KR20060106742A - 구리-다중 재료 합금으로 구성된 슬라이딩 표면을 갖는슬라이딩 베어링의 제조 방법 - Google Patents

구리-다중 재료 합금으로 구성된 슬라이딩 표면을 갖는슬라이딩 베어링의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 두 개의 상 성분을 포함하는 구리-다중 재료 합금으로 구성되는 슬라이딩 표면을 갖는 슬라이딩 베어링의 제조 방법 및 구리-다중 재료 합금에 관한 것으로, 산에 의해 적어도 하나의 상 성분이 슬라이딩 표면에서 분리되고 적어도 하나의 다른 상 성분은 현저하게 남겨진다. 슬라이딩 베어링은 바람직하게 구리-알루미늄-다중 성분 청동으로 구성된다.

Description

구리-다중 재료 합금으로 구성된 슬라이딩 표면을 갖는 슬라이딩 베어링의 제조 방법 {Method for producing of sliding bearing with a sliding surface, composed of copper-multi material alloy}
도 1은 부분적으로 분리된 상 성분을 포함하는 슬라이딩 베어링의 슬라이딩 표면의 래스터 전자 현미경 사진, 및
도 2는 전체적으로 분리된 상 성분을 포함하는 슬라이딩 베어링의 슬라이딩 표면의 래스터 전자 현미경 사진이다.
본 발명은 적어도 두 개의 상 성분을 포함하는 구리-다중 재료 합금으로 구성되는 슬라이딩 표면을 갖는 슬라이딩 베어링의 제조 방법 및 구리-다중 재료 합금에 관한 것이다.
수년 전에 이미 베어링용 구리 합금이 사용할 만한 것으로 입증되었다. 상기 구리 합금은 그 구조 및 특성으로 인해 상기 구리 합금에 대한 조건이 특히 양호하게 충족된다. 제조시 흔히 점성 재료가 사용되고, 상기 점성 재료는 열간 및 냉간 성형에 의해 균일하고 미립자처럼 작은, 슬라이딩 부하에 특히 바람직한 구조 를 형성한다. 특정 영역 내에서 구조 변형에 의해 필수 강도값이 설정됨으로써 부하 수용 능력 및 내마모성이 증가된다.
그러나 슬라이딩 부품의 서로 접촉하는 작동면에 대해 특수한 조건이 요구된다. 윤활제의 사용하에 상기 윤활제의 접착력과 점성에 의해 지지하는 윤활 필름이 구성되고, 상기 필름에 의해 일차적으로 마모가 감소된다. 작동면의 표면 특성은 평면의 윤활 필름의 형성과 함께 베어링의 지속 수명에 대해 실질적으로 영향을 미친다. 그러나 오염 입자의 첨가는 지속 수명에 특히 불리하게 작용한다. 이것은 베어링 면의 마모에 의해 또는 윤활제에 의한 작동면 사이의 유착이다.
특히 미세 가공 방법에 의해 작동면의 의도된 표면 구조화를 달성하는 것이 공지되어 있다. 이에 대한 예는 내연기관의 실린더 부시에서 사용되는 것과 같은 호닝(honing) 방법이 있다. 상기 기계적 가공 방법에 의해 매우 미세한 윤활제 인덴트 장치가 부시 내에 장착되고, 윤활제 데포(depot)에 걸쳐 형성된 오일 충전 재료는 슬라이딩을 개선시키고 마모를 감소시킨다. 또한, 레이저에 의해 표면이 구조화되는 것이 공지되어 있다. 이 경우 개별 윤활제 인덴트 형태 및 위치는 의도한 바대로 세팅되고, 그러나 상기 방법은 매우 시간이 많이 들고 개별 제조로서 상응하게 비용이 많이 든다.
또한, 간행물 DE 101 57 316 A1호에 나노 성형에 의해 거친 지지면을 가진 베어링과 상기 베어링의 제조 방법이 공지되어 있다. 상기 베어링에 의해 입자 형성의 최소화 및 마찰 감소된 베어링 특성이 개선된다. 나노 성형에 의해 거친 지지면은 에칭, 기계적으로 거칠게 하기(roughen) 또는 전기 화학적 방법으로 제조된 다. 에칭시 표면은 선택적으로 가열된 산, 예컨대 크롬황산 또는 황산으로 처리된다. 나서 성형에 의한 거친 표면의 형성에 적절한 재료는 철, 티타늄 또는 크롬을 기초로 한 금속 합금이다.
또한, 간행물 DE 100 47 775 C1에 모터 조립시 베어링 재료로 사용하기 위한 구리 알루미늄 다중 성분 청동이 공지되어 있다. 상기 사용시 작동면은 처리되지 않고, 상기 고출력 베어링 재료에서 짧은 작동 시간 후에 마찰 산화층이 형성된다는 사실로부터 시작된다. 얇은 층은 화학 반응에 의한 열 및 높은 압착력에 의해 커버층으로 형성된다. 일반적으로 상기와 같은 얇은 층이 바람직한데, 그 이유는 상기 얇은 층은 작동 부품에서 마찰 계수를 감소시키고 기본 재료를 마모에 대해 보호한다.
본 발명의 목적은 마찰 로직에 의해 바람직한 슬라이딩 표면을 갖는 슬라이딩 베어링의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 청구범위 제 1 항의 특징에 의해 슬라이딩 베어링의 제조 방법 및 청구범위 제 4 항의 특징에 의한 상기 방법으로 제조된 슬라이딩 베어링이 제시된다. 인용된 다른 청구 범위는 본 발명의 바람직한 실시예 및 개선예이다.
본 발명은 적어도 두 개의 상 성분을 포함하는 구리-다중 성분 합금으로 구성된 슬라이딩 표면을 가진 슬라이딩 베어링의 제조 방법은 산에 의해 슬라이딩 표면에서 적어도 하나의 상 성분이 분리되고 적어도 하나의 다른 상 성분이 현저하게 남게 된다.
본 발명은 베어링의 표면의 에칭이 재료의 상 성분에 상응하게 산에서 실행되는 것이 고려된다. 재료는 다중 상이고, 개별 상 성분들은 상이하게 제거된다. 이것은 소정의 증착 상이 전기 화학적 포텐셜에서 현저하게 기본 재료와 분리된다. 즉, 의도대로 경화 증착 또는 연질 기본 재료가 분리될 수 있다. 이로 인해 생성된 연질의 기본 매트릭스에 놓인 매우 거친 입자 또는 거친 입자는 연질의 기본 매트릭스로부터 에칭되고 그 아래에 놓인 구조에서 보호하면서 기계적 부하의 흡수에 이용된다. 산으로서 바람직하게 미네랄산 염산, 황산 및 질산 및 상기 산의 적절한 혼합물이 적합하다.
에칭 과정은 몇 초 또는 몇 분 범위에서 신속하게 이루어진다. 과정에 따른 발생 비용은 상응하게 감소한다. 취급 재료의 특수한 세척이 반드시 필요한 것은 아니다. 본 발명에 따른 방법은 여러 번 실행될 수 있고, 경우에 따라서 파내기를 깊게 달성하기 위해 상이한 산 또는 산혼합물로 실행될 수 있다. 사용 시간 중에 공정이 반복될 수 있다.
서로 직접 접촉하는 마찰쌍의 작동면의 가능한 최적으로 서로 매칭되는 형상은 사용 수명에 매우 중요하다. 이것은 마찰 로직적으로 거의 중요하지 않은데, 몇 mm 또는 0.1 mm 깊이로 재료의 표면 하부에 위치하는 것은 접촉면을 결정한다. 특히 슬라이딩 이동의 시작시, 부품의 브레이크 인 단계 동안 마찰 로직의 바람직한 표면에 에칭될 수 있다.
본 발명에 의해 달성된 장점은 표면 처리의 특히 매우 짧은 공정 지속 시간에 의해 적절히 저렴한 방법이 제공되는 데 있다. 상기 방법으로부터 그때그때 마 찰 로직의 조건에 최적인, 저렴한 브레이크 인 상태를 갖는 표면이 얻어지고, 상기 상태에서 브레이크 인 공정이 가속화되고, 브레이크 인의 마모를 최소화하고 베어링의 지속 시간에 기여한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 비산화 산이 사용될 수 있고, 상기 산은 비 귀금(noble metal) 상 성분을 분리한다. 비산화 미네랄산 및 상기 산의 혼합물을 사용함으로써 "비귀금" 상에 의도된 부식이 일어나고, "귀금" 기본 물질에 부식이 일어나지 않는다.
대안으로서 산화된 산이 사용될 수 있고, 상기 산은 귀금 상 성분을 분리한다. 산화 작용하는 산의 사용시 바람직하게 "귀금" 기본 물질이 침식되고, 비귀금 상은 그와 달리 산화에 의해 패시베이션되므로 불용해성이 된다.
본 발명의 다른 양상은 상기 설명된 방법에 따라 제조되고 구리 알루미늄 다중 성분 청동으로 구성된 슬라이딩 베어링을 포함한다.
구리 및 알루미늄 합금은 일반적으로 "알루미늄청동" 이라고 하고, 이원 시스템에서 9 중량% 까지의 원소 함량에서 균일 알파 구조를 갖는다. 또한, 10 중량%까지의 알루미늄 함량을 갖는 알루미늄 다중 성분 합금이 있으며, 다른 합금 성분은 예컨대 철, 니켈, 망간, 아연 및 실리콘을 포함한다. 다중 성분 합금의 구조는 다른 상 성분의 형성하에 불균일하다. 철 또는 니켈을 첨가함으로써 금속간 상이 형성되고, 상기 금속간 상은 현저한 강도 상승을 일으킨다. 철은 비교적 낮은 농도에서 미세한 입자로 크리스탈 구조에 작용한다.
상기 재료 그룹에 분무 컴팩트에 의해 제조된 다중 성분 합금이 포함되고, 상기 다중 성분 합금은 잘 분리되지 않는 미세 입자 구조를 갖는다. 이에 대한 예는 CuAl13Fe4, 5CoMn 및 CuAl15Fe4, 5CoMn 합금이다.
또한, 상기와 같은 다중 성분 알루미늄 청동은 높은 내마모성과 양호한 내침식성과 더불어 매우 높은 강도를 갖는다. 이것은 높은 부하 수용 능력을 갖고 약 350℃ 까지 온도 내성을 갖는다. 상기 재료는 부시로서 바람직한 특성에 의해 자동차 분야의 피스톤 베어링에 대한 조건에 적합하다. 특히 이것은 높은 하중을 받는 강피스톤의 베어링 부시 및 디젤 엔진의 피스톤 로드에도 적용된다.
바람직하게 분리된 상 성분의 영역에 형성된 공동은 윤활제 데포로 형성될 수 있다. 리세스는 윤활제용 저장기를 형성한다. 데포에 의해 베어링면과 대응면 사이의 입자에 의해 발생하는 소위 삼체 마멸도 계속해서 억제된다. 우선적으로 베어링면의 슬라이딩시 발생하고 작동면의 긁힘 또는 다른 손상을 야기할 수 있는 입자는 공동에 의해 흡수되고 소정의 부분은 영구적으로 삽입된다. 이로써 슬라이딩 부품의 마모 및 마찰이 감소된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 슬라이딩 베어링은 2상의 CuAl10Ni5Fe4 합금으로 구성될 수 있다. 바람직하게 슬라이딩 베어링은 하기 합금 조성을 가질 수 있다[중량 %].
즉, Cu 잔류물
Al 9.0 내지 10.5 %
Ni 4.0 내지 6.0 %
Fe 3.5 내지 5.0 %
및 선택적으로 1.0 % Zn, 0.1 % Pb, 1.5 % Mn 및 0.1 % Si이다.
바람직하게 슬라이딩 베어링에서 합금 내의 원소 철의 함량은 니켈의 함량보다 낮다.
상기와 같은 재료는 다중상이고 바람직하게 알파 상을 포함하는 Cu 외에도 경화 카파(kappa) 상을 포함한다. 증착 상은 그 전기 화학적 포텐셜에서 기본 물질의 포텐셜과 상이하다. 상기 특수 합금의 경우 경하 카파 상에서 "비귀금" 원소는 알루미늄, 철 및 니켈로 농축된다. 이로써 산 혼합물의 조성에 따라, 상기 층작 상 또는 기본 물질에 대한 의도된 침식 방법이 주어진다. 비산화하는 미네랄산을 사용함으로써 카파 상에 대한 의도된 침식이 일어날 수 있고, "귀금" 기본 물질에 대해 침식이 일어나지 않는다. 산화 작용하는 산의 사용시 바람직하게 "귀금" 기본 물질이 침식되고, 카파 상은 산화에 의해 적절하게 패시베이션 된다. 각각의 용도에 마찰 로직에 의해 최적인, 최적의 브레이크 인 상태를 갖는 표면이 유지되고, 상기 브레이크 인 상태에서 브레이크 인 공정을 가속화고 브레이크 인 마모를 최소화한다.
본 발명의 실시예는 개략적인 도면에 의해 상세히 설명된다.
서로 상응하는 부품에서 모든 도면에서 동일한 부품 번호가 제공된다.
도 1은 부분적으로 분리된 경화 상 성분(2)을 포함하는 슬라이딩 베어링의 슬라이딩 표면(1)의 래스터 마이크로현미경 사진을 도시한다. 현저하게 연한 상 성분(3)은 에칭 공정에 의해 부식되지 않고 슬라이딩 부품의 대응 지지면과 접 촉하는 표면을 형성하고, 상기 표면은 도시된 실시예에서 전체적으로 평면으로 형성된다. 분리된 경화 상 성분(2)에 의해 공동이 형성되고, 상기 공동은 작동시 윤활제를 흡수할 수 있다.
도 2는 넓은 면에 걸쳐 분리된 연한 상 성분(4)을 포함하는 슬라이딩 베어링의 슬라이딩 표면(1)의 래스터 마이크로현미경 사진을 도시한다. 현저하게 더욱 경화성 상 성분(5)이 에칭 공정에 의해 재차 부식되지 않고 본 실시예에서 대응면과 접촉하는 표면을 형성한다. 비교적 큰 공동들이 형성되고, 상기 공동들은 서로 연결되어 상기 공동에 윤활제가 평면으로 이송될 수 있다.
비처리된 본 발명에 따른 방법에 따라 에칭된 부시는 슬라이딩 베어링 실험에서 0.5 시간 동안 60 사이클/분의, F = 10000 N(선회각 60˚)의 부하에서 실험되었다. 후속하여 부하를 받는 부시 영역은 래스터-전자 현미경으로 관찰되었다.
비처리된 부시는 더 미끄러운 표면을 보여주었고, 그러나 상기 표면은 마모 흔적으로 홈을 갖고, 상기 홈은 거친 입자로 야기되고 작동면에 의해 제공된다. 일정하게 마모가 계속된다.
매우 경화성 상 성분을 포함하는 부시의 경우 상기 상 성분은 실험 지속 시간에 걸쳐 유지되고 지지하는 작동면은 적어도 브레이크 인 상 동안 형성된다. 중간 챔버는 윤활제 데포로 사용되고 앞서 마모가 적은 작동을 제공한다. 양호한 작동 프로파일이 제공된다.
본 발명에서는 마찰 로직에 의해 바람직한 슬라이딩 표면을 갖는 슬라이딩 베어링의 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 슬라이딩 베어링을 제공하게 된다.

Claims (9)

  1. 적어도 두 개의 상 성분(2, 3, 4, 5)을 포함하는 구리 다중 성분 합금으로 구성된 슬라이딩 표면(1)을 갖는 슬라이딩 베어링의 제조 방법에 있어서,
    산에 의해 적어도 하나의 상 성분(2, 4)이 상기 슬라이딩 표면(1)에서 분리되고, 적어도 하나의 다른 상 성분(3, 5)은 현저하게 잔류하는 것을 특징으로 하는 구리-다중 재료 합금으로 구성된 슬라이딩 표면을 갖는 슬라이딩 베어링의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 비산화 산이 사용되고, 상기 산은 비귀금 상 성분을 분리하는 것을 특징으로 하는 구리-다중 재료 합금으로 구성된 슬라이딩 표면을 갖는 슬라이딩 베어링의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 산화하는 산이 사용되고, 상기 산은 귀금 상 성분을 분리하는 것을 특징으로 하는 구리-다중 재료 합금으로 구성된 슬라이딩 표면을 갖는 슬라이딩 베어링의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제조된 슬라이딩 베어링에 있어서,
    구리-알루미늄 다중 성분 청동으로 구성되는 것을 특징으로 하는 구리-다중 재료 합금으로 구성된 슬라이딩 베어링.
  5. 제 4 항에 있어서, 분리된 상 성분(2, 4)의 영역에 형성된 공동은 윤활제 데포로 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 2상 CuAl10Ni5Fe4 합금으로 구성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링.
  7. 제 6 항에 있어서, 하기 합금 조성[중량 %], 즉
    Cu 잔류물
    Al 9.0 내지 10.5 %
    Ni 4.0 내지 6.0 %
    Fe 3.5 내지 5.0 %
    및 선택적으로 1.0 % Zn, 0.1 % Pb, 1.5 % Mn 및 0.1 % Si을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 합금에서 원소 철의 함량이 니켈의 함량보다 작은 것을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 합금은 알파 및 카파 상을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링.
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