KR20070098687A

KR20070098687A - 미끄럼 부재

Info

Publication number: KR20070098687A
Application number: KR1020070031098A
Authority: KR
Inventors: 토마스 룸프
Original assignee: 미바 그레이트라게르 게엠베하
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2007-10-05
Also published as: EP1840394B1; EP1840394A3; BRPI0701292B1; US7651784B2; DE502007002454D1; CN100549447C; JP4620702B2; BRPI0701292A; AT503397A1; EP1840394A2; AT503397B1; CN101046228A; US20070269147A1; JP2007271084A; KR100870086B1

Abstract

본 발명은, 미끄럼 부재, 특히 미끄럼 베어링으로서, 지지 부재 및 미끄럼층을 구비하되, 상기 지지 부재와 미끄럼층 사이에는 베어링 금속층이 배치되어 있고, 상기 미끄럼층은, 격자면의 X-선 회절 강도가 다른 격자면의 X-선 회절 강도에 비해 가장 큰 격자면이 격자면 밀러 지수 (012)로 표현되는 소망하는 방위를 향하고 있는 비스무스 또는 비스무스 합금 미소결정으로 제조되는 미끄럼 부재에 관한 것이다. 두 번째로 큰 X-선 회절 강도의 격자면의 X-선 회절 강도는 격자면 (012)의 X-선 회절 강도의 최대 10%이다.

미끄럼 부재, 미끄럼 베어링, 비스무스,

Description

미끄럼 부재{SLIDING ELEMENT}

도 1은 석출 중의 전류 밀도 5 A/d㎡(ASD)에서 Bi로 제조된 본 발명에 따른 미끄럼층 표면의 X-선 회절 패턴을 도시하는 도면.

도 2는 석출 중의 전류 밀도 10 A/d㎡(ASD)에서 Bi로 제조된 본 발명에 따른 미끄럼층 표면의 X-선 회절 패턴을 도시하는 도면.

도 3은 석출 중의 전류 밀도 15 A/d㎡(ASD)에서 Bi로 제조된 본 발명에 따른 미끄럼층 표면의 X-선 회절 패턴을 도시하는 도면.

도 4는 8 중량% Sn을 함유하는 Bi 합금으로 제조된 본 발명에 따른 미끄럼층 표면의 X-선 회절 패턴을 도시하는 도면.

본 발명은, 지지 부재 및 미끄럼층을 구비하되, 상기 지지 부재와 미끄럼층 사이에는 베어링 금속층이 배치되어 있고, 상기 미끄럼층은, 격자면의 X-선 회절 강도가 다른 격자면의 X-선 회절 강도에 비해 가장 큰 격자면 밀러 지수 (012)로 표현되는 소망하는 방위의 비스무스 또는 비스무스 합금 미소결정으로 제조되는 미끄럼 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

미끄럼 베어링은 특히 예를 들면 축과 같은 피지지 부재를 조절하고, 어느 정도의 외부 입자가 내장될 수 있도록 하기 위해 상대적으로 연질의 미끄럼층을 구비하는 것으로 특징으로 한다. 이러한 마찰공학적인 물성을 제공하기 위해서, 종래 기술에서는 주석 또는 납을 함유하는 미끄럼 베어링이 주로 제안되었다. 그러나 납은 그 독성 때문에 바람직하지 않으며, 특히 최근에는 납을 사용하지 않는 시도가 증가되고 있다.

따라서 DE 100 32 624 A호에는 베어링 금속과 상기 베어링 금속 위에 비스무스 또는 비스무스 합금으로 제조된 가동층을 포함하여 구성되는 미끄럼 베어링이 제안되어 있는데, 비스무스 또는 비스무스 합금으로 제조된 가동층의 X-선 회절 강도 I_[ _hkl _]의 상대비는 아래의 조건 (a)와 (b)를 만족하도록 규정하고 있다.

(a) {012}면 외의 다른 면의 X-선 회절 강도 I_[ _hkl _]의 상대비가 {012}의 X-선 회절 강도 I_[012]의 비보다 0.2 내지 5배, 다시 말하면 0.2I_[012] ≤ I_[ _hkl _] ≤ 5I_[012];

(b) {012}면 외의 3개 또는 그 이상의 다른 면의 X-선 회절 강도 I_[ _hkl _]의 상대비가 {012}의 X-선 회절 강도 I_[012]의 비보다 0.5 내지 2배의 범위 내, 다시 말하면 0.5I_[012] ≤I_[ _hkl _] ≤ I_[012] 이다.

여기에서, 무작위한 방위를 가지는 표준 분말 샘플의 비스무스 결정의 {hkl}-면은 X-선 회절 강도 R_p(hkl)을 나타내고; 비스무스 또는 비스무스 합금으로 제조된 가동층의 비스무스 결정의 {hkl}-면은 X-선 회절 강도 R₀ _/L(hkl)을 나타내 고; 강도 2개의 비는 K(hkl)=R₀ _,L(hkl)R_p(hkl)로 표현되고; K(012)와 K(hkl)의 비는 I[hkl]=K(hkl)/K(012)로 표현된다.

또한, DE 10 2004 015 827 A호에는 후위 금속층, 상기 후위 금속층 위에 제공되어 있는 미끄럼 합금층 및 상기 미끄럼 합금층 위에 제공되어 있는 커버층을 포함하여 구성하되, 상기 커버층은, 상기 커버층의 결정 격자 내에는 다른 면에 비해 X-선 회절 강도 R₍₂₀₂₎가 최대인 밀러 지수 (202)로 정의되는 방위의 면을 30% 이상 구비하는 비스무스 또는 비스무스 합금으로 제조되는 미끄럼 부재가 공지되어 있다.

본 발명의 목적은 무연(lead-free) 미끄럼층을 구비하는 미끄럼 부재를 제공하는 것이다.

상기 목적은 두 번째로 큰 X-선 회절 강도를 갖는 격자면의 X-선 회절 강도가 격자면 (012)의 X-선 회절 강도의 최대 10%인 상술한 미끄럼 부재와 본 발명에 따른 방법에 따라 상기 특징들에 의해 제조된 미끄럼층에 의해 독립적으로 달성된다.

놀랍게도, DE 10 2004 015 827 A1에서 제시되어 있는 해석과는 달리, 비스무스 또는 비스무스 합금 미소결정이 상기 방식으로 정렬되어 있는 비스무스 또는 비스무스 합금으로 제조된 본 발명에 따른 미끄럼층을 구비하는 미끄럼 부재는 적어 도 DE 10 2004 015 827 A1에 따른 미끄럼층에 상당하는 물성을 나타낸다. 본 발명에 따른 경우에 있어서, 상기 종류의 비스무스 미끄럼 층들의 소망하는 방위가 몇몇 특정 면으로 한정되지 않는다는 점에서, DE 100 32 624 A에 비해서도, 이러한 결과는 또한 놀라운 것이다.

납을 함유하지 않는다고 하는 이점 외에도, 본 발명에 따른 미끄럼층의 주 이점은 제조가 용이하다는 것이다. 이러한 (012) 면의 견고한 방위는 예를 들면 갈바닉 석출에 의해 달성된다. 예를 들면, DE 10 2004 015 827 A1에서 제안되어 있는 특정 공정 사이클에서 리버싱 단계와 관련된 작업이 필요 없게 된다. 본 발명에 따른 미끄럼 부재는 또한 미소결정의 견고한 방위로 인해 내마모성이 또한 향상된다.

하나의 변형 실시예에 따르면, X-선 회절 강도가 두 번째로 큰 격자면은 밀러 지수 (024)의 면이다. 이러한 방식으로 미끄럼층 내 미소결정의 더 나은 방위도(degree of orientation)가 달성되어서 상기의 물성들이 좀 더 개선된다.

격자면 (012) 외의 다른 모든 격자면들의 X-선 회절 강도의 합은 격자면 (012)의 X-선 회절 강도의 최대 25%인 것이 바람직한데, 이때 더 나은 방위도가 또한 달성된다.

미끄럼층의 비커스 경도는, 내마모성이 개선되도록 하기 위해 하한 15 HV 및 상한 40 HV의 범위 내에서 선택되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 미끄럼층의 경도는 20 HV 또는 25 HV 또는 30 HV 또는 35 HV이다.

미끄럼층의 두께는, 미끄럼 부재의 내부착성(antiseizing)을 개선하기 위해 하한 5 ㎛ 및 상한 40 ㎛의 범위 내에서 선택될 수 있다. 예를 들면, 미끄럼층의 두께는 10 ㎛ 또는 15 ㎛ 또는 20 ㎛ 또는 25 ㎛ 또는 30 ㎛ 또는 35 ㎛이다.

본 발명을 좀 더 잘 이해하도록 하기 위해 아래에서는 첨부되는 도면에 의해 본 발명을 설명한다.

우선, 상부, 하부, 측부 등 본 발명의 상세한 설명에 사용되고 있는 위치에 대한 기재는 실시예 기재 당시에 관련된 것이므로, 위치의 변화가 있는 경우에는 새로운 위치로 바뀌어야 한다는 점을 명심해야 한다. 또한, 기재되어 있는 다양한 실시예의 개별적 특징 또는 특징들의 조합된 특징은 본 발명에 따르는 독립적인 솔루션을 나타내고 있다.

본 발명에 따른 미끄럼 부재는, 이미 공지되어 있는 바와 같이, 예를 들면 강 보호 쉘과 같은 지지 부재, 상기 지지 부재 위에 배치되어 있는 베어링 금속층 및 상기 지지 부재 위에 배치되어 있는 본 발명에 따른 비스무스 또는 비스무스 합금으로 제조된 미끄럼층을 포함하여 구성된다.

상기 베어링 금속층은 예를 들면 알루미늄-주석 합금, 동 합금 또는 알루미늄 합금 등과 같이 공지되어 있는 임의의 베어링 금속층일 수 있다.

사용 가능한 예로는 다음과 같은 것들이 있다.

1. (DIN ISO 4381 또는 4383에 따른) 알루미늄 기지의 베어링 금속 : AlSn6CuNi, AlSn20Cu, AlSi4Cd, AlCd3CuNi, AlSi11Cu, AlSn6Cu, AlSn40, AlSn25CuMn, AlSi11CuMgNi;

2. (DIN ISO 4383에 따른) 동 기지(copper base)의 베어링 금속 : CuSn10, CuAl10Fe5Ni5, CuZn31Si1, CuPb24Sn2, CuSn8Bi10;

3. 주석 기지의 베어링 금속 : SnSb8Cu4, SnSb12Cu6Pb.

물론, 알루미늄, 구리 또는 주석을 기지로 하는 상기 외의 다른 베어링 금속도 사용될 수 있다.

상기 미끄럼층은, 이미 언급한 바와 같이, 본 발명에 따른 비스무스 또는 비스무스 합금층으로 제조되는데, 비스무스에 첨가되는 합금 원소는 최대 10 중량% 비율의 구리, 은, 주석, 안티몬 및 인듐을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소일 수 있다. 상기 적어도 하나의 합금 원소의 비율은 하한 1 중량%, 상한 9 중량%의 범위 또는 하한 3 중량% 및 상한 7 중량%의 범위에서 선택될 수 있다. 따라서 예를 들면, 상기 합금 원소 중 적어도 어느 하나를 2 중량% 또는 4 중량% 또는 6 중량% 또는 8 중량%를 함유하는 비스무스 합금이 가능하다. 바람직한 실시예에서, 첨가되는 합금 원소의 비율은 최대 10 중량%이다. 따라서 예를 들면, 상기 합금은 3 중량% 주석 및 2 중량% 안티몬 또는 4 중량% 주석 및 2 중량% 인듐을 함유할 수 있다. 상기 미소결정의 방위의 상기의 전제 조건을 만족하는 범위의 한도 내에서는 기타의 합금 조성 또한 가능하다.

상기의 3층 구조의 미끄럼 부재 외에도 복수 층 구조의 실시예 또한 가능하다. 예를 들면, 상기 지지 부재와 베어링 금속층의 사이 및/또는 베어링 금속층과 미끄럼층 사이에 확산 방지층 및/또는 접합층이 배치될 수도 있다. 그러한 층으로서, 예를 들면, Al, Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Ag, Mo, Pd와 NiSn 또는 CuSn 합금이 사용될 수 있다.

본 발명 범위 내의 미끄럼 부재는, 예를 들면 미끄럼 베어링 반구 또는 부시 형태의 완전한 쉘, 스러스트 링, 커넥팅 로드, 가이드 또는 이와 유사한 구동계의 베어링 같은 미끄럼 베어링 같이 어떠한 형태의 미끄럼 베어링으로 획정될 수 있다.

그러나 상기 미끄럼 베어링을 위해 별도의 구성요소가 필요 없도록 하기 위해서 대응하는 부재 위에 상기 미끄럼층을 부착, 다시 말하면 직접 코팅을 수행하는 것도 가능하다. 예를 들면, 이는 커넥팅 로드에 대해 가능하다.

본 발명에 따른 미끄럼층은 아래의 성분을 갖는 욕(bath)을 사용하여 다음의 변수로 수행되는 갈바니 코팅에 의해 제조된다.

예 1 : 갈바닉 석출용 욕 성분

메탄 술포네이트로 50 g/l Bi

도전성을 개량시키기 위한 80 g/l 메탄 술포닉산

평활제(smoothing agent) 및 적어도 하나의 텐시드(tenside)의 첨가

작동 데이터

실온

전류 밀도 : 5 A/d㎡ (도 1) 또는 10 A/d㎡ (도 2) 또는 15 A/d㎡ (도 3)

예 2 : 갈바닉 석출용 욕 성분

메탄 술포네이트로 70 g/l Bi

도전성을 개량시키기 위한 50 g/l 메탄 술포닉산

젖음성을 개량시키기 위한 1 g/l의 상업적으로 이용 가능한 텐시드

0.5 g/l의 층 평활 첨가제 ("레벨러")

작동 데이터

실온

전류 밀도 : 5 A/d㎡

제조된 미끄럼층의 X-선 회절 도표가 도 1 내지 도 3에 도시하고 있는 바와 같이 기록되었다. 도 1에 상응하는 강도를 표 1에 나타내었다.

면	강도
012	4561
014	223
110	161
202	82
024	339
116	178
112	125

상기 판독은 표준 판독에 상응하는 것으로, X축에는 °2 θ 값이, Y축에는 임펄스(카운트)가 입력되어 있다. 상기 판독은 카메라와 CuKα-선을 사용하여 이루어졌다.

도 1 내지 도 3에 따른 3개의 도표의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 석출하는 동안에 전류 밀도가 증가함에 따라 012 면이 더 명확하게 두드러지는데, 다시 말하면 전류 밀도가 증가함에 따라 층 내의 방위도가 점점 증가된다.

본 실시예에서, 본 발명에 따른 재료, 다시 말하면 본 발명에 따른 비스무스층을 전술한 종래 기술의 문헌상으로부터 공지된 미끄럼층과 비교하였다. 6개의 미끄럼층 패턴 중에서, 5개는 순수 비스무스이고 하나는 3 중량%의 주석을 함유하는 비스무스 합금인데, 면압은 소위 축의 부착(seizing)이 발생하는 것으로부터 결정된다. 6개 샘플의 면압은 DE 100 32 624 A호에 기재되어 있는 영역인 95 MPa와 110 MPa의 사이이다. DE 10 2004 015 827 A호에 의한 베어링과 비교했을 때, 본 발명에 따른 베어링이 더 우수한 것으로 판명되었다. DE 100 32 624 A호에 기재되어 있는 측정 방법이 사용되었다. 미끄럼층의 두께는 각각 10 ㎛가 되도록 선택하였다.

본 발명에 따른 Bi-미끄럼층의 경우에, 경도는 17 UMHV 2 gf이고 BiCu10 미끄럼층의 경우에는 30 UMHV 5 gf이다. UMHV는 2 g중 또는 5 g중 하중에서의 초미소 비커스 경도(ultra-micro-hardness Vickers)를 의미한다.

마지막으로, 도 4는 8 중량%의 주석을 함유하는 비스무스 합금으로 제조된 본 발명에 따른 미끄럼층의 실시예를 도시한다. 여기에서도 역시 층 내에 (012) 면에 따르는 정렬이 명확하게 식별된다.

본 명세서 내의 수치 범위와 관련된 모든 기재는 그 범위 내의 임의의 하위 범위 및 모든 하위 범위를 포함한다. 예를 들면, 1 내지 10의 기재는 하한 1을 시점으로 하여 상한 10까지의 모든 하위 범위, 다시 말하면 예를 들면, 1 내지 1.7 또는 3.2 내지 8.1 또는 5.5 내지 10과 같이 하한이 1 또는 그 이상에서 시작해서 상한이 10 또는 그 이하에서 끝나는 모든 하위 범위를 포함한다.

실시예는 상기 미끄럼 부재의 가능한 실시예에 대해 기재하고 있는데, 본 발명은 명세서 상에 도시하고 있는 변형 실시예에 한정되지 않는다는 점을 명심해야 한다.

본 발명에 따른 독립적인 솔루션의 목적은 명세서 기재로부터 달성된다.

본 발명에 의하면, 내마모성 및 내부착성이 향상된 무연 미끄럼 부재가 제공 된다.

Claims

미끄럼 부재, 특히 미끄럼 베어링으로서, 지지 부재 및 미끄럼층을 구비하되, 상기 지지 부재와 미끄럼층 사이에는 베어링 금속층이 배치되어 있고, 상기 미끄럼층은, 격자면의 X-선 회절 강도가 다른 격자면의 X-선 회절 강도에 비해 가장 큰 격자면이 격자면 밀러 지수 (012)로 표현되는 소망하는 방위를 향하고 있는 비스무스 또는 비스무스 합금 미소결정으로 제조되는 미끄럼 부재에 있어서,

두 번째로 X-선 회절 강도가 큰 격자면의 X-선 회절 강도가 격자면 (012)의 X-선 회절 강도의 최대 10%인 것을 특징으로 하는 미끄럼 부재.
제1항에 있어서,

두 번째로 큰 X-선 회절 강도를 갖는 격자면이 밀러 지수 (024)인 격자면인 것을 특징으로 하는 미끄럼 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서,

격자면 (012) 외의 다른 모든 격자면의 X-선 회절 강도의 합은 격자면 (012)의 X-선 회절 강도의 최대 25%인 것을 특징으로 하는 미끄럼 부재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 미끄럼층의 비커스 경도는 하한 15 HV 및 상한 40 HV의 범위 내에서 선 택되는 것을 특징으로 하는 미끄럼 부재.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 미끄럼층의 두께는 하한 15 ㎛ 및 상한 40 ㎛의 범위 내에서 선택되는 것을 특징으로 하는 미끄럼 부재.
적어도 하나의 지지층, 하나의 베어링 금속층 및 미끄럼층을 포함하되, 상기 지지 부재 위에는 베어링 금속층이, 필요한 경우에는 중간층으로 접합층을 구비하고, 베어링 금속층 위에는 미끄럼층이, 필요한 경우에는 중간층으로 접합층을 구비하며, 상기 미끄럼층은 베어링 금속층 또는 접합층 위에 비스무스염의 메탄 술포닉산 용액으로부터 갈바닉 방식으로 석출되는 미끄럼 부재 제조 방법에 있어서,

상기 미끄럼층은 제1항 내지 제5항의 미끄럼층의 특징에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 미끄럼 부재 제조 방법.