KR20160145575A - 칩 파쇄 효과가 있는 금속이 첨가된 무연 CuNi2Si 미끄럼 베어링 재료 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경우에 따라 적어도 하나의 경질 재료와 경우에 따라 적어도 하나의 고체 윤활제와 함께 0.5-5 중량%의 니켈, 0.25-2.5 중량%의 규소, <0.1 중량%의 납, 야금 용융 공정으로 인한 불순물과 잔량의 구리로 이루어진 기지 재료를 갖고 적어도 하나의 텔루르 첨가제를 가진 미끄럼 베어링 재료에 관한 것이다. 본 발명은 또한 지지체층, 베어링 금속층과 상기 베어링 금속층에 도포되어 있는 미끄럼층을 구비하되 상기 베어링 금속층이 이러한 미끄럼 베어링 재료로 이루어진 미끄럼 베어링 복합 재료 및 이러한 미끄럼 베어링 복합 재료로 이루어진 미끄럼 부재 또는 미끄럼 베어링에 관한 것이다.

Description

칩 파쇄 효과가 있는 금속이 첨가된 무연 CuNi2Si 미끄럼 베어링 재료{LEAD-FREE CUNI2SI SLIDING BEARING MATERIAL WITH THE ADDITION OF A METAL HAVING A CHIP-BREAKING EFFECT}

본 발명은 0.5-5 중량%의 니켈, 0.25-2.5 중량%의 규소, < 0.1 중량%의 납과 나머지 구리로 이루어진 기지 재료를 가진 미끄럼 베어링 재료에 관한 것이다. 본 발명은 또한 지지체층, 베어링 금속층과 상기 베어링 금속층에 도포되어 있는 미끄럼층이 구비된 미끄럼 베어링 복합 재료 및 미끄럼 부재, 특히 부싱 또는 베어링 쉘 형태의 레이디얼 미끄럼 베어링에 관한 것이다.

구리, 니켈과 규소를 기재로 하는 무연 재료(이하, CuNiSi 합금이라 함)는 오랫동안 통상적으로 알려져 왔고 또한 미끄럼 베어링 재료, 특히 부싱 또는 베어링 쉘용 미끄럼 베어링 복합 재료로서 한동안 사용되어 왔다. 문헌 WO 2006/120016 A1은 위에서 언급한 조성을 가진 재료가 기재되어 있는 일례로서 참조되고 있다.

구리-니켈-규소 합금은 주조와 소결 2개의 기술로 가공하거나 압연 접착 기술을 이용하여 지지체층에 도포할 수 있다. 이들은 연성, 기본 강도와 기본 경도가 높은 것을 특징으로 한다. 이들 파라미터는 상기 재료들이 불충분한 환경 적합성으로 인해 대체할 필요가 있는 연청동(lead-bronze)의 경도, 강도와 소착(seizure) 거동의 수준에 도달하도록 열역학적 처리를 이용하여 광범위하게 각자의 요건에 맞게 조정될 수 있다. 실제로 상기 재료들은 이들의 높은 기본 강도와 경도를 포함한 많은 이유로 이들보다 절삭성이 상당히 나쁘다. 절삭성(가공성)(machinability)이 나쁘면 공구 수명이 더욱 짧아지므로 절삭 정밀도(가공 정밀도)와 표면 품질 면에서 급속한 저하가 나타난다.

독일 구리 협회는 특히 구리 재료의 절삭성을 체계적으로 조사하여 그 결과를 소위 정보 인쇄물에 발표하고 있다. 이하, 2010년 정보 인쇄물의 제18판(i.18)을 참조하기로 한다. 상기 정보 인쇄물에서는 구리 재료의 절삭성을 서로 다른 3개의 주요 군으로 분류하고 있다. 절삭성 면에서 유사한 재료들을 함께 하나의 군으로 한다. 일차적으로 구리 재료는 형성되는 칩 형상과 공구의 마모량을 토대로 분류한다.

제I 절삭성 군(Machining Group)에는 절삭성이 매우 양호한 구리 재료가 있고 균질 또는 불균질한 구조를 가진 납-구리, 텔루르-구리 또는 황-구리 합금이 포함되어 있다. 절삭(기계가공) 중에 짧고 불연속적인 칩이 형성된다. 공구에 대한 마모는 낮은 것으로 평가된다. 제II 절삭성 군에는 보통 내지 쉽게 절삭이 가능한 재료가 포함된다. 제1 절삭성 군의 재료와 비교시 이들 재료를 절삭하면 길이가 더 긴 칩, 일반적으로 중간 길이의 나선형 칩이 나타난다. 이들 종류의 재료를 절삭할 때 공구에 대한 마모는 "중간"인 것으로 평가된다. 제I 군과 제II 군에 비해 절삭하기가 가장 어려운 재료들은 제III 절삭성 군으로 분류한다. 이들 재료를 절삭시에는 길이가 긴 나선형의 실 또는 리본 칩이 형성된다. 공구에 대한 마모는 높다.

경험적으로 얻은 데이터인 이들 주요 군에 포함된 표준 재료의 절삭성(가공성)(machinability)을 더욱 구별하기 위해서 절삭성 지수(machinability index)가 또한 도입되어 있다. 제1 군의 재료에 대한 절삭성 지수는 100 내지 70이고, 제2 군의 재료에 대해서는 60 내지 40이고 제3 군의 재료에 대해서는 30 내지 20이다.

독일 구리 협회의 정보 인쇄물 i.18에 따르면 CuNiSi 합금은 재료 조성과 열처리에 따라 20 내지 40의 절삭성 지수를 갖는바, 이들이 제III 절삭성 군 또는 제II 절삭성 군에 해당함을 의미한다.

전자 부품용으로 1.5 내지 7.0 중량%의 Ni, 0.3 내지 2.3 중량%의 Si와 0.02 내지 1.0 중량%의 S를 가진 구리계 단련용 합금이 문헌 US 2013/0028784 A1에 기재되어 있다.

본 발명의 목적은 위에서 언급한 종류의 미끄럼 베어링 재료로서 이미 알려져 있는 CuNiSi 합금과 유사한 양호한 마찰 특성 및 기계적 특성을 갖지만 절삭성이 향상되고 더 긴 공구 수명으로 인해 절삭 정밀도와 표면 품질이 더 큰 미끄럼 베어링 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 이미 알려져 있는 재료들에 비해 특히 윤활이 부족할 때 소착에 훨씬 덜 취약한 재료를 제공하는 것이다.

상기 목적은 특허청구범위 제1항에 따른 미끄럼 베어링 재료에 의해 달성된다.

본 발명의 미끄럼 베어링 재료는 경우에 따라 적어도 하나의 경질 재료와 경우에 따라 적어도 하나의 고체 윤활제와 함께 0.5-5 중량%의 니켈, 0.25-2.5 중량%의 규소, <0.1 중량%의 납, 야금 용융 공정으로 인한 불순물과 잔량의 구리로 제조되는 기지 재료를 특징으로 하고 잔량의 구리와 함께 적어도 하나의 텔루르 첨가제를 갖는다.

칩 파쇄 원소로서 텔루르를 첨가함으로써 이들 매트릭스 합금의 칩 형상과 이에 따른 절삭성 또한 향상되었음을 확인하였다. Te를 첨가하면 재료의 파단 신율이 감소한다. 이들이 첨가되지 않은 CuNi2Si는 파단 신율이 대략 20%인 반면에 텔루르 첨가에 의해 2%까지 감소할 수 있다. 따라서 칩은 길이가 긴 리본 또는 연속적인 칩을 전혀 형성하지 않고 오히려 길이가 긴 칩에 비해 재료의 절삭을 방해하지 않는 미세한 침상형 조각들로 파쇄된다. 텔루르 첨가가 또한 미끄럼 베어링 재료의 소착 취약성을 크게 줄인다는 발견은 특히 놀라운 것이었다.

유리한 구현예에 따르면, 상기 첨가제는 미끄럼 베어링 재료 대비 0.01 내지 2.0 중량%의 비율로 기지 재료 내 완전히 분산된다. 상기 첨가제는 기지 재료 내 0.05 내지 1.0 중량%의 비율로 완전히 분산되는 것이 바람직하고 0.1 내지 0.3 중량%의 비율로 완전히 분산되는 것이 특히 바람직하다.

파단 신율 감소 효과는 파단 신율이 너무 낮으면 주조 후 CuNiSi 재료의 제한된 변형량만 허용되고 이러한 변형력은 베어링 제조시 필요하기 때문에 어느 정도까지만 바람직하다. 따라서 파단 신율은 결코 1%보다 낮아서는 안 된다. 만일 첨가제의 양이 2 중량%를 넘으면 상기 효과는 더 이상 보장되지 않고 강도, 변형력 등과 같은 기지 재료의 본질적인 특성에 영향을 줄 수 있다. 상기 양이 너무 낮으면, 즉 0.01 중량% 미만이면, 칩 파쇄 효과 자체가 충분히 발현되지 않는다. 칩 파쇄 효과는 특히 0.1 내지 0.3 중량%의 첨가제 양으로도 기지 재료의 특성을 현저히 악화시키는 것 없이 매우 뚜렷하게 잘 나타난다. 따라서 상기 양의 범위는 매우 좋은 절충 범위인 것으로 보인다.

첨가된 텔루르는 CuNiSi 기지 내에 용해되지 않으므로 별도의 상으로 있게 된다. 이 상은 예를 들면 절삭 중 무겁고 국소적인 기계적 하중에 의해 기지 구조에서 균열이 갈라지는 기지 재료의 결정립계에서 주로 발견되므로 궁극적으로는 연속적인 하중에 의한 칩 파쇄를 촉진한다. 기지 재료 내 측정 가능한 입자의 90%는 최대 치수가 30 ㎛인 것이 바람직하고 최대 치수가 15 ㎛인 것이 훨씬 더 바람직하다. "측정 가능한"이란 최소 크기가 500 nm인 모든 입자를 말한다. 상기 최소 크기는 단지 검출을 위한 명시적인 "한계"점으로서 파라미터를 명료하게 하기 위해 제공된다.

상기 첨가제가 이러한 크기의 입자를 형성하면 CuNiSi 기지 내 분산된 첨가제는 미끄럼 베어링 재료의 절삭성을 크게 증가시키지만 상기 기지 재료의 다른 기계적 특성과 마찰 특성에는 매우 적은 정도로 영향을 주거나 전혀 주지 않거나 나아가 소착에 취약한 경우에는 놀라울 정도로 확실한 영향을 주게 된다. 이는 입자의 분포가 미세할수록 기지 구조의 결정립계에서 광범위하게 분쇄를 일으켜 칩을 더욱 쉽게 파쇄한다는 사실에 기인한다. 이로 인해 강도가 크게 손실되는 것을 방지하기 위해서 칩을 파쇄하는 첨가제의 함량을 위에서 개략 설명한 범위 내에서 유지하여야 한다. 그러나 입자가 15 ㎛보다 크고 이에 따라 2 중량% 이하의 비율로 구조 전체를 통해 산재하여 국소적으로만 볼 수 있다면 재료 전체에서 충분한 칩 파쇄 효과는 없을 것이다.

상기 기지 내 적어도 하나의 첨가제를 분산시킨 결과, 미끄럼 베어링 재료는 100-70의 유리한 절삭성 지수를 갖는다. 상기 미끄럼 베어링 재료는 100-70의 절삭성 지수에 의해 제I 절삭성 군으로 분류된다. 상기 미끄럼 베어링 재료는 절삭 중에 불연속적인 칩을 형성하는데, 이들은 절삭 영역으로부터 효과적으로 제거될 수 있기 때문에 재료의 절삭에 영향을 주지 않는다. 이를 통해 표면 품질, 절삭 정밀도가 증가하고 공구에 대한 마모가 감소한다.

또 다른 유리한 구현예에 있어서, 800 MPa·m/s, 바람직하게는 850 MPa·m/s의 하중 및 미끄럼 속도의 한계치 미만에서는 미끄럼 베어링 재료에 대한 응착 마모가 일어나지 않는다.

최대 하중과 미끄럼 속도 측정은 예를 들면 도 2에서 후술하는 바와 같이 소착 시험으로 기록한다. 상기 800 MPa·m/s, 바람직하게는 850 MPa·m/s의 한계치 또는 최대치는 다른 공지의 CuNiSi 재료에 대한 것보다 놀라울 정도로 현저히 높다. 따라서 위에서 언급한 범위 내에서 텔루르의 첨가는 칩 파쇄 효과뿐 아니라 마모 감소 또는 윤활 효과를 갖는다. 본 발명의 베어링 재료의 경우에 소착에 의해 야기되는 재료 손상은 매우 높은 하중 및/또는 미끄럼 상대재의 상대 속도에 의해서만 발생하여 미끄럼 베어링 재료는 윤활이 부족해도 더 오랫동안 하중에 견딜 수 있다.

상기 미끄럼 베어링 재료는 바람직하게는 2.5 내지 5의 니켈 대 규소 중량비를 가져야 한다.

이러한 중량비는 양호한 마찰 특성을 담당하는 니켈-규소 화합물의 형성에 유리하다. 이에 의해 소착에 대한 상기 미끄럼 베어링의 취약성이 특히 개선되어 텔루르 첨가와 조합한 재료는 전통적인 연청동 재료의 특성을 초월할 수 있다.

상기 미끄럼 베어링 재료는 또한 바람직하게는 규화물, 산화물, 탄화물과 질화물, 특히 AlN, Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, ZrO₂, Mo₂C, MoSi₂, SiC, B₄C, Si₃N₄와 c-BN으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 경질 재료를 포함하여야 한다.

또한 상기 미끄럼 베어링 재료가 h-BN과 흑연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 고체 윤활제를 포함하는 것이 유리하다.

상술한 미끄럼 베어링 재료는 부싱 또는 베어링 쉘과 같은 미끄럼 베어링 부재에서 고체 재료로서 사용할 수 있다. 고체 재료란 충분한 수준의 강도를 가져 자체 지지하는 재료를 의미한다. 동시에 상기 재료는 베어링 금속의 역할을 담당한다.

본 발명은 또한 지지체층, 베어링 금속층과 상기 베어링 금속층에 도포되어 있는 미끄럼층을 구비한 미끄럼 베어링 복합 재료를 포함한다. 상기 베어링 금속층은 상술한 유형의 미끄럼 베어링 재료로 이루어진다.

특히 베어링 쉘로 변형되는 미끄럼 베어링 부재 형태의 미끄럼 베어링 복합 재료는 드릴링에 의한 최종 작업 단계에서 최종 치수에 맞게 보정된다. 베어링 쉘은 기본적으로 양산되어야 하므로 현재 이 절삭 단계를 최적화할 필요가 있다. 예를 들면 동일한 베어링 쉘 중 여러 개를 일렬로 위치시켜 하나의 작업 단계로 드릴링할 수 있다. 또한 높은 절단 및 공급 속도가 요구된다. 공구 수명은 공구 교체와 후속 설치 과정에서 최대한 적은 시간이 소요되도록 높아야 한다. 마지막으로 그렇지만 중요한 것은, 베어링 쉘 표면으로부터 냉각제와 윤활제의 잔류물을 번거롭게 제거하여야 하는 습식 절삭은 배제되어야 한다. 따라서 현재 이 용도에서는 절삭성이 가장 중요한 인자이다.

상기 미끄럼 베어링 복합 재료에서 지지체층은 바람직하게는 스틸층이다.

소위 스틸 지지체는 강성으로 인해 요구되는 압입 끼워맞춤(press-fit)이 가능하여 상기 베어링 재료의 구조 조성은 강도 조건에 관계없이 조정할 수 있다. 따라서 청구하고 있는 구리 합금의 미세구조는 이들의 강도와 경도뿐 아니라 소착 거동과 같은 이들의 마찰 특성이 전통적인 연청동 재료와 비슷하도록 구성될 수 있다. 전반적으로 상기 미끄럼 베어링 복합 재료에 대한 적용범위는 크게 확대된다. 상기 스틸 지지체에 의해 복합 재료는 또한 스틸 케이싱이 사용되는 상황에서 이들의 열팽창계수로 인한 장점을 제공한다.

후술하는 제조 공정의 목표는 최종 제품에 소착 거동 측면에서 유익한 것으로 판명된 텔루르 상을 소정의 크기로 존재하도록 하는 것이다. 또한 -이 경우에서와 같이- 주 목표가 강도 또는 전기 전도성을 향상시키는 것이 아니라 미끄럼 특성을 최적화하는 것일 때에는 최종 노화 열처리를 이용할 필요가 없다.

유리한 구현예에 따르면, 상기 베어링 금속층은 소결층이다.

상기 스틸 지지체에 소결층을 분말 형태로 도포한다. 상기 첨가제는 예비 합금화된 기지 재료에 미리 함유시키고 이와 함께 분쇄하거나 기지 재료의 소결 분말에 별도의 분말로서 첨가할 수 있다. CuNiSi 기질과 첨가제가 별도의 분말 형태로 있는 경우에는 이들 분말을 적절한 중량 분포로 혼합한 다음 지지체층 위에서 소결할 수 있다. 스틸 지지체에 도포되는 소결 재료를 10-30분에 걸쳐 800℃ 내지 1000℃의 소결 온도로 가열한다. 이때 소결 공정에서는 초기 어닐링 공정이 함께 이루어진다. 후속 압연 과정은 베어링 금속층의 공극률이 원하는 수준에 도달할 때까지 베어링 금속층을 치밀화한다. 동시에 어닐링과 함께 압연함으로써 베어링 금속의 원하는 재료 특성, 특히 항복 강도를 조정할 수 있다. 소결 공정에 대한 상세내용은 다음과 같다: 소결 분말을 스틸 지지체에 소정의 두께로 도포한 다음; 800℃ 내지 1000℃의 온도에서 제1 소결 공정을 실시한다. 비슷한 온도에서 제2 소결 공정을 실시하기 전에 10-30% 변형되었을 때 압연 공정을 이용하여 소결층을 치밀화하여 압축한다. 상기 이금속 스트립(bimetallic strip)을 원하는 강도와 두께 공차로 조정하는 최종 압연 단계를 실시하여 공정을 완료한다. 상기 2회의 소결 공정에서는 별도의 텔루르 입자가 30 ㎛, 바람직하게는 15 ㎛의 최대 치수를 초과하지 않도록 냉각 조건을 제어한다.

또 다른 구현예에 따르면, 상기 베어링 금속층과 지지체층 사이에는 필요한 경우 중간층을 통해 압연 클래딩 연결부를 구성한다.

먼저, 베어링 금속을 스트립 재료의 형태로 제조하고, 경우에 따라 중간층을 미리 클래딩한 다음, 베어링 금속을 (경우에 따라 중간층과 함께) 지지체층 상에서 연신한다. 그 결과 베어링 금속은 35-70%의 변형을 거치게 되므로 이후 베어링 금속의 기계적 특성을 원하는 수준으로 조정하기 위해서 후속 열역학적 처리를 실시할 필요가 있다. 후속 열역학적 처리는 550℃ 내지 700℃에서 2 내지 5시간 동안 복합체의 초기 어닐링, 변형도 20 내지 30%를 달성하기 위한 복합체의 적어도 1회의 초기 압연, 500℃-600℃에서 1시간 넘게 적어도 1회의 제2 어닐링, 필요한 경우 최대 30%의 변형도를 달성하기 위한 복합체의 제2 압연과 적어도 1시간 동안 >500℃의 온도에서 후속 제3 어닐링 단계를 포함한다. 이때에도 상기 어닐링 온도와 이 온도를 유지하는 시간은 텔루르 상이 위에서 언급한 크기 범위 내에서 형성되도록 선택된다. 강도와 전기전도성을 증가시키기 위해 통상적으로 이용되는 노화 열처리 과정은 없다. 상술한 제3 어닐링 단계는 냉연에 의해 진행되므로 이 어닐링 공정은 텔루르 상의 크기를 조정할 뿐 아니라 기지 재료의 재결정을 일으킨다.

중간층에 대해 구리 또는 구리 합금, 예를 들면 구리-아연 합금 또는 구리-주석 합금을 사용할 수 있다.

또 다른 선택적인 구현예에 있어서, 상기 베어링 금속층은 주조층이다. 상기 지지체층 상에서의 주조는 전형적으로 1000℃ 내지 1250℃의 온도에서 이루어진다. 이때에도 압연과 어닐링을 이용한 후속 열역학적 처리를 실시하여 원하는 재료 특성, 특히 텔루르 크기 분포를 달성하고 이에 따라 내소착성을 향상시킨다. 스틸 스트립 상에서 주조한 후, 복합 재료를 수 시간(>4시간) 동안 650℃보다 높은 온도에서 균질화 과정으로 처리한다. 이어서 수회 압연 통과로 복합체를 35 내지 70%로 변형시킨 후 텔루르 상의 크기를 조정할 뿐 아니라 기지 재료의 재결정을 일으키는 또 다른 최종 어닐링 공정을 실시한다. 이때에도 1시간이 넘는 시간 동안 500℃가 넘는 온도를 사용한다.

상기 미끄럼 베어링 재료와 미끄럼 베어링 복합 재료와 함께 본 발명은 또한 미끄럼 부재, 특히 상술한 유형의 미끄럼 베어링 재료로 이루어진 미끄럼 베어링을 포함한다.

상기 미끄럼 베어링 부재를 제조하기 위해서 상술한 바와 같이 제조한 고체 또는 미끄럼 베어링 복합 재료로부터 보드를 슬리팅한 다음 분리하고 상기 보드를 공지의 변형 공정을 이용하여 미끄럼 베어링 부재(예. 베어링 쉘 또는 부싱)로 변형시킨다. 이후, 베어링 보어의 치수 정확도를 완성하기 위해 절삭 공정을 실시하고 필요에 따라 미끄럼층을 도포한다.

본 발명에 따른 미끄럼 베어링 재료의 다른 특성과 특징들을 아래의 도면에서 설명하기로 한다. 도면에서:
도 1은 본 발명의 미끄럼 베어링 재료의 표면의 광학 현미경 사진이고,
도 2는 미끄럼 베어링에 대한 마모를 측정하기 위한 시험 프로그램을 보여주는 그래프도이고,
도 3은 본 발명과 다양한 다른 구리 합금들의 마모 측정치를 보여주는 그래프도이다.

도 1은 본 발명에 따른 미끄럼 베어링 재료의 단면의 광학 현미경 사진을 보여주고 있다. ㎛ 단위의 크기 범위를 볼 수 있도록 스케일은 500:1이다. 나타낸 시편은 2.14 중량%의 니켈, 0.73 중량%의 규소, 1.52 중량% 텔루르와 나머지 구리로 이루어진 조성을 갖되 상기 니켈, 규소와 구리 재료가 기지 재료를 형성하고 텔루르는 용해되지 않은 상으로 존재한다.

순수한 기지 재료는 옅은 영역(2)으로 나타나 있는 반면에 진한 색깔의 영역(4)은 국한된 입자 형태의 첨가된 텔루르를 나타낸다. 도 1에서 상기 기지 재료로부터 텔루르 상 또는 입자가 공간 분리되어 있음을 분명하게 볼 수 있다. 텔루르 상은 바람직하게는 측정 가능한 경우의 90%에서 최대 치수가 15 ㎛ 이하로 명확히 한정되어 있고 대부분 가늘고 긴 조각들로 형성되어 있다.

이러한 유형의 본 발명의 재료와 비교용 재료를 도 2에 나타낸 그래프도에 따라 마모 시험하였다. 측정을 실시한 시험대(test bench)는 실제 피스톤, 연결 로드, 크랭크 샤프트와 미끄럼 베어링이 구비된 연소기관과 유사하다. 시험 중 크랭크 샤프트의 회전속도는 분당 1900회 회전으로부터 분당 최대 8000회 회전으로 단계적으로 증가시킨다. 후자의 값은 크랭크 핀 표면과 미끄럼 베어링 표면 사이의 최대 상대속도 19.7 m/s에 해당한다. 이때 상기 미끄럼 베어링에는 2개의 베어링 쉘 형태의 2개의 파트로 구성되어 있는 연결 로드의 큰 구멍에서 정현파 하중을 가한다. 회전속도와 동시에 발생하는 원심력에 의해 하중이 단계적으로 증가한다. 도면에는 하중(단위 MPa)과 상대속도(단위 m/s)의 곱이 도면 좌측의 y-축에 그래프(20)로서 나타나 있다. 초기에는 베어링을 일정한 오일 유량 500 ml/분으로 오일 윤활시킨다. 250분 후, 그러나 최대 하중에 도달하기 전까지 오일 유량을 단계적으로 감소시키는 한편 하중 또는 회전속도는 단계적으로 더욱 증가시킨다. 도면에는 또한 오일 유량이 도면 우측의 y-축에 그래프(22)로서 나타내었다. 이들 조건에서 베어링을 마모시키는 최대 하중과 미끄럼 속도를 동일 조건에서 베어링 재료당 적어도 3회의 시험 각각에서 측정하여 도 3에 따른 그래프도에 평균값으로서 나타내었다.

도 3에는 서로 다른 4개의 CuNi2Si 미세구조 변형물의 소착 거동에 대한 지표로서 최대 하중과 미끄럼 속도의 측정치가 나타나 있다. 상기 기지 재료는 4개의 모든 변형예에서 다음과 같은 동일 조성을 갖고 있다: 2 중량%의 Ni, 0.6 중량%의 Si, 잔량의 Cu. 재료번호 12만이 0.5 중량%의 텔루르를 추가 함유하고 있기 때문에 본 발명의 미끄럼 베어링 재료이다.

재료 10은 스틸 상에 주조한 다음 상술한 바대로 열역학적 처리를 거친 재결정된 CuSi2Ni 재료이다. 열역학적 처리를 거친 후의 미세구조는 구리 기지 내 NiSi를 기재로 하는 미세하고 균질하게 등방 분포된 금속간 침전물("재결정된")을 특징으로 한다. 이 재료에서 평균 하중 한계치는 720 MPa m/s으로 측정되었다.

재료 12는 스틸 지지체 없이 열역학적 처리를 이용하여 재결정한 칩 파쇄제가 있는 CuNi2Si 고체 베어링 재료이다. 상기 재료는 다른 모든 시험 CuNi2Si 재료에 비해 830 MPa m/s의 값에서 소착 없이 가장 큰 내하중 용량을 갖고 있다.

재료 14는 초기에 밴드로서 연신한 다음 상술한 방식으로 스틸 지지체에 압연 클래딩 공정으로 접합시키고 열역학적 처리를 거친 압연 클래딩된 CuNi2Si 재료이다. 이 경우, 770 MPa m/s의 평균 하중 한계치를 기록하였다.

재료 16은 상술한 방식으로 스틸 지지체 상에 주조한 CuNi2Si 주조 재료이다. 이 재료는 어떠한 후속 열역학적 처리를 거치지 않으므로 재결정되지 않는다. 따라서 상기 재료는 불과 270 MPa m/s의 평균 하중 한계치가 얻어진다.

따라서 본 발명의 미끄럼 베어링 재료는 첨가제가 없는 공지의 미끄럼 베어링 재료에 비해 향상된 수준의 절삭성을 가질 뿐 아니라 소착에 대한 취약성이 놀랄만큼 현저하게 감소한다. 따라서 이들 재료는 고체 윤활제 없이도 윤활이 부족한 경우에 사용하기 특히 적합하다.

도면 번역

도 2에서

Time[min] → 시간[분]

ml/min → ml/분

Running in period → 조정 기간

Testing period → 시험 기간

Claims (13)

1. 경우에 따라 적어도 하나의 경질 재료와 경우에 따라 적어도 하나의 고체 윤활제와 함께 0.5-5 중량%의 니켈, 0.25-2.5 중량%의 규소, <0.1 중량%의 납, 야금 용융 공정으로 인한 불순물과 잔량의 구리로 이루어진 기지 재료를 가진 미끄럼 베어링 재료로서, 적어도 하나의 첨가제가 텔루르인 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 재료.
2. 제1항에 있어서, 상기 니켈 대 규소의 중량비가 2.5 내지 5인 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 재료.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 첨가제가 기지 재료 내 0.01 내지 2.0 중량%의 총량으로 분산되어 있는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 재료.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 첨가제가 기지 재료 내 입자 형태로 존재하되 측정 가능한 입자의 90%가 최대 치수 30 ㎛, 바람직하게는 15 ㎛를 갖는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 재료.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 800 MPa·m/s의 한계치 미만, 바람직하게는 850 MPa·m/s 미만에서 응착 마모가 일어나지 않는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 재료.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 규화물, 산화물, 탄화물과 질화물, 특히 AlN, Al₂O₃, SiO₂, TiO₂, ZrO₂, Mo₂C, MoSi₂, SiC, B₄C, Si₃N₄와 c-BN으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 경질 재료를 특징으로 하는 미끄럼 베어링 재료.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, h-BN과 흑연으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 고체 윤활제를 포함하는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 재료.
8. 지지체층, 베어링 금속층과 상기 베어링 금속층에 도포되어 있는 미끄럼층을 구비한 미끄럼 베어링 복합 재료로서, 상기 베어링 금속층이 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 미끄럼 베어링 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 복합 재료.
9. 제8항에 있어서, 상기 베어링 금속층이 소결층인 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 복합 재료.
10. 제8항에 있어서, 상기 베어링 금속층과 지지체층 사이에는 필요한 경우 중간층을 통해 압연 클래딩 연결부를 구성하는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 복합 재료.
11. 제8항에 있어서, 상기 베어링 금속층이 주조층인 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링 복합 재료.
12. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 미끄럼 베어링 재료를 구비한 미끄럼 부재 또는 미끄럼 베어링.
13. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 미끄럼 베어링 복합 재료로부터 제조되는 미끄럼 부재 또는 미끄럼 베어링.

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