KR20090028638A

KR20090028638A - Ｐｂ 프리 동합금 슬라이딩 재료

Info

Publication number: KR20090028638A
Application number: KR1020097002144A
Authority: KR
Inventors: 히로미 요코타; 다이스케 요시토메
Original assignee: 다이호 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2006-08-05
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2009-03-18
Also published as: US10041148B2; JP5328353B2; WO2008018348A1; JPWO2008018348A1; US20120294750A1; EP2048253A1; CN101541989A; US20100266444A1; WO2008018348A9; CN101541989B; EP2048253B1; EP2048253A4

Abstract

Cu-Sn-Bi/경질 입자계 슬라이딩 재료는 슬라이딩중에 구리 매트릭스의 구리가 Bi상(phase)을 피복하기 때문에, 내소착성(seizure resistance)이 시간 경과에 따라 저하되는 단점을 갖는다. 이러한 문제점을 방지하는 조직을 갖는 Pb 프리 슬라이딩 재료를 제공한다. 본 발명의 슬라이딩 재료의 조성은 1∼15%의 Sn, 1∼15%의 Bi, 평균 입경이 5∼70㎛인 경질 입자를 1∼10% 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 또한, 구리 매트릭스 중에 Bi상 및 경질 입자가 분산되어 있고, 경질 입자 전부가 구리 매트릭스와 접합되어 있는 조직을 갖는다.

Pb 프리 동합금, 슬라이딩 재료, 경질 입자, 소결 재료. 내소착성

Description

Ｐｂ 프리 동합금 슬라이딩 재료 {LEAD-FREE COPPER ALLOY SLIDING MATERIAL}

본 발명은, 구리 기(copper-based) 소결 합금에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 Pb을 함유하지 않고도 우수한 슬라이딩 특성을 발휘하는 Pb 프리 동합금 슬라이딩 재료에 관한 것이다.

슬라이딩 부재용의 동합금에 통상 첨가되고 있는 Pb은, 슬라이딩중에 온도가 상승해 감에 따라 슬라이딩면에서 팽창 및 전신(展伸: ductile)한다. Pb은 슬라이딩면을 냉각함과 동시에, 우수한 자기 윤활성에 의해 소착(seizure)을 방지한다. 또한 Pb은 연질 분산상(dispersing phase)이기 때문에, 우수한 친화성 및 이물질 수용성(ability to receive foreign matter)을 제공한다. 그러나, Pb은 황산 이외의 산에 부식되기 쉽고, 또한 독성이 있다. 따라서, Pb을 Bi로 대체한 슬라이딩 재료용 Cu-Bi계 소결 합금이 개발되고 있다. Cu-Bi계 소결 합금의 조직에서 구리 매트릭스와 Bi상(phase)이 서로 분리되어 있어, 슬라이딩면에 존재하는 Bi상이 내소착성(seizure resistance)을 유효하게 제공한다.

이러한 종래기술의 하나인 특허문헌 1(일본특허 제3421724호 공보)에는, 0.5∼15 중량%의 Sn, 1∼20 중량%의 Bi, 0.1∼10 체적%의 붕화물, 규화물, 산화물, 질 화물, 탄화물, 금속간 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 경질 입자, 잔부가 Cu의 조성을 갖고 있고, 경질 입자는 평균 입경이 1∼45㎛로서, 구리 매트릭스에 분산된 Bi상 중에 존재하고 있는 조성물이 개시되어 있다. 경질 입자는 연질의 Bi상 중에 존재함으로써, Bi가 경질입자에 대해 쿠션(cushion)으로서의 역활을 하므로써, 구리 매트릭스의 표면에 노출되어 있는 경질 입자가 상대재(mating member)에 대해 작용하는 데미지(damage)를 완화시켜 주고 있다. 또한, Bi상은 분리된 경질 입자를 보유 지지하는 성질도 갖고 있다. 또한, 상기 특허문헌 1의 도면에 있어서, 각각의 경질 입자는 슬라이딩면에서 Bi상 에 의해 완전히 또는 부분적으로 포위되고, 경질 입자의 잔부는 구리 매트릭스와 접합(bond)되어 있다.

종래기술의 다른 예로서, 본 출원인이 출원한 특허문헌 2(일본공개특허공보 2005-200703호)에는, 질량%로, 1∼15%의 Sn, 1∼15%의 Bi, 평균 입경이 10∼50㎛인 경질 입자를 0.1∼10% 함유하고, 경질 입자와 접하고 있는 Bi상에 관해서, 경질 입자 전체 둘레에 대한 Bi상의 접촉 비율(contact ratio)이 50% 이하인 경질 입자의 비율이 70% 이상으로 되는 소결 동합금이 제안되어 있다. 상기 경질 입자 접촉 비율이 50%이면, 1개의 경질 입자는 경질 입자의 둘레 길이(peripheral length) 의 50%가 Bi상과 접촉하고, 경질 입자의 나머지 50%은 구리 매트릭스와 접촉하고 있음을 의미한다. 특허문헌 2에서는 이 비율이 "경질 입자 접촉 비율"로 칭해지고 있으며, 특허문헌 2에서는 경질 입자 접촉 비율이 50% 이하이기 때문에, 구리 매트릭스와 접촉하고 있는 길이가 Bi상과 접촉하고 있는 길이보다 많아진다. 또한, 특허문헌 2에서는 이러한 경질 입자가 전체의 경질 입자에 대하여 70% 이상이다. 이 비율을 특허문헌 2에서는 "경질 입자 존재 비율"이라고 칭하고 있고, 최고 94% 까지 달성되고 있다. 이 94%의 나머지 6%는, 경질 입자 접촉 비율이 50∼100%로서, 100%의 경우는 경질 입자가 Bi상에 의해 완전히 포위되어 있다.

따라서, 특허문헌 2에 있어, 개개의 경질 입자를 보면, 하나의 경질 입자의 길이의 절반 이하가 Bi상으로 둘러싸여 있고, 또한 경질 입자 전체를 보면, Bi상과 비 접촉상태를 유지하는 경질 입자의 비율이 가급적 높아지도록 조직을 조정하고 있다. 이러한 조직 제어를 위해, 짧은 시간동안 고주파 소결이 행해지고 있다.

특허문헌 1: 일본특허 제3421724호

특허문헌 2: 일본공개특허공보 2005-200703호

(발명의 개시)

(발명이 해결하고자 하는 과제)

종래의 Cu-Sn-Bi계 소결 합금에서는, 슬라이딩면에 존재하는 Bi상이 내소착성을 향상시키는 것으로 기대되고 있다. 좀 더 구체적으로, Bi상은 슬라이딩 초기에 상대축(mating shaft)과 친화되고, 그 후는 슬라이딩재 표면은 소착이 일어나기 어려운 안정된 표면이 되는 것이 기대되고 있다. 그러나, 정상 슬라이딩중에 Cu상이 상대축에 의해 유동하여 Bi상을 피복한다. 그 결과, Bi상의 표면 노출량이 점차적으로 저하되고, 이에 따라 내소착성이 초기 수준과 비교하여 바람직하지 않게저하되었다. 따라서, 본 발명의 목적은 시간이 경과함에 따른 내소착성의 저하를 방지할 수 있는 Cu-Sn-Bi-경질 입자계 슬라이딩 재료를 제공하는 것이다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

본 발명은, 질량%로, 1∼15%의 Sn, 1∼15%의 Bi, 평균 입경이 5∼70㎛의 경질 입자를 1∼10% 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 구리 매트릭스 중에 Bi상 및 경질 입자가 분산되어 있는 소결 합금에 관한 것이다. 본 발명에 따른 Pb 프리 동합금 슬라이딩 재료는, 상기 경질 입자 전부가 구리 매트릭스에 접합되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

(1) 조성

Sn: 본 발명에 있어서, Sn은 매트릭스를 강인하게 하는 원소이다. 또한, Sn은 재결정 온도를 높여 소결 조직에 영향을 주는 원소이기도 하다. Sn의 함유량이 1 질량% 미만이면, 동합금의 재결정 온도가 너무 낮아져, 후술의 (3) 소결 방법의 단락에서 설명하는 바와 같이, Bi가 우선적으로 동합금 분말의 표면을 덮는다. 그 결과 경질 입자는 구리 매트릭스와 접합되기 어려워진다. 한편, Sn의 함유량이 15 질량% 이상이면, Cu-Sn계 금속간 화합물이 생성되기 때문에 동합금 매트릭스가 취약해져, 슬라이딩 초기의 내소착성이 저하된다. 바람직한 Sn의 함유량은 2∼10 질량%이며, 보다 바람직하게는 2∼6 질량%이다.

Bi: Bi는 종래 재료에 있어, Pb과 유사한 작용을 발휘하는 원소로서 친화성과 내소착성을 높인다. 또한, Bi는 액상 소결에 필요한 액상(liquid phase)을 형성한다. Bi 함유량이 1 질량% 미만이면, 슬라이딩 초기에 Bi의 표면 노출량이 적기 때문에, 슬라이딩 초기 시점에서 만족스런 내소착성을 달성할 수 없다. 한편, Bi 함유량이 15 질량% 이상이면, 경질 입자와 Bi와의 접촉이 일어나기 용이하여 경질 입자가 유지되기 어려워진다. 그 결과 Cu 매트릭스의 유동을 저지하기 어렵게 되어 내소착성이 저하된다. 바람직한 Bi 함유량은 2∼10 질량%이며, 보다 바람직하게는 3∼8 질량%이다.

경질 입자: 경질 입자는 내마모성을 높이고, Cu 매트릭스의 유동을 저지하는 성분으로서 작용한다. 경질 입자의 함유량이 1 질량% 미만이면, 이들의 효과가 불충분하여 높은 내소착성을 달성할 수 없다. 한편, 경질 입자의 함유량이 10 질량% 이상이면, 경질 입자/구리 매트릭스의 계면을 기점으로 금속 피로가 일어나기 쉬워지며, 그에 따라 내소착성이 저하된다.

사용될 수 있는 경질 입자의 예로는, Fe₃P, Fe₂P 등의 Fe-P계 화합물; Ni₃P 등의 인화물; NiB, Ni₃B, CrB, ZrB₂, CoB, TiB, TiB₂, VB₂, TaB₂, WB, MoB 및, Fe-B 등의 붕화물; Al₄C₃, SiC, WC, Fe₃C, Mo₂C 및, Mn₃C 등의 탄화물; Ni-Sn계, Fe-W계, Fe-Mo계, Fe-Mn계, Cr-Al계, V-Al계, Ti-Al계, W-Al계 및, Si-Mn계 등의 금속간 화합물; Ni기 자용 합금(self fluxing alloy); Co계 자용 합금 등을 들 수 있지만, 소결 중에 구리 매트릭스와의 확산 접합이 일어나기 쉽고 그리고 경도가 적절한 Fe₃P, Fe₂P 등의 Fe-P계 화합물이 가장 바람직하다.

경질 입자의 평균 입경이 5㎛ 미만이면, 구리 매트릭스의 유동 방지 효과가 적어지고, 그에 따라 내소착성의 시간 경과에 따른 저하가 현저해 진다. 한편, 경질 입자의 평균 입경이 70㎛ 이상이면, 경질 입자와 Bi상은 동일 위치(site)에 존재할 확률이 높아지기 때문에, 경질 입자와 구리 매트릭스와의 접합이 어렵게 되어, 시간이 경과함에 따라 내소착성이 저하한다. 바람직한 경질 입자의 평균 입경은 10∼50㎛이며, 보다 바람직하게는 15∼40㎛이다.

P: P을 구리 매트릭스 성분으로서 첨가할 수 있다. P의 효과로는 구리 매트릭스의 소결성을 향상시키고, 이면금속(backing metal)과의 밀착성을 향상시키는 것을 들 수 있다. P의 함유량이 0.02 질량% 미만에서는 그 효과가 작다. 또한 P의 함유량이 0.2 질량%를 넘으면 구리 매트릭스가 너무 단단해져 내소착성의 저하를 초래하고 이면금속과의 밀착성이 악화된다.

전술한 성분 이외의 성분은 불순물이며, 특히 Pb은 불순물 수준에서만 허용될 뿐이다.

(2) 조직

본 발명에 따른 Cu-Sn-Bi-경질 입자계 소결 재료의 기본적 조직 구성상(constituent phase)은, 구리 매트릭스, Bi상 경질 입자이다. Bi상과 경질 입자는 구리 매트릭스의 구성 입자의 경계에 존재한다. 이점은 특허문헌 1, 2에 개시되어 있는 재료의 조직과 동일하다. 본 발명에 따른 조직상의 특징은, 슬라이딩면에 있어서 모든 경질 입자가 구리 매트릭스와 접합하고 있다는 점에 있다. 이와 관련하여, 경질 입자가 구리 매트릭스로 상호 확산하기 쉬운 인화물이면, 경질 입자의 P과 매트릭스의 Cu와의 사이에서 상호 확산이 일어나며, 그 결과 경질 입자와 구리 매트릭스는 Bi상의 개재(intermediary) 없이 접합되어 접합 강도가 높아진다. 또한, 소결은 특허문헌 2에서 채용된 고주파 유도 가열 소결 대신, 전기 저항 가열을 통해 행해지는 것이 바람직하다.

경질 입자의 접합 형태는 2 종류가 있는데, 하나는 구리 매트릭스와의 접합이고, 다른 하나는 Bi상과의 접합이다. 경질 입자와 Bi상과의 사이의 접합 강도는 앵커 효과(anchoring effect)에 의한 "형상적인 접합"(morphological bonding) 에 기인한다. 한편, 인화물계 경질 입자와 구리 매트릭스와의 접합은, 상호 확산을 수반하는 "확산 접합"(diffusion bonding) 에 상당하여 강하다. 따라서, 후자의 접합 강도에 의해 구리 매트릭스는 유동하기 어렵게 되어 있다. 또한, 슬라이딩면에 있어서의 온도 상승에 따라 Bi상이 연화해도, 구리 매트릭스가 경질 입자와 접합하고 있고 경질 입자는 전혀 연화하지 않기 때문에, 구리 매트릭스가 경질 입자 근방에서 거의 유동하지 않게 된다.

이에 대하여, 본 발명의 범위를 벗어난 Bi상과만 접합하고 있는 경질 입자를 배제하지 않는다. 그런 조직에서는, 상대축에 의한 하중이 가해질 때, 경질 입자가 가라앉기 쉬워진다. 또한, 슬라이딩면의 온도 상승으로 인해 Bi가 너무 연화되면, 전술한 접합 강도가 저하하여, 상대축이 구리 매트릭스를 유동하기 쉽게 작용하며, 그 결과 구리는 Bi상을 피복하여 Bi상의 노출 면적이 저하된다.

다음으로, 경질 입자의 수는, 통상, ㎟ 당의 시야에 20∼80개 정도의 다수가 존재하고 있다. 이러한 경질 입자가 1개라도 구리 매트릭스와 접합하고 있지 않는 경우, 이 1개의 경질 입자를 둘러 싸고 있는 구리 매트릭스가 연화하면, 이 근방의 구리 매트릭스가 유동을 시작하므로써, 미소 소착(minute seizure)이 일어난다. 일단, 미소 소착이 일어나면, 이것이 성장하여 부품 전체의 소착이 일어난다.

본 발명에 따라, 후술의 소결 방법에 의해, 소결 재료의 모든 경질 입자를 구리 매트릭스와 접합시킬 수 있다. 단, 슬라이딩 부재의 슬라이딩 면이 미리 결정되는 경우가 있다. 슬라이딩 면, 즉 슬라이딩 부재의 수명 중의 마모 깊이가 예상된 경우가 있다. 예를 들면, AT 부시(bush)의 마모 예상 깊이가 10∼80㎛ 정도인 경우는, 이 깊이에서 소정 접합 상태가 확보되는 것으로 충분하다.

(3) 소결 방법

본 발명에 있어서는, 예를 들면 Fe-P계 화합물 경질 입자와 Cu-Sn-Bi계 합금이 소결된다. 분말의 원료는 아토마이즈 분말(atomized powder) 등이 있다.

본 발명의 조직 제어를 종래 기술과 비교하여 설명키로 한다.

특허문헌 1의 조직 제어 방법에 의하면, 경질 입자는 Bi상에 존재한다. Fe-P계 화합물은 경질 입자로서 사용되고 있지 않다. 또한, 경질 입자 중에는 Bi상과만 접하고 있고, 구리 매트릭스와는 접하고 있지 않는 것이 포함되어 있다.

특허문헌 2의 조직 제어 방법에 의하면, 개개의 경질 입자를 보면, 경질 입자의 둘레 길이의 절반 이하가 Bi상으로 둘러싸여 있다. 이에 대하여 본 발명에서는, 개개의 경질 입자의 Bi상으로의 취입(incorporation)(경질 입자 접촉 비율)에 관해서는 50% 이하라도 그 이상이라도 좋지만, 100%(경질 입자가 구리 매트릭스와 완전히 비접촉)가 되어서는 안된다. 또한, 경질 입자 전체를 보면, 특허 문헌 2의 조직 제어 방법은 경질 입자가 가능한 한 많은 비율로 Bi상에 접촉하지 않는 것이지만, 본 발명은 Bi상과의 접촉 비율에 관해서는 한정되지 않는다. 모든 경질 입자가 구리 매트릭스와 접촉한다. 또한, 본 발명의 특징인 전(全) 경질 입자의 구리 매트릭스와의 접촉을 실현하기 위해서는, 전기로에서 다음의 소결 과정을 제어하는 것이 중요하다.

소결에 있어서는, 다음의 2 가지 과장 (a), (b)이 포함된다. 즉, (a) 경질 입자, 예를 들면 Fe-P계 화합물이 구리 매트릭스와 소결 및 접합하는 과정과, (b) Bi가 Cu-Sn-Bi계 합금 분말의 내부로부터 경질 입자와 합금 분말의 계면으로 압출되는 과정이다. 이들 과정은 별개로 진행한다고 생각된다.

Fe-P계 화합물이 구리 매트릭스와 소결 및 접합하는 전자의 과정에서는, Fe-P계 화합물중의 P가 Cu-Sn-Bi계 합금 분말 표면을 400℃ 이상에서 탈산(deoxidization)하여, 분말 표면의 활성도를 높인다. 그 결과 Fe-P계 화합물과 구리 매트릭스간의 접합이 증진된다. 이러한 탈산 및 경질 입자의 접합은 승온 단계중의 온도 상승 구배가 작을 수록 일어나기 쉽다. 실온∼600℃의 온도 영역에서 300∼1000℃/min의 온도 상승 구배가 바람직하다. 이 온도 상승 구배가 너무 낮으면, 승온중에 P의 탈산 효과가 상실되어 버린다. 한편, 온도 상승 구배가 너무 높으면 Bi가 Cu-Sn-Bi 분말을 벗어나 Fe-P계 화합물 입자의 주위에 쌓인다(accumulate). 이러한 쌓임은 분말 표면의 활성도가 올라가기 전에 일어난다.

후자의 (b)에 있어서는, 아토마이즈화(atomization)를 통해 급냉 응고한 Cu-Sn-Bi계 분말이 약 400℃ 이상에서 재결정하여 결정이 재배열되면, Cu-Sn-Bi계 분말중의 Bi가 분말의 계면으로 압출되고, 그리고 Bi는 Fe-P계 화합물이 존재하는 위치에 쌓인다. 쌓여진 Bi의 위치와 Fe-P계 화합물의 위치는, Bi가 완전히 압출된 상태에서는 거의 중복되어 있다. 그러나 동합금의 재결정 온도가 과도하게 낮으면, Bi는 저온에서 동합금 분말로부터 압출되어 동합금 분말 입자의 전면(全面)을 피복하게 되며, 그에 따라 경질 입자와 구리 매트릭스간의 접합이 저해된다. 이것은 양자의 위치가 일치할 가능성이 거의 100%임을 의미한다. 한편, 경질 입자의 양이 Bi 첨가량보다 상대적으로 매우 많아지면, 전술한 가능성은 낮아져 경질 입자는 Bi의 개재없이 구리 매트릭스와 접합할 가능성이 높아진다.

도1 은 본 발명 실시예 No.5의 소결 합금의 광학 현미경 사진(배율: 250배)이다.

도2 는 본 발명 실시예 No.9의 소결 합금의 광학 현미경 사진(배율: 250배)이다.

도3 은 본 발명 실시예 No.21의 소결 합금의 광학 현미경 사진(배율: 250배)이다.

도4 는 비교예 2의 소결 합금의 광학 현미경 사진(배율: 250배)이다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

(실시예 1)

표1 에 나타내는 Cu-Sn-Bi 조성을 갖는 예비 구리 합금을 준비하고, 이 구리 합금을 아토마이즈법에 의해 150㎛ 이하의 입경을 갖는 분말을 얻었다. 또한, Cu-Su-Bi 합금 분말과 표1 에 나타내는 경질 입자를 V형 블렌더(blender)에 의해 통상의 조건에서 혼합했다. 혼합된 분말을 폭 150mm, 길이 2000mm의 강판 상에 두께가 1mm가 되도록 산포(disperse)하고, 수소 분위기 하에서 전기로 내에서 소결을 행하였다. 소결 조건은 다음과 같다. 온도 구배: 실온∼600℃의 온도 영역에서 600℃/min로 설정; 소결 온도: 700∼900℃; 소결 시간: 5∼30분. 소결 후, 압연에 의해 소결층을 치밀화(densification)했다. 이어서, 동일 조건에서 2차 소결을 재차 행하였다.

내소착성 시험은 다음의 방법 및 조건하에서 행하였다.

(1) 초기 소착성 시험

시험기-핀 온 디스크(pin-on-disc) 시험기

하중-4MPa/10min 에 의한 스텝 업(step up)

오일종류-파라핀계 오일

오일온도-실온

상대재-SUJ2

(2) 정상 슬라이딩후 내소착성 시험

시험기-핀 온 디스크 시험기

하중-300분 동안 8MPa 하에서 슬라이딩한 후, 4MPa/10min 에 의한 스텝 업

오일종류-파라핀계 오일

오일온도-실온

상대재-SUJ2

표1 에 있어서, 비교예는 다음과 같이 성능이 떨어지고 있다. 구체적으로, 비교예 1은 Bi를 함유하고 있지 않기 때문에, 초기 및 정상 슬라이딩후의 내소착성이 불량하다. 비교예 2는 Bi 함유량이 많기 때문에, 역시 초기 및 정상 슬라이딩후의 내소착성이 불량하다. 비교예 3은 Sn 함유량이 낮기 때문에, 초기 내소착성은 양호하지만, 정상 슬라이딩후의 내소착성은 불량하다. 비교예 4는 Sn 함유량이 많기 때문에 초기 및 정상 슬라이딩후의 내소착성이 불량하다. 비교예 5의 경질 입자는 Al₂O₃이기 때문에 초기 내소착성은 양호하지만, 정상 슬라이딩후의 내소착성이 불량하다. 비교예 6은 경질 입자를 함유하고 있지 않기 때문에, 초기 내소착성은 양호하지만, 정상 슬라이딩후의 내소착성이 불량하다. 비교예 7은 경질 입자의 첨가량이 많기 때문에, 정상 슬라이딩후의 내소착성이 불량하다. 비교예 8은 경질 입자의 평균 입경이 크기 때문에, 초기 내소착성은 양호하지만, 정상 슬라이딩후의 내소착성이 불량하다. 비교예 9는 경질 입자의 평균 입경이 작기 때문에, 초기 내소착성은 양호하지만, 정상 슬라이딩후의 내소착성이 불량하다.

조직 관찰은 다음과 같이 행하였다. 전술한 소결재의 표면 중의 실제품에 적용 가능한 부위에 있어서, 10mm×10mm의 범위의 관찰을 행하였다. 이 표면적을 시야가 0.50㎟이며 배율이 100배인 광학 현미경으로 관찰하기 위해서는 600회의 측정이 필요하다. 우선, 예비 시험으로서 표1 의 No.1과 No.22에 대하여, 상기 600회의 현미경 관찰을 OLYMPUS사 제조의 PC 제어 현미경으로 행하였다. 각 회 모두 모든 경질 입자가 슬라이딩면에서 구리 매트릭스와 접합하고 있는 것이 확인되었다.

다음으로, 특허문헌 2의 표1에 있는 No.11과 No.12의 소결재에 대하여, 상기와 동일한 광학 현미경 관찰을 행한 바, 13회 관찰중의 1회에 있어, 경질 입자가 Bi상으로 완전히 둘러싸인 것이 관찰되었다.

전술한 예비 현미경 관찰로부터, 소결법에서는 편석(segregation)이 없고, 또한 전술한 현미경 시야로 보면 균질 재료인 것이 확인되었다. 따라서, 현미경으로 대표적 개소를 관찰하므로써, 재료 전체의 조직을 파악할 수 있다. 이들의 고찰로부터, 본 발명의 표1 의 No.1과 No.22 이외에 대해서는, 표면의 임의의 개소를 50회 현미경 관찰하였다.

현미경 관찰을 통해, 모든 경질 입자가 구리 매트릭스와 접합하고 있는 것이 확인되었다. 또한, 본 발명의 실시예는 양호한 초기 및 정상 슬라이딩후의 내소착성을 보였다.

본 발명 실시예의 No.5, 9, 21의 시험편을 연마하고, 이 연마한 면의 현미경 사진을 각각 도1, 2, 3 에 나타낸다. 이들 사진으로부터, 경질 입자는 구리 매트릭스와 접합하고 있는 것이 명확하다. 이들 현미경 사진을 특허문헌2 에 나타난 현미경 사진(10%Bi-2%Fe₃P-1%Fe₂P-잔부Cu)과 비교한다. Bi상은 부정형(indefinite shape) 고립 입자로서 관찰된다. 또한, 동일 면적당의 Bi상의 개수를 관찰한다. 그러나, 이들 소결재에 있어 Bi량 및 경질 입자의 양은 동일하지 않기 때문에, 이점을 비교시 고려하면, 본 발명에 따른 Bi상의 개수가 특허문헌 2보다도 적은 경향이 있다. 따라서, 이 조직 비교로 부터도, Fe-P계 화합물이 Bi상과 접촉하지 않고, 구리 매트릭스와 접촉할 확률이 높은 것이 뒷받침된다.

도4는 비교예 2의 결과를 나타낸다. 도4 로 부터 알 수 있는 바와 같이, 경질 입자는 Bi상으로 완전히 둘러싸여 있었다. 비교예 3은 Sn 함유량이 적어 재결정 온도가 낮기 때문에, 몇개의 경질 입자가 Bi상으로 완전히 둘러싸여 있었다.

(실시예 2)

표2 에 나타낸 바와 같이, 표1 의 실시예 1의 몇개의 조성에 P를 첨가하고, 표1 과 동일 방법에 의해 시험편을 작성한 후, 동일한 시험 과정을 행했다. P을 적정량 첨가한 실시예 2의 초기 소착 면압(surface pressure) 및 정상 슬라이딩후 소착 면압은, P을 첨가하지 않은 표1 의 실시예 1보다도 양호해졌음이 발견되었다. 이것은 P을 첨가함으로써 확산 및 구리 매트릭스와 경질 입자간의 확산 접합이 증진되고, 그에 따라 경질 입자의 유지가 좋아졌기 때문이다.

한편, 표2 의 비교예 2에 나타낸 바와 같이, P을 과잉으로 첨가하면, 초기 슬라이딩 및 정상 슬라이딩후의 소착 면압이 현저히 저하되어 버린다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 슬라이딩 재료는 슬라이딩에 의한 내소착성의 열화가 적어 안정된 성능이 발휘된다. 따라서, 본 발명의 재료는 오토매틱 트랜스미션(automatic transmission;AT)부시(bush), 피스톤핀 부시, 일반 기계용 부시로서 신뢰성이 있는 부품을 제공할 수 있다.

Claims

질량%로, 1∼15%의 Sn, 1∼15%의 Bi, 평균 입경이 5∼70㎛인 경질 입자를 1∼10% 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지며, Bi상(phase) 및 상기 경질 입자가 구리 매트릭스중에 분산되어 있는 소결 재료로 이루어지는 Pb 프리 동합금 슬라이딩 재료에 있어서, 상기 경질 입자 전부가 구리 매트릭스에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 Pb 프리 동합금 슬라이딩 재료.
질량%로, 1∼15%의 Sn, 1∼15%의 Bi, 0.02∼0.2%의 P, 평균 입경이 5∼70㎛인 경질 입자를 1∼10% 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지며, Bi상 및 상기 경질 입자가 구리 매트릭스 중에 분산되어 있는 소결 재료로 이루어지는 Pb 프리 동합금 슬라이딩 재료에 있어서, 상기 경질 입자 전부가 구리 매트릭스에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 Pb 프리 동합금 슬라이딩 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 경질 입자가 Fe-P계 화합물인 것을 특징으로 하는 Pb 프리 동합금 슬라이딩 재료.