층 두께(18)를 보유한다.
바람직하게, 주석-구리 시스템에서 미끄럼층(4) 및 추가 층(17)으로 이루어진 전체는, 6중량 퍼센트와 22중량 퍼센트 사이, 특히 6중량 퍼센트와 12중량 퍼센트 사이인 제2 원소, 특히 구리의 평균 함량을 함유한다.
실시예.
하기 실시예들은 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 범위에 대한 대표적인 것으로서 간주된다.
실시예 1: Sn-Cu-Sb 합금
Sn-Cu-Sb 합금들의 경우, 순수 주석에 대해 상대적으로 도표 1에 명시한 하기와 같은 체적 수율(%)을 수득하였다. Cu 및 Sb의 비율은 중량 퍼센트로 기재되어 있다. 100중량 퍼센트에 대한 잔여량은 Sn에 의해 형성된다.
도표 1:
Figure 112019023080108-pct00001
미끄럼층(4)의 평균 층 두께(14)가 30㎛이고 SnCu8의 조성도 평균(91%)인 조건에서, 에지부(들)의 영역에서는 29.3㎛(89%)의 층 두께(14)를 갖는 SnCu10 조성을 수득할 수 있었다. 에지부(들)의 영역에서 SnCu15의 조성의 경우 28㎛(85%)의 층 두께(14)를 수득하였고, SnCu20의 조성의 경우에는 26.4㎛(80%)의 층 두께(14)를 수득하였다. 매우 국소적으로 35중량 퍼센트의 구리 함량 역시도 관찰되었다.
실시예 2: 순수 주석으로 이루어진 추가 층(17)을 포함하는 SnCu12로 이루어진 미끄럼층(4)
에지 프로파일을 갖는 미끄럼층(4)의 제조.
주석 80 g/l(주석(II)테트라플루오로보레이트로서)
구리 10 g/l(구리 테트라플루오로보레이트로서)
테트로플루오로 붕산 100 g/l
1,4-디히드록시벤젠 1.5 g/l
2-나프톨-에톡실레이트(12 EO) 5 g/l
전류 밀도 4 A/d㎡
기간 13분
온도 35℃
상하 운동 1Hz, 20㎜ 승강 높이
축약어 EO는 에틸렌옥시드를 나타낸다.
추가 층(17)의 제조
주석 20 g/l(주석(II)테트라플루오로보레이트로서)
테트로플루오로 붕산 100 g/l
히드로퀴논 1.5 g/l
2-나프톨-에톡실레이트(12 EO) 5 g/l
전류 밀도 1 A/d㎡
기간 4분
온도 20℃
상하 운동 1Hz, 20㎜ 승강 높이
위와 같이 증착된 층 복합구조의 분석 결과는 하기와 같았다.
Figure 112019023080108-pct00002
베어링 셸부들의 전체 폭은 110㎜이었으며, 두 측면 에지부에서 약화부는 유사하게 나타났다. 베어링 셸부의 중심에서의 조성은 30㎜ 이격된 위치에서의 조성과 매우 유사하였다.
미끄럼층(4)을 대략 두 배 더 두껍게 형성하여 상기 실시예를 반복할 경우, 절대 효과는 대략 두 배 높게 나타났다[에지부로부터 30㎜ 이격 간격에서 미끄럼층(4)의 층 두께는 46㎛이었고 에지부에서 미끄럼층(4)의 층 두께는 38㎛이었으며, 다시 말해 8㎛ 더 얇았다].
실시예 3: 상대적으로 더 연질인 SnSb3Bi3 층(17)과 경질인 SnCu10Sb3 미끄럼층(4)으로 이루어진 조합예
에지 프로파일을 갖는 미끄럼층(4)의 제조.
주석 65 g/l(주석(II)테트라플루오로보레이트로서)
구리 8 g/l(구리 테트라플루오로보레이트로서)
안티몬 3 g/l(안티몬트리플루오라이드로서)
테트로플루오로 붕산 70 g/l
1,2-디히드록시벤젠 5 g/l
C10-이소-알코올-에톡실레이트(10 EO) 5 g/l
전류 밀도 5 A/d㎡
기간 8분
온도 28℃
상하 운동 0.5Hz, 5㎜ 승강 높이
에지 프로파일을 갖는 추가 층(17)의 제조
주석 30 g/l(주석(II)메탄설포네이트로서)
안티몬 1 g/l(안티몬트리플루오라이드로서)
비스무트 1 g/l(비스무트메탄설포네이트로서)
메탄술폰산 100 g/l
1,3-디히드록시벤젠 1 g/l
2-나프톨 0.2 g/l
펩톤 1 g/l
전류 밀도 2 A/d㎡
기간 7분
온도 15℃
상하 운동 2Hz, 15㎜ 승강 높이
축 방향 다이아프램 10㎜, 베어링 표면까지 이격 간격 50㎜
위와 같이 증착된 층 복합구조의 분석 결과는 하기와 같았다.
Figure 112019023080108-pct00003
베어링 셸부들의 전체 폭은 56㎜이었으며, 두 측면 에지부에서 약화부는 유사하게 나타났다. 베어링 셸부의 중심에서의 조성은 20㎜ 이격된 위치에서의 조성과 매우 유사하였다.
(이런 경우에 제2 미끄럼층(4)으로서도 지칭될 수 있는) 추가 층(17)은 추가로 다이아프램들에 의해 에지부들에서 약화되었다. 이런 다이아프램들이 없으면, 에지부까지 층 두께 감소부는 단지 약 1㎛ 내지 1.5㎛일 뿐이었다.
주지할 사항은, 일반적으로 추가 층(17)이 제2 미끄럼층(4)일 수 있다는 점이다. 일반적으로 미끄럼층(4)은 복수의 부분 층으로도 구성될 수 있다. 또한, 복수의 부분 층으로 구성되는 미끄럼층(4) 상에, 또는 제1 미끄럼층(4) 및 제2 미끄럼층(4)을 포함하는 층 구조 상에 추가 층(17)이 배열될 수도 있다.
실시예 4: SnZn20Cu4로 이루어진 미끄럼층(4)
에지 프로파일을 갖는 미끄럼층(4)의 제조.
주석 20 g/l(칼륨-주석산염으로서)
아연 2 g/l (아연 산화물로서)
구리 0.5 g/l(구리(I)시안화물로서)
칼륨 시안화물(자유) 2.0 g/l
칼륨 수산화물(자유) 20 g/l
칼륨 탄산염 10 g/l
지방산 아미도 알킬 베타인 1 g/l
전류 밀도 2 A/d㎡
기간 50분
온도 45℃
상하 운동 1Hz, 8㎜ 승강 높이
수산화물 농도가 높은 상태에서(강한 주석 착화) 낮은 시안화물 농도(약한 구리 및 아연 착화)를 통해 상기 증착에서 아연은 주석보다 더 고귀하며, 다시 말하면 바람직하게 증착된다.
위와 같이 증착된 미끄럼층(4)의 분석 결과는 하기와 같았다.
Figure 112019023080108-pct00004
추가 층(17)으로서는, 실시예 2에 상응하지만, 그러나 실시예 2에서 명시한 상하 운동 없이 순수 주석을 증착하였다.
베어링 셸부들의 전체 폭은 100㎜이었으며, 두 측면 에지부에서 약화부는 유사하게 나타났다. 베어링 셸부의 중심에서의 조성은 30㎜ 이격된 위치에서의 조성과 매우 유사하였다.
자명한 사실로서 두 코팅 과정 사이에서 세정을 실시하였다.
실시예 5: 납-주석으로 이루어진 추가 층(17)을 포함한 AgPb10으로 이루어진 미끄럼층(4)
에지 프로파일을 갖는 미끄럼층(4)의 제조.
은 15 g/l(칼륨-은-시안화물로서, 54% Ag)
칼륨 시안화물(자유) 30 g/l
칼륨 수산화물(자유) 0.5 g/l
칼륨 탄산염 10 g/l
납 5 g/l(납 아세테이트로서)
칼륨 타르트레이트 50 g/l
전류 밀도 0.5 A/d㎡
기간 50분
온도 45℃
상하 운동 1Hz, 8㎜ 승강 높이
수산화물 농도가 낮은 상태에서(약한 납 착화) 높은 시안화물 농도(매우 강한 은 착화)를 통해 상기 증착에서 납은 은보다 더 고귀하며, 다시 말하면 바람직하게 증착된다.
추가 층(17)의 제조
납 20 g/l(납 테트라플루오로보레이트로서)
주석 2 g/l(주석(II)테트라플루오로보레이트로서)
테트라플루오로 붕산 100 g/l
히드로퀴논 1.5 g/l
2-나프톨-에톡실레이트 (12 EO) 5 g/l
전류 밀도 1.5 A/d㎡
기간 4분
온도 20℃
상하 운동 1Hz, 20㎜ 승강 높
조성 10중량 퍼센트의 주석을 함유한 납
위와 같이 증착된 층 복합구조의 분석 결과는 하기와 같았다.
Figure 112019023080108-pct00005
베어링 셸부들의 전체 폭은 30㎜이었으며, 두 측면 에지부에서 약화부는 유사하게 나타났다. 베어링 셸부의 중심에서의 조성은 30㎜ 이격된 위치에서의 조성과 매우 유사하였다.
자명한 사실로서 두 코팅 과정 사이에서 세정을 실시하였다.
적어도 하나의 미끄럼층(4) 및 경우에 따른 추가 층(17)의 층 두께 감소는, 바람직하게는 상기에서 명시한 것과 같은 갈바닉 욕 내에서의 언급한 상하 운동 및 원소들의 농도들의 조합을 통해 달성된다.
본원의 실시예들은 가능한 실시 변형예들을 나타내고 기재한 것이며, 이와 관련하여 주지할 사항은 개별 실시 변형예들 상호 간의 다양한 조합들 역시도 가능하다는 점이다.
마지막으로, 형식상 주지할 사항은, 다층 미끄럼 베어링 부재(1)의 구성의 더 충분한 이해를 위해 상기 다층 미끄럼 베어링 부재 또는 그의 구성요소들을 부분적으로 일정하지 않은 축척 비율로, 그리고/또는 확대하여, 그리고/또는 축소하여 도시했다는 점이다.
1: 다층 미끄럼 베어링 부재
2: 미끄럼 베어링 부재 몸체
3: 지지층
4: 미끄럼층
5: 중간층
6: 원주방향
7: 반경 방향
8: 축 방향
9: 측면 에지부
10: 측면 에지부
11: 그루브
12: 미끄럼층 표면
13: 그루브 측벽부
14: 층 두께
15: 전체 폭
16: 라운딩 반경
17: 층
18: 층 두께

Claims (18)

  1. 지지층(3)과; 적어도 하나의 미끄럼층(4)을; 포함하는 다층 미끄럼 베어링 부재(1)로서, 미끄럼층(4)은 원주방향(6)으로 연장되는 에지부들을 포함하고 반경 방향의 층 두께(14)를 보유하며, 추가로 미끄럼층(4)의 층 두께(14)는 에지부들 중 적어도 하나의 에지부의 영역에서 에지부 옆의 영역에서보다 더 얇으며, 미끄럼층(4)은 적어도 금속 합금으로 구성되며, 이 금속 합금은 기질을 형성하는 제1 원소와, 적어도 하나의 제2 원소를 포함하는 것인, 상기 다층 미끄럼 베어링 부재에 있어서, 상기 제2 원소는 축 방향(8)으로 연장되는 농도 기울기로 함유되어 있으며, 상기 합금에서 상기 제2 원소의 비율은 상기 에지부의 방향으로 갈수록 증가하며, 상기 제2 원소는 기질을 형성하는 상기 제1 원소보다 더 낮은 전류 당량을 보유하고, 그리고/또는 상기 제2 원소 또는 상기 제2 원소로 형성된 금속간 상들은 기질을 형성하는 상기 제1 원소보다 더 높은 밀도를 보유하는 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링 부재(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 원소는 주석이며, 상기 제2 원소는 구리, 비스무트, 안티몬으로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나의 원소인 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링 부재(1).
  3. 제2항에 있어서, 에지부의 영역에서 구리의 비율은 미끄럼층(4) 내에서 상기 원소의 평균 비율보다 최소한 2중량 퍼센트만큼 더 높으며, 그리고 최대 30중량 퍼센트인 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링 부재(1).
  4. 제2항에 있어서, 에지부의 영역에서 비스무트의 비율은 미끄럼층(4) 내에서 상기 원소의 평균 비율보다 최소한 2중량 퍼센트만큼 더 높으며, 그리고 최대 15중량 퍼센트인 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링 부재(1).
  5. 제2항에 있어서, 에지부의 영역에서 안티몬의 비율은 미끄럼층(4) 내에서 상기 원소의 평균 비율보다 최소한 5중량 퍼센트만큼 더 높으며, 그리고 최대 40중량 퍼센트인 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링 부재(1).
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 원소는 아연이고 상기 제2 원소는 주석인 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링 부재(1).
  7. 제6항에 있어서, 에지부의 영역에서 주석의 비율은 미끄럼층(4) 내에서 상기 원소의 평균 비율보다 최소한 2중량 퍼센트만큼 더 높은 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링 부재(1).
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 원소는 은이고 상기 제2 원소는 납인 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링 부재(1).
  9. 제8항에 있어서, 에지부의 영역에서 납의 비율은 미끄럼층(4) 내에서 상기 원소의 평균 비율보다 최소한 2중량 퍼센트만큼 더 높으며, 그리고 최대 60중량 퍼센트인 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링 부재(1).
  10. 제1항에 있어서, 상기 제1 원소는 은이고 상기 제2 원소는 비스무트인 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링 부재(1).
  11. 제10항에 있어서, 에지부의 영역에서 비스무트의 비율은 미끄럼층(4) 내에서 상기 원소의 평균 비율보다 최소한 2중량 퍼센트만큼 더 높은 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링 부재(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미끄럼층(4) 상에는, 상기 미끄럼층(4) 내에서 상기 제2 원소의 평균 비율보다 더 적은 제2 원소의 비율을 보유하는 추가 층(17)이 배열되는 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링 부재(1).
  13. 적어도 하나의 지지층(3)과 하나의 미끄럼층(4)을 포함하는 다층 미끄럼 베어링(1)의 제조를 위한 방법으로서, 미끄럼층(4)은 원주방향(6)으로 연장되는 에지부들을 포함하고 반경 방향의 층 두께(14)를 보유하며, 추가로 미끄럼층(4)의 층 두께(14)는 에지부들 중 적어도 하나의 에지부의 영역에서 에지부 옆의 영역에서보다 더 얇게 제조되며, 미끄럼층(4)은 기질을 형성하는 제1 원소와 적어도 하나의 제2 원소를 포함하는 금속 합금으로서 갈바닉 욕에서 갈바닉 증착되는 것인, 상기 다층 미끄럼 베어링의 제조 방법에 있어서, 축 방향(8)으로 연장되는 농도 기울기를 갖는 상기 제2 원소는 상기 에지부의 방향으로 갈수록 상기 합금에서의 상기 제2 원소의 비율이 증가하는 방식으로 증착되며, 그리고 상기 제2 원소로서는 상기 제1 원소에 비해 더 적은 전류 당량을 갖는 원소가 이용되고, 그리고/또는 상기 제2 원소로서는, 자신 또는 자신으로 형성된 금속간 상들이 상기 제1 원소보다 더 높은 밀도를 보유하는 것인 원소가 이용되는 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 갈바닉 욕은 상기 원소들의 증착 동안 진동 운동에 의해 코팅 대상 표면 상으로 수직으로 이동되는 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 진동 운동은, 감소된 층 두께를 갖는 영역의 의도되는 길이의 0.1배 내지 3배에 상응하는 높이로 실행되는 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링의 제조 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 진동 운동은 0.5Hz를 초과하는 주파수로 실행되는 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링의 제조 방법.
  17. 제14항 또는 제15항에 있어서, 복수의 다층 미끄럼 베어링이 하나의 갈바닉 욕 내에서 동시에 제조되되, 다층 미끄럼 베어링들을 위한 블랭크들 사이에 스페이서 부재들이 배치되는 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서, 복수의 다층 미끄럼 베어링이 하나의 갈바닉 욕 내에서 동시에 제조되되, 다층 미끄럼 베어링들을 위한 블랭크들 사이에 스페이서 부재들이 배치되는 것을 특징으로 하는 다층 미끄럼 베어링의 제조 방법.
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