KR20090129167A - 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경적이고, 내마모성, 내하중성 및 윤활 특성이 우수한 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이 그 기술적 과제이다. 이를 위해, 본 발명의 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링은, 탄소강으로 이루어지며 하중을 지지하는 판 형상의 지지 베이스와; 그리고 판 형상의 지지 베이스에 소결 접합되고, 소결에 의해 형성된 내부 기공에 오일이 함침되며, 그리고 슬라이딩을 요하는 상대 습동 부재와 면 접촉되는 철-구리계 합금의 습동층을 포함하고, 철-구리계 합금의 습동층은 전체 조성물의 중량비를 기준으로, 18중량% 내지 30중량%의 구리 또는 구리합금과; 0.3중량% 내지 1.0중량%의 흑연과; 그리고 기지부로 철을 포함하며, 그리고 열처리시 철은 마르텐사이트 조직을 갖는다. 특히, 마르텐사이트 조직을 가짐에 따라 습동층의 강도가 높아 내하중성과 내마모성이 우수하고 이물질에 대한 저항성이 높게 된다.

슬라이딩, 베어링, 오일리스, 소결

Description

슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링 및 이의 제조 방법{SLIDING TYPE OILLESS BEARING AND METHOD OF MANUFATURING THE SAME}

본 발명은 여러 산업 기계의 슬라이딩 부에 광범위하게 사용되는 슬라이딩 베어링에 관한 것으로서, 더 상세하게는 친환경적이고, 내마모성, 내하중성 및 윤활 특성이 우수한 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 슬라이딩 베어링은, 이동체와 고정체 사이에 구비되어 이동체 또는 고정체에 면 접촉된 상태에서 이동체가 고정체로부터 원활하게 이동 가능하도록 지지하는 장치이다. 특히, 이러한 슬라이딩 베어링은 구름 베어링에 비해 충격에 견디는 힘이 강하므로 비교적 하중이 많이 나가는 산업 기계의 슬라이딩 부에 광범위하게 사용된다.

한편, 이러한 슬라이딩 베어링은 다음과 같은 방법으로 제조된다.

먼저, 제1 종래 기술인 일본국 특개 소60-145345호에 나타난 슬라이딩 베어링의 제조 방법에 의하면, SAE1010 또는 SAE1020 등의 저탄소강으로 이루어진 스트랩을 준비하고, 이 준비된 스트랩 상에 라이닝 즉, Pb 9~35%, Sn10%이하, 나머지 Cu로 이루어진 구리계 합금을 소결하여, 슬라이딩 베어링을 제조한 것이다.

하지만, 첨가된 납은 연질 금속이고 우수한 윤활성을 가지나, 중금속이므로 환경에 해로운 문제가 있을 수 있다.

또한, 제2 종래 기술인 일본국 특개 평01-503150호에 나타난 슬라이딩 베어링의 제조 방법에 의하면, 상기 라이닝 위에 Pb-Sn계 혹은 Pb-Sn-Cu계의 오버 레이를 더 형성하여, 슬라이딩 베어링을 제조한 것이다.

하지만, Sn이 라이닝에 확산되는 경우 윤활유에 대한 내식성이 급격히 열화되는 문제가 있을 수 있으며, 또한 첨가된 납은 연질 금속이고 우수한 윤활성을 가지나, 중금속이므로 환경에 해로운 문제가 있을 수 있다.

또한, 제3 종래 기술인 대한민국 공고특허 제0257792호에 나타난 슬라이딩 베어링의 제조 방법에 의하면, 제1 및 제2 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 Pb가 함유되지 않고, 고가의 Ag 0.1~2%, Sn 1-10% 나머지가 Cu로 이루어진 구리합금을 슬라이딩 베어링 재료로 사용한 것이다. 따라서, Pb를 함유하지 않고도 우수한 내시이저성(seizure resistance)을 가질 수 있고, 또한, Sn를 함유하지 않으므로 열에 의한 약화 및 윤활유에 의한 부식을 상당히 줄일 수 있다.

또한, 제4 종래 기술인 대한민국 공고특허 제 0255143호에서도 Pb가 함유되지 않은 구리합금을 슬라이딩 재료로 사용하는 특징이 나타나 있다.

하지만, 제3 및 제4 종래 기술에 사용된 연질의 구리합금의 슬라이딩 재료는 오일에 의한 윤활이 강제적으로 이루어져야 하는 문제가 있을 수 있다. 또한, 모래, 돌과 같은 고경도의 이물질이 유입시 연질의 구리합금의 슬라이딩 재료에 마모 를 가속화시키는 문제가 있을 수 있다. 특히, 산업 기계가 프레스인 경우, 슬라이딩 부가 외부에 노출된 상태에 있기 때문에 이 슬라이딩 부로 외부 이물질이 유입되어 이에 장착되는 슬라이딩 베어링을 손상시키는 문제가 있을 수 있고, 또한 동작시 충격이나 하중이 국부적으로 작용할 경우 슬라이딩 재료에 소성 변형을 유발하여 슬라이딩 베어링의 내구성에 영향을 주는 문제가 있을 수 있다.

따라서, 변형에 강하고 경도가 높으면서 윤활 특성이 우수한 슬라이딩 재료의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 종래기술에 대한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 기술적 과제는, 친환경적이고, 내마모성, 내하중성 및 윤활 특성이 우수한 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링은, 탄소강으로 이루어지며 하중을 지지하는 판 형상의 지지 베이스와; 그리고 상기 판 형상의 지지 베이스에 소결 접합되고, 소결에 의해 형성된 내부 기공에 오일이 함침되며, 그리고 슬라이딩을 요하는 상대 습동 부재와 면 접촉되는 철-구리계 합금의 습동층을 포함하고, 그리고 상기 철-구리계 합금의 습동층은 전체 조성물의 중량비를 기준으로, 18중량% 내지 30중량%의 구리 또는 구리합금과; 0.3중량% 내지 1.0중량%의 흑연과; 그리고 기지부로 철을 포함한다.

또한, 상기 철-구리계 합금의 습동층은 0.1중량% 내지 3.0중량%의 기타 성분을 더 포함하고, 그리고 상기 기타 성분은 니켈(Ni) 또는 은(Ag) 중 선택되는 어느 한 가지 또는 두 가지 모두인 것이다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링의 제조 방법은 철-구리계 합금 분말을 혼합하는 단계와; 판형상의 지지 베이스를 준비하는 단계와; 상기 준비된 지지 베이스의 표면에서 이물질을 제거하는 단계와; 상기 혼합된 철-구리계 합금 분말을 상기 이물질이 제거된 상기 지지 베이스의 상 면에 적층하는 단계와; 상기 지지 베이스와 이에 적층된 상기 철-구리계 합금 분말이 하나의 판형 접합체가 되도록 서로 접합시킴과 동시에, 상기 철-구리계 합금 분말이 상기 지지 베이스 상에 습동층이 되도록 상기 철-구리계 합금 분말을 소결시키는 접합 소결 동시 수행 단계와; 상기 판형 접합체를 소성 가공하는 단계와; 상기 소성 가공된 판형 접합체를 열처리하는 단계와; 상기 열처리된 판형 접합체에 오일을 함침시키는 단계와; 그리고 상기 오일이 함유된 판형 접합체를 절삭가공하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 철-구리계 합금 분말에는 구리(Cu) 또는 구리합금 중 선택되는 어느 하나가 전체 조성물의 중량비를 기준으로 18~30중량%로 포함되고, 흑연이 전체 조성물의 중량비 기준으로 0.3중량% 내지 1.0중량%로 포함되며, 그리고 기지부로 철이 포함될 수 있다. 나아가, 만약 상기 구리합금이 선택될 경우, 상기 구리합금은 청동합금(Cu-Sn) 또는 황동합금(Cu-Zn) 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.

또한, 상기 철-구리계 합금 분말에는, 니켈(Ni) 또는 은(Ag) 중 선택되는 어느 한 가지 또는 두 가지 모두가 첨가되고, 그리고 그 첨가량은 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.1중량% 내지 3.0중량%일 수 있다.

또한, 상기 이물질을 제거하는 단계는, 세척 공정 또는 도금 공정 중 선택되는 어느 한 가지 또는 두 가지 모두를 포함하고, 그리고 상기 세척 공정은 수세 과정, 산세 과정, 탈지 과정 중 선택되는 어느 하나 또는 그 이상의 과정을 통해 진행되고; 그리고 상기 도금 공정은 접합에 용이한 동 도금, 니켈 도금 중 선택되는 어느 하나의 도금을 통해 진행될 수 있다.

또한, 상기 접합 소결 동시 수행 단계에서, 접합 소결 온도는 950℃ 내지 1200℃이고; 접합 소결 시간은 10분 내지 50분이고; 그리고 접합 소결 분위기는 환원성 분위기 또는 진공 분위기일 수 있다.

또한, 상기 소성 가공하는 단계는 프레싱 공정, 압연 공정, 인발 공정 중 선택되는 어느 하나 또는 그 이상의 공정으로 진행될 수 있다.

또한, 상기 열처리하는 단계는 고주파 또는 담금질 또는 침탄 또는 질화 중 선택되는 어느 하나로 진행될 수 있다.

또한, 상기 오일을 함침시키는 단계에서, 오일 함침 온도는 60℃ 내지 100℃이고, 그리고 오일 함침 분위기는 진공 분위기 또는 대기 분위기일 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 습동층에 중금속인 납을 포함하고 있지 않으므로 환경 친화적이고, 습동층에 포함된 기지부인 철이 열처리시 흑연과 함께 경화되므로 내마모성 및 내하중성을 향상시킬 수 있고, 그리고 내부 기공 형성 및 이에 오일이 함침되므로 잦은 오일 주입을 요하지 않음에 따라 기계의 가동율을 향상시킬 수 있다.

또한, 내마모성 및 내하중성이 향상되므로, 외부 이물질의 유입으로 쉽게 손상되지 않으며, 200kg/cm² 이상의 고면압이 작용하는 산업 기계인 대형 프레스의 슬 라이딩 부에 문제없이 사용될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링을 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링을 상세히 나타낸 도 1의 "A"부 확대도이며, 그리고 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링의 습동층을 상세히 나타낸 확대도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 판 형상의 지지 베이스(100)와, 그리고 철-구리계 합금의 습동층(200)을 포함한다.

판 형상의 지지 베이스(100)는 탄소강으로 이루어지며 습동층(200)에 가해지는 하중을 지지한다. 습동층(200)에 가해지는 하중으로는 본 발명의 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링이 장착되는 산업 기계 자체의 하중이거나, 산업 기계가 동작될 때 발생되는 충격 하중일 수 있다. 궁극적으로, 지지 베이스(100)는 습동층(200)의 강도 및 충격 특성을 향상시킨다.

철-구리계 합금의 습동층(200)은 판 형상의 지지 베이스(100)에 소결 접합되 고, 소결에 의해 형성된 내부 기공(201)에 오일이 함침되며, 그리고 슬라이딩을 요하는 상대 습동 부재(미도시)와 면 접촉된다. 특히, 소결에 의해 습동층(200)에 형성되는 내부 기공(201)에 오일을 함침할 경우 오일리스(oilless) 소결 베어링을 구현할 수 있게 되므로, 잦은 오일 주입에 따른 산업 기계의 가동율 저하를 미연에 막을 수 있다. 또한, 기지부인 철(Fe)은 열처리시 흑연과 함께 경화되어 마르텐사이트(martensite) 조직으로 변화되므로, 습동층(200)의 내마모성이 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 별도의 납(Pb)이 사용되지 않아도 소결 및 오일 함침을 통해 윤활 특성을 향상시킬 수 있으므로 친환경적일 수 있다. 이하, 철-구리계 합금의 습동층(200)의 성분을 구체적으로 설명한다.

철-구리계 합금의 습동층(200)은, 전체 조성물의 중량비를 기준으로, 18중량% 내지 30중량%의 구리(Cu) 또는 구리합금과, 0.3중량% 내지 1.0중량%의 흑연(Gr)과, 그리고 기지부로 철(Fe)을 포함한다. 이와 더불어, 철-구리계 합금의 습동층(200)은 0.1중량% 내지 3.0중량%의 기타 성분을 더 포함할 수 있고, 그리고 이러한 기타 성분은 니켈(Ni) 또는 은(Ag) 중 선택되는 어느 한 가지 또는 두 가지 모두일 수 있다.

보다 구체적으로, 철-구리계 합금의 습동층(200)은 철 메트릭스(기지부로서 습동층의 강도를 확보하는 역할을 수행)에 인성과 소결능이 좋은 구리 또는 구리합금을 첨가하여 제조되는데, 주로 구리인 순수 동(Cu) 만을 첨가하거나, 구리합금인 청동 합금(Cu-Sn) 또는 황동 합금(Cu-Zn)을 첨가하여, 상대 습동 부재(미도시)와의 마찰 특성을 향상시키거나, 다기공 습동층(200)의 소결능을 좋게 하여 강도를 향상 시키게 된다. 일예로, 구리와 주석이 결합된 청동합금(Cu-Sn)은 소결 온도가 낮기 때문에 온도가 낮은 조건에서 소결(즉, 철-구리게 합금 분말 소결) 및 접합(즉, 지지 베이스와 철-구리계 합금 접합)을 요할 경우 첨가되는 것이 바람직하고, 다른 예로, 습동층(200)이 고강도를 필요로 할 경우에는 황동합금(Cu-Zn)을 첨가하는 것이 바람직하다. 또 다른 예로, 고온의 열처리를 수행하는 경우에는 철 메드릭스에 순수 동(Cu)을 첨가하여 열처리 온도(대략 910℃ 내지 940℃)에서 용융이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 습동층(200)의 철 메트릭스에 흑연(Gr)이 첨가될 경우, 소결시 철 메트릭스에 확산되면서 철 메트릭스의 경화에 기여하고, 확산되지 않고 남은 흑연은 습동층(200)에 함침된 오일과 별도로 습동층(200)에 추가적인 윤활 작용을 제공하는 고체 윤활재로서의 역할을 수행한다.

또한, 판 형상의 지지 베이스(100)와 접합 강도를 향상시키기 위하여, 상술한 기타 성분으로 접합 특성이 우수한 니켈(Ni) 또는 은(Ag)을 선택하여 습동층(200)의 철 메트릭스에 첨가할 수 있다.

이하, 습동층(200)을 이루는 주요 성분의 조성비를 살펴보기로 한다.

표 1은 습동층(200)을 이루는 주요 성분의 조성비를 조절하면서 실험한 결과를 나타낸 테이블(단위: 무게비, wt%)이다.

화학성분	Fe	Cu	Sn	Zn	Ni	Ag	C(흑연)
실험예1	71.5	23.0	4.0	-	0.5	0.5	0.5
실험예2	71.0	20.0	5.0	-	2.5	0.5	1.0
실험예3	76.5	15.0	5.0	-	0.5	2.5	0.5
실험예4	72.5	18.0	-	8.0	0.5	0.5	0.5
실험예5	70.0	20.0	-	6.0	2.5	0.5	1.0
실험예6	71.7	22.0	-	3.0	0.5	2.5	0.3
실험예7	79.0	20.0	-	-	-	-	1.0
실험예8	71.0	28.0	-	-	-	-	1.0
실험예9	69.0	30.0	-	-	-	-	1.0

표 1의 실험 결과에 의하면, 구리(Cu) 또는 구리합금(Cu-Sn 또는 Cu-Zn) 중 선택되는 어느 하나는 전체 조성물을 기준으로 18중량% 내지 30중량%로 조성되는 것이 가장 바람직한 것으로 나타났다. 즉, 구리(Cu) 또는 구리합금은 철(Fe) 보다 녹는점이 낮고, 윤활성이 우수하며, 확산계수가 커 확산이 용이한 바, 그 첨가량이 18중량% 보다 적으면, 습동층(200)의 접합성이나, 윤활성, 내충격성을 저하시키고, 그 첨가량이 30중량% 보다 많으면, 습동층(200)의 접합성이나 윤활성에는 효과적이나 습동층(200)의 강도나 내구성을 저하시킨다. 따라서 실험 결과에 의하면, 습동층(200)의 강도 및 내구성을 최적의 상태로 유지시킬 수 있으면서 습동층(200)과 지지 베이스(100)와의 접합성이 좋아질 수 있게 하는 구리(Cu)(또는 구리합금)의 첨가량은 18중량% 내지 30중량%로 나타났다.

또한, 표 1의 실험 결과에 의하면, 흑연(Gr)은 전체 조성물을 기준으로 0.3중량% 내지 1.0중량%로 조성되는 것이 가장 바람직한 것으로 나타났다. 즉, 흑연(Gr)은 고온 접합시 일부는 철(Fe) 분말로 확산되어 철 분말을 경화시키고, 일부는 잔존하여 고체 윤활제 역할을 하는 바, 그 첨가량이 0.3중량% 보다 적으면, 철(Fe) 분말의 경화에 기여하지 못하고, 그 첨가량이 1.0중량% 보다 많으면, 습동층(200)의 강도를 저하시킨다. 이에 따라, 철(Fe) 분말을 경화시킬 수 있으면서 습동층(200)의 강도를 좋게 하는 최적정량의 흑연(Gr)을 첨가해야 된다. 따라서 실험 결과에 의하면, 철(Fe) 분말을 경화시킬 수 있으면서 습동층(200)의 강도를 좋게 하는 흑연(Gr)의 첨가량은 0.3중량% 내지 1.0중량%로 나타났다.

또한, 표 1의 실험 결과에 의하면, 니켈(Ni) 또는 은(Ag) 등의 기타 성분은 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.1중량% 내지 3중량%로 습동층(200)에 더 첨가되면 습동층(200)과 지지 베이스(100)와의 접합 강도가 향상되는 것으로 나타났다. 구체적으로, 기타 성분의 첨가량이 3중량% 보다 많으면, 습동층(철-구리계 합금 분말이 소결되어 형성된 층) 내의 액상의 출현량이 높아서 변형량이 커서 가공량이 증가하게 되는 문제를 갖는 것으로 나타났고, 기타 성분의 첨가량이 0.1중량% 보다 작으면 습동층 내에 액상 출현량이 너무 적어서 습동층과 지지 베이스(탄소강을 이루어짐)의 접합 강도의 향상이 미비하며 또한 습동층의 강도 향상에 기여하지 못하는 것으로 나타났다.

이하, 도 4를 참조하여, 이렇게 이루어진 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링 제조 방법을 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링의 제조 방벙을 나타낸 플로우 차트이다.

먼저, 습동층(200)의 원료가 되는 철-구리계 합금 분말을 준비하고, 준비된 분말을 혼합한다(S100). 여기서, 혼합된 분말은 주 성분으로 철(Fe), 순수 구리 또는 구리합금(Cu-Sn 또는 Cu-Zn) 및 흑연(Gr)을 포함하고, 그리고 기타 성분으로 니켈(Ni), 은(Ag) 등을 포함할 수 있다.

구체적으로, 철(Fe)은 습동층(200)의 강도를 확보하는 역할을 하고, 구리(Cu) 또는 구리합금은 습동층(200)의 강도 및 접합 특성을 강화시키는 역할을 하며, 그리고 흑연(Gr)은 철 성분을 경화시키거나 또는 고체 윤활제 역할을 한다. 특히, 니켈(Ni) 또는 은(Ag)은 습동층(200)의 소결능과 접합 특성을 향상시키는 역할을 한다. 여기서, 니켈(Ni) 또는 은(Ag)은 선택적으로 어느 한 가지 또는 두 가지 모두가 습동층(200)에 첨가될 수 있다.

이렇게 혼합이 완료되면, 혼합된 분말을 접합시키기 위한 판 형상의 지지 베이스(100)를 준비한다(S200). 지지 베이스(100)로는 냉간 압연되거나 열간 압연된 저탄소강의 철판 모두가 사용될 수 있다

준비된 지지 베이스(100)에 철-구리계 합금 분말을 적층하기 전에, 지지 베이스(100)의 표면으로부터 이물질(오일, 먼지 등)을 제거한다(S300). 예를 들어, 이물질을 제거하는 방법으로는 산세처리하거나 세척하거나 동, 니켈 등과 같은 접합이 이로운 금속으로 도금을 한다. 이렇게 이물질이 제거되면 지지 베이스(100) 위에 습동층(200)이 더욱 견고하게 접합될 수 있다.

이물질이 제거된 지지 베이스(100) 위에 철-구리계 합금 분말을 설정 높이로 적층한다 (S400).

이렇게 적층된 철-구리계 합금 분말과 지지 베이스(100)가 하나의 접합체가 되도록 환원성 분위기 또는 진공 분위기에서 접합한다(S500). 특히, 접합시 환원성 분위기 또는 진공 분위기를 유지하는 것은 지지 베이스(100)의 표면이나 합금 분말의 표면에 형성될 수 있는 산화층을 환원시켜 접합 및 소결이 잘 되도록 활성화시키기 위함이다. 또한, 접합과 동시에, 철-구리계 합금 분말은 지지 베이스(100) 상에 소결되어 습동층(200)이 된다. 진공 분위기 또는 환원성 분위기에서의 상술한 접합 및 소결이 이루어지기 위한 접합 소결 온도는 접합재 역할을 하는 구리(또는 구리합금) 분말의 액상 출현 온도인 950℃ 내지 1200℃이고, 상술한 접합 및 소결이 이루어지는데 걸리는 접합 소결 시간은 지지 베이스(100)의 두께에 따라 다르지만 대략 10분 내지 50분 정도 소요된다.

습동층(200)은 분성 상태로 소결이 진행되어 밀도가 이론 밀도의 50% 이하가 된다. 따라서, 가압하여 습동층(200)의 밀도를 밀도화(이론 밀도의 65% 내지 85%로 밀도화)하여 습동층(200)의 강도를 향상시키는 소성 가공을 수행한다(S600). 또한, 습동층(200)은 오일이 함유될 수 있는 내부 기공(201)이 존재해야 하므로 이론 밀도의 65~85%까지 밀도화하여 강도의 향상과 함께 오일을 함유할 수 있는 공간 즉 내부 기공(201)을 동시에 확보해야 한다. 또한, 소성 가공으로는 압연, 압출, 인발, 프레싱 등의 방법이 사용될 수 있다.

소성이 가공이 완료되면, 지지 베이스(100)과 습동층(200)을 동시에 경화하여 강도 및 내마모성을 향상시키기 위하여 열처리를 한다(S700). 열처리 방법에는 고주파, 침탄, 담금질, 질화 열처리 등이 있으며, 용도 및 기능에 따라 최적의 열처리 방법을 선택하여 열처리를 실시한다. 특히, 열처리 후 습동층(200) 내의 철 입자가 경화되어 마르텐사이트(Martensite) 조직(도 2 참조)이 나타나며, 이는 강도 및 내마모성을 향상시키는 역할을 수행한다.

열처리가 완료된 지지 베이스(100) 및 습동층(200)은 서로 열팽창계수가 다르고 열처리 후 조직 변태로 인해 변형이 발생될 수 있으므로, 도 4의 플로우 차트에는 기재되어 있지 않지만, 추가적으로 평탄도를 향상시키기 위해 레벨링(leveling) 작업을 수행할 수 있다. 여기서, 레벨링 작업으로는 압연 또는 프레싱 등이 방법이 사용될 수 있다.

열처리 및 레벨링 작업이 완료되면, 습동층(200)의 내부 기공(201)에 오일을 함침시킨다(S800). 일예로, 본 발명의 오일리스 소결 베어링이 고면압 저속에서 사용될 경우, 습동층(200)의 내부 기공(201)에 함유되는 오일은 그 점도가 220cst 이상인 기어 오일 상당한 오일이 채용되는 것이 바람직할 것이다. 나아가, 진공 분위기 또는 대기 분위기에서 오일을 함침시키게 되고, 이 때 요구되는 오일 함침 온도는 오일이 원활하게 유동할 수 있도록 60℃ 내지 100℃로 설정됨이 바람직할 것이다. 특히, 진공 분위기에서 오일을 함침시키게 되면 그 진공력에 의해 오일이 내부 기공(201)으로 원활하게 함침될 수 있다.

이 후, 지지 베이스(100)와 습동층(200)으로 이루어진 접합체를 해당 산업 기계의 슬라이딩 부(미도시)에 취부하기 위해, 해당 슬라이딩 부의 형상에 맞도록 절삭가공을 실시한다(S900). 이러한 절삭가공으로는 용도에 따라 밀링, 선반, 연마 방법이 사용될 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링 및 이의 제조 방법 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 습동층에 중금속인 납을 포함하고 있지 않으므로 환경 친화적이고, 습동층에 포함된 기지부인 철이 열처리시 흑연과 함께 경화되므로 내마모성 및 내하중성을 향상시킬 수 있고, 그리고 내부 기공 형성 및 이에 오일이 함침되므로 잦은 오일 주입을 요하지 않음에 따라 기계의 가동율을 향상시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링을 나타낸 구성도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링을 상세히 나타낸 도 1의 "A"부 확대도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링의 습동층을 상세히 나타낸 확대도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링의 제조 방벙을 나타낸 플로우 차트이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100: 지지 베이스 200: 습동층

201: 내부 기공

Claims (10)

1. 탄소강으로 이루어지며 하중을 지지하는 판 형상의 지지 베이스와; 그리고

   상기 판 형상의 지지 베이스에 소결 접합되고, 소결에 의해 형성된 내부 기공에 오일이 함침되며, 그리고 슬라이딩을 요하는 상대 습동 부재와 면 접촉되는 철-구리계 합금의 습동층을 포함하고,

   상기 철-구리계 합금의 습동층은 전체 조성물의 중량비를 기준으로, 18중량% 내지 30중량%의 구리 또는 구리합금과; 0.3중량% 내지 1.0중량%의 흑연과; 그리고 기지부로 철을 포함하며, 그리고

   열처리시 상기 철은 마르텐사이트 조직을 갖는 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링.
2. 제1항에서,

   상기 철-구리계 합금의 습동층은

   0.1중량% 내지 3.0중량%의 기타 성분을 더 포함하고, 그리고

   상기 기타 성분은 니켈(Ni) 또는 은(Ag) 중 선택되는 어느 한 가지 또는 두 가지 모두인 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링.
3. 철-구리계 합금 분말을 혼합하는 단계와;

   판형상의 지지 베이스를 준비하는 단계와;

   상기 준비된 지지 베이스의 표면에서 이물질을 제거하는 단계와;

   상기 혼합된 철-구리계 합금 분말을 상기 이물질이 제거된 상기 지지 베이스의 상면에 적층하는 단계와;

   상기 지지 베이스와 이에 적층된 상기 철-구리계 합금 분말이 하나의 판형 접합체가 되도록 서로 접합시킴과 동시에, 상기 철-구리계 합금 분말이 상기 지지 베이스 상에 습동층이 되도록 상기 철-구리계 합금 분말을 소결시키는 접합 소결 동시 수행 단계와;

   상기 판형 접합체를 소성 가공하는 단계와;

   상기 소성 가공된 판형 접합체를 열처리하는 단계와;

   상기 열처리된 판형 접합체에 오일을 함침시키는 단계와; 그리고

   상기 오일이 함침된 판형 접합체를 절삭가공하는 단계를 포함하는 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링의 제조 방법.
4. 제3항에서,

   상기 철-구리계 합금 분말에는

   구리(Cu) 또는 구리합금 중 선택되는 어느 하나가 전체 조성물의 중량비를 기준으로 18중량% 내지 30중량% 로 포함되고, 흑연이 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.3중량% 내지1.0중량%로 포함되며, 그리고 기지부로 철이 포함되고, 그리고

   상기 구리합금이 선택될 경우, 상기 구리합금은 청동합금(Cu-Sn) 또는 황동합금(Cu-Zn) 중 선택되는 어느 하나인 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링의 제 조 방법.
5. 제3항에서,

   상기 철-구리계 합금 분말에는, 니켈(Ni) 또는 은(Ag) 중 선택되는 어느 하나 또는 두 가지 모두가 첨가되고, 그리고

   그 첨가량은 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.1중량% 내지 3.0중량%인 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링의 제조 방법.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,

   상기 이물질을 제거하는 단계는,

   세척 공정 또는 도금 공정 중 선택되는 어느 한 가지 또는 두 가지 모두의 공정을 포함하고, 그리고

   상기 세척 공정은 수세 과정, 산세 과정, 탈지 과정 중 선택되는 어느 하나 또는 그 이상의 과정을 통해 진행되고; 그리고

   상기 도금 공정은 접합에 용이한 동 도금 또는 니켈 도금 중 선택되는 어느 하나의 도금을 통해 진행되는 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링의 제조 방법.
7. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,

   상기 접합 소결 동시 수행 단계에서,

   접합 소결 온도는 950℃ 내지 1200℃이고;

   접합 소결 시간은 10분 내지 50분이고; 그리고

   접합 소결 분위기는 환원성 분위기 또는 진공 분위기인 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링의 제조 방법.
8. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,

   상기 소성 가공하는 단계는

   프레싱 공정, 압연 공정, 인발 공정 중 하나 또는 그 이상의 공정으로 진행되는 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링의 제조 방법.
9. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,

   상기 열처리하는 단계는

   고주파 또는 담금질 또는 침탄 또는 질화 중 어느 하나로 진행되는 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링의 제조 방법.
10. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,

    상기 오일을 함침시키는 단계에서,

    오일 함침 온도는 60℃ 내지 100℃이고, 그리고

    오일 함침 분위기는 진공 분위기 또는 대기 분위기인 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링의 제조 방법.

Images