KR20040048941A - 다층 분말금속으로 이루어진 베어링 - Google Patents

Abstract

다층 청동 베어링을 제조하는 방법이 스틸 보강스트립(12)상에 제1조성의 구리계 분말금속물질(16)의 제1층을 성층하는 단계를 포함한다. 제1층과는 상이한 제2조성의 구리계 분말금속물질의 적어도 제2층(18)이 제1층의 현저한 밀적화없이 제2층상에 성층된다. 이들 층이 소결, 냉각 및 압연밀적되어 이들이 서로 접착되고 보강스트립에 접착되며, 이후에 이들 층이 추가로 소결된다.

Description

다층 분말금속으로 이루어진 베어링 {MULTIPLE LAYER POWDER METAL BEARINGS}

구리계 엔진 베어링 및 부싱(포괄적으로 베어링이라 함)의 제조에 있어서, 스틸 보강스트립에 구리계의 기능층을 접착하는 통상적인 한 방법은 이동하는 보강스트립상에 청동 베어링물질의 단일층을 형성하고 이어서 이를 소결 및 냉각시켜서 압연밀적시킨 다음 재차 소결하는 공정을 수행한 후에 주석 또는 납-주석-구리와 같은 오버레이층을 베어링의 양호한 적응성과 삽입성을 얻기 위하여 소결된 청동 베어링층상에 전착 또는 물리적인 증착에 의하여 도층하는 것이다. 청동 기능층을 접착하는 다른 방법으로서는 이동중인 스틸 보강스트립상에 용융된 물질로서 한 층을 주조하고 이후에 주조된 기능층상에 베어링의 적응성과 삽입성을 향상시키기 위하여 별도의 전기 또는 물리적인 증착공정으로 오버레이층을 형성하는 것이다.

구리계의 기능층을 형성하기 위한 상기 각 방법의 한 가지 주된 결점은 이들이 단일의 구리계 합금물질에 한해서만 적용된다는 점이다. 주어진 조건에 따라서, 전체 기능층이 동일한 합금물질로 구성되도록 분말금속 또는 주조된 청동 기능층의 화학적 성질이 조절된다.

베어링의 부하 및 마모조건에 대한 꾸준히 증가되고 있는 요구조건과 납과 같은 성분의 사용을 최소화하기 위한 요구조건과 함께, 최근의 베어링 및 부싱 분야의 모든 조건을 만족시킬 수 있는 구리계 대체합금의 제조비용은 크게 증가하고 있는 바, 그 이유는 기능층이 스틸 보강스트립에 부착된 가장 두꺼운 부분이기 때문이다.

본 발명자는 많은 경우에 있어서 기능층의 일부만을 고성능/고가의 구리계 합금물질로 형성하고 기능층의 나머지는 성능이 떨어지고 저가인 물질로 형성될 수 있으나 스틸 보강스트립상에 단일층의 청동 기능층을 형성하는 현재의 방법은 제한적임을 알게 되었다. 따라서, 본 발명의 목적은 베어링의 스틸 보강스트립에 다층의 청동 기능층을 형성하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 스틸 보강스트립에 청동 분말금속을 성층한 엔진 베어링에 관한 것이다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 베어링의 부분확대단면도,

도 2는 본 발명의 방법을 설명하기 위한 공정도이다.

본 발명에 따른 다층 분말금속 구리계 베어링의 제조방법은 금속 보강스트립상에 구리계 분말합금의 제1층을 성층하는 단계와, 제1층의 밀적화없이 제1층의 상부에 제1층과는 상이한 조성의 구리계 분말합금의 적어도 제2층을 성층하는 단계로 구성된다. 또한 이들 층은 실질적인 밀적화없이 소결단계를 거치고 이후에 이들 층을 냉각하며 금속 보강스트립에 대하여 밀적압연하여 보강스트립에 대하여 이들 층이 서로 밀적화되고 접착된다. 밀적압연후에 이들 층은 제2소결단계를 거친다.

본 발명자는 스틸 보강스트립에 제1 구리계 분말층을 성층한 후에 제1층의 실질적인 밀적화없이 제1층상에 구리계 분말금속 베어링물질의 적어도 제2층을 성층하고 이어서 제1소결과정과 냉각과정을 거친 후 이들 층을 압연접착시키고 다시 소결하는 과정을 거침으로서 다층의 구리계 분말금속 베어링물질이 서로 효과적으로 접착되고 또한 스틸 보강스트립에 접착되며, 기능층의 최종특성을 조절하기 위하여 제1 및 제2층의 요구된 화학적 성질을 자유롭게 선택할 수 있음을 알게 되었다.

본 발명은 하나의 층을 형성하기 위하여 저가의 구리계 물질이 사용되고 이에 조합하여 나머지 층을 더욱 저가의 물질을 이용하여 형성할 수 있는 잇점을 갖는다.

본 발명은 또한 약간의 수정으로 기존의 소결라인에 용이하게 적용할 수 있도록 하는 잇점을 갖는다.

다른 특징에 따라서, 제1층은 비교적 저가인 구리-주석 분말합금으로부터 제조될 수 있고 비교적 두껍게 구성될 수 있는 반면에, 제2층은 납-함유 청동을 대체할 수 있는 대체물로서 사용되는 구리-주석-비스무트 또는 기타 다른 특정 분말금속합금으로 제조될 수 있다.

본 발명에 따라서 구성된 다층 분말금속 슬라이딩 베어링 또는 부싱(포괄적으로 베어링이라 함)을 도 1에 부호 10으로 나타낸 바, 이는 스틸 보강스트립(12)에 베이스층(16)과 외면층(18)으로 형성된 다층의 소결분말금속 라이너(14)가 성층되어 있는 것을 보이고 있다. 베이스층과 외면층은 구리계의 소결분말금속층이지만, 조합되었을 때 라이너(14)에 요구되는 특성을 갖는 복합형의 라이너(14)를 형성할 수 있는 다른 조성물 및/또는 특성을 가질 수 있다.

본 발명에 따라서, 외면층(18)의 물질은 외면층(18)의 작용면을 가로질러 슬라이딩 운동하기 위하여 베어링(10)에 의하여 지지되는 회전축, 핀 또는 기타 다른 구성부재와 슬라이딩 결합되는 데 적합한 특성을 갖는 제1의 구리계 분말금속 합금조성물로 이루어질 수 있다. 외면층에 필요한 특성을 갖는 분말금속 함금조성물은 이러한 특성을 얻는데 합금의 첨가가 필수적이어서 매우 고가이다. 이와 같이 비교적 고가인 외면층(18)은 제2의 구리계 분말금속 조성물의 비교적 저가인 적어도 하나의 베이스층(16)에 의하여 보완되며 이러한 베이스층의 조성물은 외면층을 지지하는데 필요한 지지구조를 제공하나 요구된 최종의 특성을 갖는 전체 베어링 라이너(14)를 제공하기 위하여 외면층과 동일한 특성을 가질 필요는 없다. 도시된 예에서는 외면층(18)이 베이스층(16)보다 얇아 비용을 절감할 수 있게 한다.

따라서, 이들 층(16)(18)은 여러 화학적 성질을 가질 수 있어서 여러 특성을 갖고 소요되는 비용이 다를 수 있다. 이는 보다 강하고 간단하며 저가인 층(16)상에 낮은 강도와 높은 윤활성을 가진 고가의 층(18)을 성층함으로서 전체적으로 복합형 라이너(14)의 성능을 증가시킬 수 있다.

구리계의 분말금속층은 거의 납을 함유하지 않는 무연(無鉛)(납 0.1% 이하)의 층으로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어 베이스층(16)은 외면층(18)을 보강하는 90/10 구리-주석 금속층이고 외면층은 구리-주석-비스무트 분말금속층으로 이루어질 수 있으며 이 층은 약 90부의 구리와 10부의 주석 그리고 구리와 주석의조합에 대하여 약 2~10중량% 범위의 비스무트를 함유한다. 본 발명에 있어서는 다른 구리합금과 화학적 성질을 갖는 것이 예상될 수 있다. 물론, 층(16)(18)은 서로 조화를 이룰 수 있는 것으로 선택되어 이들이 보강스트립(12)에 용이하게 접착되고 소결과정을 통하여 층이 서로 용이하게 접착될 수 있다.

도 2는 이러한 다층의 소결된 베어링을 제조하는 방법을 설명하고 있다. 보강스트립(12)이 베이스층(16)을 형성하는 제1분말도포기(20)의 하측을 지나고 이어서 베이스층(16)의 분말금속물질이 실질적으로 밀적화됨이 없이 외면층(18)을 형성하는 제2분말도포기(22)의 하측을 통과한다. 이들 분말층은 소결전에 롤러에 의한 밀적화 없이 보강스트립상에 느슨히 도포되어 성층되는 것이 좋으나, 본 발명에 있어서는 제2층의 형성전에 베이스층을 현저히 밀적시키지 않거나(전체 이론적인 밀도 80% 이하) 또는 소결전 제2층을 현저히 밀적시키지 않도록(전체 이론적 밀도 80% 이하) 분말조절을 위하여 어느 정도 밀적시키는 것이 고려될 수 있다. 스트립(12)은 소결영역(24)을 지나면서 층들이 소결되고 이어서 냉각영역(26)을 지나고 캘린더 롤러(28)를 통과하면서 이들 층이 스트립상에 압축 및 접착되어 서로 접착되며, 이후에 부분적으로 소결되고 압연된 층(16)(18)이 최종소결영역(30)에서 완전히 소결된다. 물론, 다른 층이 부가되어 3개 이상의 층으로 구성될 수 있으며 요구되는 경우 이 공정에 3개 이상의 분말도포기가 부가구성될 수 있다. 구리계분말층을 느슨히 성층하는 것은 이들 층이 서로양호하게 접착되고 보강스트립에 대하여서도 양호하게 접착될 수 있도록 한다.

본 발명의 많은 변형과 수정이 상기한 기술적 내용을 바탕으로 가능한 것은 자명한 바, 따라서 본 발명은 첨부된 청구범위내에서 이해하여야 하고 청구범위에 의해서 한정된다.

Claims (6)

1. 다음의 단계로 이루어진 다층 분말금속의 구리계 베어링 제조방법 :

   금속 보강스트립(12)상에 구리계 분말금속합금의 제1층(16)을 성층하는 단계 ;

   제1층을 밀적화시키지 않은 상태에서 제1층과 다른 조성을 가진 최소한 하나의 구리계 분말금속합금의 제2층(18)을 제1층의 상부에 성층하는 단계 ;

   층(16,18)들을 밀적화시키지 않은 상태에서 제1소결하는 단계 ;

   제1소결한 후에 층(16,18)들을 냉각시키고 금속 보강스트립(12)에 대해서 층(16,18)들을 압연시켜서 밀적화하고 층(16,18)들이 보강스트립(12) 및 서로에 대해 결합되게 하는 단계 ; 및

   압연한 후에 층(16,18)들을 제2소결시키는 단계.
2. 제1항에 있어서, 층(16,18)들을 거의 무연의 조성물로 선택하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 제1층(16)이 구리-주석 합금이고 최소한 제2층(18)은 구리-주석-비스무트 합금으로 형성시키는 방법.
4. 제3항에 있어서, 최소한 제2층의 비스무트 함량이 약 2~10중량%이 되게 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 제1층(16)을 최소한 제2층(18) 보다는 비교적 두껍게 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 보강스트립(12)을 스틸로서 만드는 방법.