KR19990087045A - 플레인 베어링용 다층재료의 제조방법 및 이 방법을 실시하기위한 전기도금욕 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬라이딩 베어링에 대한 층상을 이룬 재료에 제조방법과 이 방법을 실시하기 위한 전기도금욕에 관한 것이다. 본 방법에 따르면 비이온성의 습윤제와 벤젠유도체를 가지는 전기도금욕이 브론스층 위에 2원계 층을 분리하기 위하여 사용되었으며 이 브론스층상에는 납-또는 주석을 기초로한 2원계층과 몰리브덴을 기초로한 초기층이 차례로 갈바닉법으로 분리되었다. 2원계 층이 분리된때 그리고 초기층이 분리되기 전에 2원계층의 적어도 하나의 표면층이 양극적으로 활성화된다. 층상으로된 재료는 강의 지지쉘(1)과 주조된 납첨가된 브론스(2)를 포함하며 주조된 납첨가된 브론스에는 중간층(13)이 발바닉법으로 도포된다. 층(3)이 갈바닉업으로 도포될 때 표면구역(5)은 양극활성화에 의하여 변동되며 그후에 몰리브덴 산화물층(4)이 갈바닉법으로 도포된다.

Description

플레인 베어링용 다층재료의 제조방법 및 이 방법을 실시하기 위한 전기도금욕

상기한 베어링들의 경우에는 극단적으로 높은 표면압력을 견뎌내지 않으면 안되는 적용층(conformation layers) 의 개량이 특히 중요한 것이므로 몰리브덴이 기초가 된 주행층을 포함하는 플레인 베어링들이 개발되어 왔다.

슬라이딩소자가 DE 29 26 708 A1으로부터 공지되어 있으며, 이 슬라이딩 소자의 슬라이딩면(overlay)상에는 균일하게 미세 균열된 조직을 가지며 그리고 0.0005 내지 0.003㎜ 두께의 몰리브덴 산화물층이 형성되어 있다. 이 몰리브덴 산화물층은 예를들면 PbSn10Cu2의 3원계의 슬라이딩면상에 도포되어 진다. 이 공지된 플레인 베어링은 낮은 마모와 향상된 내식성이 뛰어나고 있다. 그러나 더 높은 가동속도 안정성과 더 우수한 가동시작 거동이 요구된다면 상기한 재료들은 만족스럽지가 못할 것이다.

상기한 요구조건들을 다소 더 잘 충족하는, 예를들면 PbCu3와 같은 이원계 슬라이딩면들을 가지고한 시험들은 그러나 몰리브덴 산화물 층의 접착이 불만족스러운 것을 보여왔다. 종래의 전해질들을 사용하는 것이 다만 몇 뱃치후 또는 짧은 사용수명후에 PbCu층의 줄무늬가 만들어진 분리를 가져온 것으로 나타났다. 밝고 그리고 어두운 구역들이 확인되었으며 여기서 몰리브덴 산화물층의 부착은 밝은 구역들에서 극히 불량했다. 이와는 반대로 2원계층의 어두운 구역들에서의 부착은 우수했다. 또, 높은 부하가 가능한 베어링들의 경우에는 용인할 수가 없는 것으로서 12㎛ 또는 그 이상의 층두께에서의 변동들이 보여졌다.

강으로된 백킹(steel backing)과 브론스층을 포함하며 이 브론스층 상에는 연을 기초로하거나 또는 주석을 기초로한 2원계(元)층(binary layer)과 그리고 몰리브덴을 기초로한 주행층(running-layer)이 전기도금에 의하여 차례로 분리되어져 있는 그러한 플레인 베어링용 다층재료를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 역시 상기한 방법을 실시하기 위한 전기도금욕에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따르는 재료의 단면도이고,

도 2는 선행기술에 따르는 재료의 단면도이며,

도 3은 선행기술에 따르는 코팅을 가지는 베어링쉘(bearing shell)의 평면도이며,

도 4는 도 3에서 보여진 베어링쉘에 대한 벽두께 윤곽들을 나타내며 그리고

도 5는 본 발명에 따르는 방법에 의하여 제조된 베어링쉘의 경우에 벽두께의 윤곽을 보인다.

그러므로 본 발명의 목적은 그것으로서 2원계의 슬라이딩면에 몰리브덴 산화물층들의 부착이 개선되어지는 방법 및 전기도금욕을 제공하는 것이다.

상기한 목적은 하나의 방법에서 2원계층의 분리를 위하여 전기도금욕이 비이온성 습윤제(wething agent) 및 벤젠 유도체를 포함하는 전기도금욕이 사용되며 그리고 2원계층의 분리후 그리고 진입층(running-in layer)의 분리 이전에 2원계층의 적어도 하나의 표면층의 양극활성화가 행하여지는 그러한 방법을 사용하여 해결된다.

1내지 10%의 동일량을 가지는 PbCu층들, 10 내지 30%의 주석함량을 가지는 PbSn층들 그리고 1 내지 10%의 안티모니 함량을 가지는 주석-안티모니층들이 특히 2원계층으로서의 사용을 위하여 적합하다.

우선 PbCu 전해질의 도움으로, 유기성분들을 첨가하는 것에 의하여 전기도금욕의 안정성을 개량하는 것이 시도되었다. PbCu 전해질이 유기성분들을 가지지 않고 작용된다면 얻어진 분리물들은 완전히 불균질하며 조절되지 않은 것이 된다. 낮은 전류밀도 범위에서 동은 우선적으로 분리된다. 더 높은 전류밀도들에서 PbCu와 Pb상들의 별도의 분리가 일어난다. 특히 10g/ℓ 까지의 양으로된 레소시놀과 같은 벤젠 유도체의 첨가에 의해서는 다만 근소하게 상기한 분리 거동이 변동되어 질 수 있었다. 비이온성 습윤제가 그다음에 시도되었으며 이들은 10 mg/ℓ까지의 양으로 가하여 진다. 이들 비이온성 습윤제들이 증가하면서 동분리를 억제할지라도 분산과 층두께 윤곽의 관점으로부터 상기 분리거동은 그러나 불만족스럽게 남아 있었음이 주목되었다. 그래서 예를들면 상기층은 오일구멍들에서 현저하게 감소했음이 관찰되었다.

비이온성 습윤제들과 베젠유도체들의 결합에 의해서 비로서 분명한 개량이 얻어 질 수 있다는 것이 놀랍게도 보여져왔다. 그러나 이 2개 유기성분들의 상승작용은 다만 비교적 높은 농도에서만 나타났다. 비이온성습윤제의 비는 바직하게는 15 내지 30mg/ℓ의 범위에 있어야하며 벤젠유도체의 비는 10 내지 20g/ℓ의 범위에 바람직하게는 있어야 했다. 이것에 의하여 2A/dm²의 전류밀도 범위까지 분산과 분리양자를 개선하는 것이 가능하다.

그러나 분리거동에서의 상기한 개선은 몰리브덴 산화물 층의 부착성에서의 열화에 의하여 수반하였다. 어두운 PbCu상들이 밝은 PbCu 상으로 증가하면서 넘어갔으며 낮은 전류밀도 범위에서 이것은 미세한 결정분리물을 가져왔다. 도포된 이 몰리브덴 산화물 층은 더 이상 전혀 부착성을 나타내지 안했다.

상기한 불리점은 다만 2원계층을 양극적으로 활성화하는 것에 의하여서만 제거되어 질 수 있다. 이 목적을 위하여 전류방향이 역전되며 그 결과로 플레인 베어링은 음극으로서가 아니고 양극으로써 연결되었다. 이 역전은 이전에 분리된 PbCu 층상에 침식을 가져왔다.

시험박판으로 행하여진 시험들은 이 방법으로 처리된 PbCu 층이 전기도금업 동안에 그의 색채가 전류밀도에 의존하여 깊은 흑색으로부터(높은 전류밀도) 갈색을 통하여 회갈색(낮은 전류밀도)까지 범위를 이룬다. 어두운 PbCu 상이 분리되는 높은 전류밀도의 경우에 표면은 벨베트색의 외관을 가졌다. 상기한 층은 부분적으로 닦아내어져 있어서 색채가 남아 있을 수가 있었다. 도포된 상기한 몰리브덴 산화물 층은 더 이상은 전혀 어떤 접착성을 나타내지 않았다. 다른한편으로 중간의 그리고 낮은 전류밀도의 경우에는 몰리브덴 산화물 층의 우수한 접착성이 관찰될 수 있었다.

분명히 단시간의 양극산화는 이어지는 몰리브덴 산화물 층의 접착성 도포를 이룩하기에 충분한 밝은 PbCu 상의 활성화를 가져왔다. 양극산화는 납-동의 피복부상에 산화성의 층을 형성하고 그다음에 이 층에 몰리브덴 산화물 층이 잘 부착하는 것으로 추측된다.

바람직하게는 비이온성 습윤제로서 지방산 글리콜에스터가 사용되었고 레소시놀은 바람직하게는 벤젠유도체로서 사용되었다. 추가적으로 역시 붕산이 전기도금욕에 안정화 효과를 가지는 것이 보여져 왔다. 붕산의 첨가는 전기도금욕이 포화되는 그러한 방법으로 행하여지지 않으면 안된다.

PbCu층의 분리를 위한 바람직한 전기도금욕은 다음의 성분을 보인다 :

지방산 글리콜 에스터 15-30 mg/ℓ

레소시놀 10-20 g/ℓ

동 1-10 g/ℓ

납 90-110 g/ℓ

HBF₄ 30-45 g/ℓ 그리고

상기욕을 포화시키기 위한 붕산

전기도금욕의 온도는 20과 30°사이로 조절되어야 했다.

2원계 층의 양극 활성화를 이루기 위하여 전기도금욕에서의 전류는 다만 10 내지 60초 동안 극성의 역전을 행할 것을 필요로 함을 보여왔다. 전류밀도는 바람직하게는 1 내지 4A/d㎡, 유리하게는 2.5A/d㎡ 사이에서 조절되어 진다. 2원계층의 전기도금 분리는 1 내지 3A/d㎡의 범위를 가지는 전류밀도들을 가지고 가장 잘 행하여 진다.

2원계 층들의 분리를 위한 본 바명에 따르는 전기도금욕은 비이온성 습윤제 및 벤젠유도체들을 포함한다. 아래에 도면들의 도움으로 실시예들이 더 자세하게 기술되어 있다.

도 1은 본 발명에 따르는 다층재료를 보여준다. 강으로된 백킹쉘(steel backing shell)(1)은 그위에 피복된 주조된 납-브론스(2)를 가지며 이 납-브론스에는 다음에 Ni 또는 Ni/NiSn의 중간층(13)과 PbCu₃층(3)이 전기도금에 의하여 도포되어 있다. 사용된 욕의 조성과 전류밀도들은 다음과 같다 : 즉

동 2.8 g/ℓ

납 100 g/ℓ

HBF₄ 40 g/ℓ

지방산 글리콜 에스터 20 ㎖/ℓ

레소시놀 13g/ℓ(붕산으로 포화됨)

욕온도 : 실온

전류밀도 2 A/d㎡

층(3)의 전기도금 분리후에 양극 활성화가 행하여 졌다. 이 목적을 위하여 전류방향은 20초동안 전기도금욕 중에서 역류되었으며 2.5 A/d㎡의 전류밀도가 사용되었다. 표면 내에서 양극 활성화에 의하여 납산화물층이 발생되는 그러한 표면적의 변동이 층(5)에 의하여 지시되어졌다.

양극 활성화 후에 몰리브덴 산화물층(4)이 마찬가지로 전기 도금에 의하여 도포되었으며, 그리고 납-동층(3)에 완전히 부착되었다.

비교를 위하여 선행기술에 따르는 다층재료가 도 2에 보여졌다. 층이 형성된 구조는 층(1),(2) 및 (3)에 관한한 도 1의 구조에 상응하며 PbCu₃층이 유기첨가제 없이 종래의 전기도금욕에 의하여 제조되었다. 도포된 몰리브덴 산화물 층은 다만 참조번호(7)를 가진 구역들에서만 부착한다. 그 사이의 구역들에는 공극들(6)이 확인되어 질 수 있으며 여기서 층(4)은 접착성이 완전히 없음을 보인다. 납-동층의 줄무늬들(7)은 색채가 어두우며, 한편 몰리브덴 산화물 츠이 동-납층과 결합하지 안한 곳인 그 사이의 구역들은 색채가 밝다.

도 3에는 베어링쉘(8)의 평면도가 표현되어 있다. 2개의 부분표면들(12)과 그리고 또 슬라이딩면에는 오일구멍(9)을 볼수가 있으며, 상기 오일구멍(9)은 층두께가 감소된 구역(11)을 측방으로 포함한다. 통로를 따라서 층두께의 윤곽이 측정된 그러한 통로는 부재번호(10)이 주워졌다.

상기 베어링쉘(8)은 PbCu₃슬라이딩면을 포함하며, 이 슬라이딩면은 다음의 전기도금욕에서 분리되었다 :

동 3.4 g/ℓ

납 90 g/ℓ

HBF₄ 40 g/ℓ

지방산 글리콜 에스터 3.5 ㎎/ℓ

레소시놀 4.5g/ℓ

분산은 없음

전기도금욕의 온도 : 실온

벽두께 윤곽의 측정결과가 도 4에 보여졌다. 벽두께 윤곽이 요홈부를 보이고 있는 점은 부재번호(11)와 도 3에서의 상응하는 구역 사이의 관계를 확립하기 위하여 마찬가지로 참조번호(11)로 표시되고 있다.

도 5는 본 발명에 따르는 방법에 의하여 제조된 베어링쉘에 대한 벽두께 윤곽을 보인다. 또한번 PbCu3 층이 형성되었으나 그러나 도 1에 따르는 다층재료를 위하여 사용된 것과 같은 전기도금욕을 사용하여 이것이 제조되었다. 벽두께 윤곽은 어떤 불규칙성들도 나타내지 않았음이 명백하다.

점점더 강력한 엔진의 개발은 역시 계속부하능력(sustained load carrying capacity) 내마성 그리고 침식방지와 관련하여 상기 엔진들에 설치된 베어링에의 요구조건들을 증대시킨다.

Claims (10)

1. 강의 백킹과 브론스층을 포함하며 브로스층 상에는 계속해서 납-또는 주석을 기초로한 층과 몰리브덴을 기초로한 운행층이 전기도금에 의하여 분리되어져 있는, 플레인 베어링들을 위한 다층재료의 제조방법에 있어서,

   2원계 층의 분리를 위하여, 비이온성습윤제와 벤젠유도체를 포함하는 전기도금욕이 사용되며, 그리고 2원계층의 분리후에 그리고 진입층의 분리전에, 2원계 층의 적어도 하나의 표면의 양극 활성화가 행하여지는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   비이온성 습윤제 15-30mg/ℓ 그리고 벤젠유도체 10-20g/ℓ이 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   지방산 글리콜에스터는 비이온성 습윤제로서 사용되며, 레소시놀은 벤젠유도체로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 하나의 항에 있어서,

   붕산이 전기도금욕에 추가적으로 사용되며 전기도금욕은 이것으로 포화되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 하나의 항에 있어서,

   다음 조성을 나타내는 전기도금욕이 PbCu층의 분리를 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.

   지방산 글리콜 에스터 15-30 ㎖/ℓ

   레소시놀 10-20 g/ℓ

   동 1-10 g/ℓ

   납 90-110 g/ℓ

   HBF₄ 30-45 g/ℓ

   욕을 포화 시키기 위한 붕산
6. 제 1항 내지 제 5항 중의 어느 하나의 항에 있어서,

   전기도금욕의 온도는 20 및 30℃ 사이에서 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1항 내지 제 6항 중의 어느 하나의 항에 있어서,

   2원계 층의 양극 활성화를 이루기 위하여 전기도금욕에서의 전류는 10 내지 60초간, 바람직하게는 20초간 극성역전이 되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1항 내지 제 7항 중의 어느 하나의 항에 있어서,

   극성 역전의 동안에 전류밀도는 1 내지 4A/d㎡, 바람직하게는 2,5A/d㎡로 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1항 내지 제 8항 중의 어느 하나의 항에 있어서,

   2원계 층의 분리는 1 내지 3 A/d㎡의 전류밀도를 가지고 행하여 지는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 2원계층들의 분리를 위한 전기도금욕에 있어서,

    이것은 비이온성 습윤제와 벤젠유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.