KR20000071748A - 미끄럼 요소용 다층 재료 및 그 제조 방법 - Google Patents

미끄럼 요소용 다층 재료 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

미끄럼 요소의 제조 방법은 납 주석 구리의 도금이 미리 제조되어 반 정도 완성된 제조물에 전기 도금함으로써 도포되며, 3원의 플로어보레이트이 없는 전기 도금 전조는 증백제없이 및 이온이 아닌 습윤제 및 자유 알킬술폰 산을 첨가하여 사용된다는 것이 공지되어 있다. 갈바닉 전기 도금의 증착 후, 열처리는 1 내지 100 시간 사이에서 150 ℃ 내지 200 ℃ 의 온도 범위에서 수행된다. 미끄럼 요소용 다층 재료는 뒤붙임 및 12 내지 16 중량 퍼센트의 주석, 7 내지 11 중량 퍼센트의 구리 및 나머지는 납의 도금인 것을 적어도 포함한다. 상기 도금은 금속간 화합물 Cu6Sn5 의 15 내지 25 중량 퍼센트의 입자를 포함한다.

Description

미끄럼 요소용 다층 재료 및 그 제조 방법{Multilayer material for sliding elements and process for the production thereof}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 방법에 관한 것이고 청구항 8의 전제부에 따른 다층 재료에 관한 것이다.
미끄럼 요소는 내부 얼리아(inter alia), 피스톤 및 피스톤 링 뿐만 아니라 베어링 라이너의 모든 형태를 의미한다는 것을 알아야 한다. 상기 미끄럼 요소용 다층 재료의 도금 층은 적당한 전해질 전조에서 전기 도금으로 제조되는 것이 일반적이다. 이러한 목적을 위하여, 플로어보레이트를 포함하는 전조(fluoroborate-containing baths)가 지금까지 사용되었으나, 그것은 많은 단점을 나타낸다.
전조의 바닥에 있는 플로어보릭 산(fluoroboric acid)의 침전물은 크랭크축 베어링이 내연 기관에서 동작하는 온도에서 안정적이지 못하다. 납을 기초로 한 도금에서 주된 합금 요소는 엔진의 온도에서 우선적으로 구리 납 라이닝으로 확산되며, 합금 요소는 주석 또는 인듐일 수 있으며, 도금으로 인한 주석 또는 인듐의 손실 및 마모, 피로 균열 및 부식으로 도금 저항에 상응하는 감소가 나타난다. 상기 구리 납 라이닝의 확산은 구리 납 라이닝 및 도금 사이에서 전기증착된 니켈 "댐(dam)" 의 혼합으로 막게 되지만, 상기 니켈을 향한 확산이 여전히 발생하며, 상기 니켈 댐의 표면상에 NiSn과 같은 니켈 주석 화합물의 증가로 나타난다. 따라서, 도금으로 인한 상기 합금 요소의 손실 정도는 니켈 댐의 존재에도 불구하고 발생하며, 도금으로 인한 베어링 성능의 상당한 저하가 나타난다. 그러나, 저하의 정도는 니켈 댐이 존재하지 않는 경우보다 니켈 댐이 존재하는 경우가 더 적으며, 이러한 이유로, 일반적으로 니켈 댐은 구리 납 크랭크축 베어링으로 도금된 도금으로 혼합된다.
독일특허 제 195 45 427 호에 공지되어 있는 중요한 발견은 납을 기초로 한 도금이 알킬슬폰 전조에 부착되는 것이며, 그것은 플로어보릭 산 전조로부터의 도금보다 휠씬 더 적은 정도로 상기 저하된 확산 반응을 나타낸다. 확산의 감소로 니켈 댐이 없을 수 있으며, 도금 방법이 간단해지는 반면 동시에 도금으로 인한 베어링 성능이 개선된다. 특히, 부식으로 인한 도금 저항이 개선되고, 엔진이 동작하는 동안 초래된 부식이 감소된다. 이러한 장점을 증명하는 실험적 결과는 1996년 2월 26일 에서 29일, SAE 논문 960964, 그륀타러, 훈, 뮐러, 슈타슈코 및 토프에 의하여 저술된 "엔진 베어링용 개선된 부식 및 마모 저항 미끄럼 층의 전기증착을 위한 새로운 전조 형식화" 에 나타내진다.
경도가 종래의 미끄럼 층과 비교하여 20퍼센트까지 개선될지라도, 마모 저항은 아직 만족스럽지 못하다.
따라서, 본 발명의 목적은 미끄럼 층의 마모 저항을 한층 개선하기 위하여 독일특허 제 195 45 427 호에 공지된 방법을 추가하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 개선된 층의 화합물 재료를 생산하는 것이다.
갈바닉 전기 주행 층을 도포한 후, 열처리는 1 내지 100 시간 동안 150 ℃ 내지 200 ℃ 온도 범위에서 수행되며, 이것에 의해 문제점이 상기 방법으로 해결된다.
상기 열처리로 확산되고 구리 및 주석 성분이 함께 공급되도록, 금속간 위상 Cu6Sn5 입자가 생성된다는 것을 알게 된다. 이러한 Cu6Sn5 입자 때문에. 미끄럼 층의 마모는 거의 50 % 까지 감소된다.
상기 열처리는 공기 상태에서 수행되는 것이 바람직하다.
다른 실시예에 있어서, 또한 열처리는 오일 상태에서 수행되며, 이것에 의해 파라핀 유 및 실리콘 유가 특히 적당하다.
상기 열처리는 170 내지 185 ℃ 사이의 온도 범위에서 수행되는 것이 바람직하다.
상기 열처리는 4 내지 12 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.
독일특허 제 195 45 427 호에 공지된 방법은 고농도로 주석 및 구리를 생성하기에 특히 적당하다. Cu6Sn5 입자의 함유량이 많으면 많을수록, 주석 및 구리 함유량이 더 많아진다는 것을 알게 된다. 마모 저항을 한층 개선하기 위하여, 12 내지 16 중량 퍼센트의 주석 및 7 내지 11 중량 퍼센트의 구리 및 나머지 납의 주행 층이 바람직하게 도포된다.
미끄럼 부재용 층 재료는 미끄럼 층에서 15 내지 25 중량 퍼센트의 Cu6Sn5 입자를 나타낸다.
납청동 층 및 니켈 층은 상기 미끄럼 층 및 지지 층 사이에 바람직하게 제공된다.
본 발명의 전형적인 실시예는 도면을 참조하여 아래에 설명된다.
도 1a는 독일특허 제 195 45 427 A1호에 따라 제조된 층 재료의 마이크로 단면도이다
도 1b 및 도 1c는 구리 및 주석을 상당히 첨가한 미끄럼 층의 상세도이다
도 2a 내지 도 2c는 177 ℃로 8시간 동안 열처리한 후 도 1a 내지 도 1c에 상응하는 재료의 상세도이다
도 1a는 열처리 전에 샘플의 마이크로 단면을 도시한다. 납청동 층(1) 및 니켈 층(2)뿐만 아니라 미끄럼 층(3)은 독일특허 제 195 45 427 A1호에 따른 방법에 의하여 캐리어 재료(도시되지 않음)에 도포되며, 이것에 의해 상기 미끄럼 층(3)은 7.8 중량 퍼센트의 구리, 15.5 중량 퍼센트의 주석 및 나머지 구리로 구성된다. 도 1b 및 도 1c는 상기 미끄럼 층(3)의 확장을 도시하며, 개개의 구리 및 주석 성분의 분포는 전자 현미경으로 얻은 요소 맵(elementary maps)에 각각 도시된다. 도 1b는 구리 입자가 전혀 없는 것을 도시하는 반면, 도 1c는 상당한 주석의 축적을 도시한다. 177 ℃로 8 시간 동안 열처리한 후, 상기 미끄럼 층(3)의 구조가 변화된다(도 2a). 상기 주석의 축적 각각에 대한 주석의 입자(4)는 증가되고(도 2c), 도 2b에 도시되어 있는 구리 입자(5)를 이제 첨가한다. 일치하는 농도의 존재로 구리 및 주석은 Cu6Sn5의 금속간 위상으로 구성되는 입자가 나타나는 것을 도시한다.
주변 기반보다 단단한 도금으로 금속 내부 입자의 형세는 마모 저항을 증가시키는 것이 기대되고 이것은 엔진 테스트 동안 증명된다.
캐터필러 3126 강력 엔진(Caterpillar 3126 heavy duty engine)이 시동된 후, 표는 독일특허 제 195 45 427 A1호에 따라 도금된 열처리되고 열처리되지 않은 베어링의 비교 결과를 나타낸다. 도금 성분은 7.8 퍼센트의 구리, 15.5 퍼센트의 주석 및 나머지 납이고, 177 ℃로 8시간동안 열처리된다.
열처리된 베어링 열처리되지 않은 베어링
도금 두께(㎛) 23 23
테스트 시간 75 75
평균 도금 마모(㎛) 5.9 13.2
평균 중량 손실(㎎) 68.2 100.5
열처리된 베어링에 의하여 받는 마모는 열처리되지 않은 베어링에 의하여 받는 마모의 45 퍼센트이다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 미끄럼 요소용 다층 재료 및 그의 제조 방법은 독일특허 제 195 45 427 호에 공지된 방법을 추가하여 미끄럼 층의 마모 저항을 한층 개선하였으며, 도금으로 인한 베어링 성능이 상당히 향상되는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 납 주석 구리의 도금은 미리 제조되어 반 정도 완성된 제조물에 전기 도금함으로써 도포되며, 3원의 플로어보레이트이 없는 전기 도금 전조는 증백제없이 및 이온이 아닌 습윤제 및 자유 알킬술폰 산을 첨가하여 사용되는 미끄럼 요소의 제조 방법에 있어서,
    갈바닉 전기 도금의 증착 후, 열처리는 1 내지 100 시간 사이에서 150 ℃ 내지 200 ℃ 의 온도 범위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리는 공기 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열처리는 오일 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 열처리는 파라핀 유 또는 실리콘 유 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 한 항에 있어서,
    상기 열처리는 170 ℃ 및 185 ℃ 사이에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 한 항에 있어서,
    상기 열처리는 4 시간 내지 12 시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 한 항에 있어서,
    12 내지 15 중량 퍼센트의 주석, 7 내지 11 중량 퍼센트의 구리 및 나머지 납을 포함하는 도금은 전기 도금에 의하여 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 뒤붙임 및 12 내지 16 중량 퍼센트의 주석, 7 내지 11 중량 퍼센트의 구리, 나머지는 납의 도금인 것을 적어도 포함하는 미끄럼 요소용 다층 재료에 있어서,
    상기 도금은 금속간 화합물 Cu6Sn5 의 15 내지 25 중량 퍼센트의 입자를 포함하는 다층 재료.
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