KR20180084140A - 무연 슬라이딩 베어링 소재의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 구리(Cu)를 기반으로 하고 철(Fe)과 인(P)을 포함하는 소재가 세분화(atomize)되어 분말을 형성하고 있는 무연(lead-free) 슬라이딩 베어링(sliding bearing) 소재의 제조방법에 관한 것이다.

Description

무연 슬라이딩 베어링 소재의 제조방법{Process for Producing a Lead-Free Sliding Bearing Material}
본 발명은 무연 슬라이딩 베어링 소재(lead-free sliding bearing material)의 제조방법에 관한 것이다.
슬라이딩 베어링들에 대한 매우 다양한 요구들이 있다. 이들은, 예를 들어, 내식성(corrosion resistence), 슬라이딩 특성(sliding property) 및 피삭성(machinability)에 관한 것이다.
DE 10 2007 049383 A1은 강철 기재(steel substrate)와 롤 접합 수단에 의해 부가되는 경화성(hardenable) 구리 합금의 코팅으로 이루어진 복합 재료(composite material)와 이것의 제조방법에 관한 것이다.
DE 10 2005 014 302 A1는 구리-다성분 합금(copper-multicomponent alloy)으로 만들어진 슬라이딩 베어링의 제조방법에 관한 것이며, 여기서는, 슬라이딩면의 적어도 하나의 상 성분(phase constituent)이 산에 의해 용해되어 나온다.
EP 0 962 541 A1은 구리 기반한 소결 슬라이딩 베어링 소재에 관한 것이고, 상기 베어링 소재는 두 개의 다른 경도(degree of hardness)를 가진 입자들을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 슬라이딩 베어링 소재의 생산을 위한 과정을 제공하는 것인 바, 이로 인해, 향상된 특성들, 특히 내식성 및/또는 슬라이딩 특성을 가진 슬라이딩 베이링이 효율적인 방식으로 만들어질 수 있다.
본 발명은, 구리(Cu)를 기반으로 하고 철(Fe)과 인(P)을 포함하는 소재가 세분화(atomize)되어 분말을 형성하고 있는 무연(lead-free) 슬라이딩 베어링(sliding bearing) 소재의 제조방법을 특징으로 한다.
본 발명은 향상된 내식성, 슬라이딩 특성, 피삭성을 가진 무연 슬라이딩 베어링 소재를 제공할 수 있다.
앞서 설명한 목적은 제1항에 서술되어 있는 과정에 의해서 해결된다.
따라서, 납이 포함되어 있지 않고, 철과 인을 포함하고 있는 구리계 소재가 세분화되어 분말을 형성한다. 철과 인은 바람직하게는 Fe2P 및/또는 Fe3P 타입(type)의 경질 입자들(hard particles)을 형성하고, 이들은 본 발명에 따라 제조된 슬라이딩 베어링 소재 내에서 내마모성(wear resistance) 및 칩 브레이커들(chip breakers)에 있어서 그것의 장점을 발휘한다. 이점에 있어서, 특히 비교적 낮은 농도로 상기 추가 구성요소들의 첨가에 의해 현저하게 손상되지 않는, 높은 열전도도(thermal conductivity)의 구리 매트릭스(matrix)가 사용될 수 있다.
기존 소결 플랜트들(sintering plants)내에서, 1000℃까지의 소결 온도에서 신규 소재가 처리될 수 있음이 확인되었다.
바람직한 실시예들은 추가 청구항들에 서술되어 있다.
세분화(atomization) 이후, 바람직하게는 알루미늄, 마그네슘, 실리콘, 티타늄, 지르코늄, 크롬, 망간, 아연, 니켈 및 몰리브덴 중의 적어도 하나의 원소들(elements)을 분말 형태로 CuFeP 분말과 혼합한다. 상기 원소들은 바람직하게는 부식 억제제(corrosion inhibitors)로서 작용하므로, 특히 매트릭스 내에서 상기 원소들의 가능한 한 균질한 분포가 보장될 때, 구리 매트릭스의 부식 민감성(corrosion sensitivity)를 감소시킨다.
철과 인의 농도들에 있어서, 2.1%와 2.6% 또는 0.015%와 0.15% (중량%) 사이의 값들이 유리한 것으로 판명되었다.
또한, 소망하는 부식 방지는 0.1% 내지 3%, 특히 적어도 0.1% 및/또는 최대 1%의 상기 원소들의 농도에서 이미 발생함이 초기 시험에서 확인되었다. 이와 관련하여, 현재, 알루미늄 및/또는 마그네슘이 바람직하다.
본 발명에 따른 슬라이딩 베어링 소재의 슬라이딩 특성과 피삭성은, 소결 과정을 위한 분말을 제조할 때, 경질 입자들, 예를 들어, 산화물들, 탄화물들, 질화물들, 및 인화물, 및/또는 고체 윤활제, 예를 들어, h-BN과 탄소, 특히 흑연을 첨가함으로써 바람직한 방식으로 향상될 수 있다. 더욱이, 소결 이전의 과정에서, 적어도 하나의 텔루륨, 비스무스, 납 및 황의 칩-브레이킹(chip-breaking) 원소들이 소위 칩 브레이커로서 첨가될 수 있다. 특히, 고체 윤활제, 경질 입자들, 칩 브레이커들 등은 제조된 소재를 애플리케이션-지향 방식(application-oriented manner)으로 최적화하기 위해서 도입될 수 있다. 바람직한 경질 입자들은, 예를 들어, Al2O3, c-BN, MoSi2, ZrO2, SiO2 및 상기 부식 방지 금속(corrosion preventing metal)의 모든 탄화물들이다.
상기 소재들의 혼합을 위해, 추가적으로 밀링 과정을 초래하는 볼 밀이 현재 바람직하다.
바람직하고 목표로 하는 미세 비율(fine proportion)의 증가, 즉, 적어도 5%로 5 마이크로미터 미만의 Fe2P 및/또는 Fe3P 타입의 경질 입자들에 의해, 바람직한 방식으로 소결 온도를 낮출 수 있다. 이는 또한, 기술적으로 필요한 미세 분말의 고비율이 유동 특성에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 본 발명의 범주 내에서 사용될 수 있다는 장점을 제공한다.
본 발명에 따른 상기 소재의 추가적인 처리는, 바람직하게는 소결, 주조 또는 롤 접합에 의해 수행된다. 주조에 의해, 분말이 반드시 최초로 생산되어야 할 필요가 없다는 것은 바람직하다. 소결에 의해, 이후의 롤링 및/또는 열 처리 단계들이 생략되고 이는 바람직하다.

Claims (10)

  1. 구리(Cu)를 기반으로 하고 철(Fe)과 인(P)을 포함하는 소재가 세분화(atomize)되어 분말을 형성하고 있고, 알루미늄, 마그네슘, 실리콘, 티타늄, 지르코늄, 크롬, 망간, 아연, 니켈 및 몰리브덴 중의 적어도 하나를 0.1% 내지 3%로 상기 소재와 분말 형태로 혼합하고 밀링하며,
    상기 소재는 2.1% 내지 2.6%의 철 및 0.015% 내지 0.15%의 인을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소재를, 적어도 0.1%, 최대 1%의 알루미늄, 마그네슘, 실리콘, 티타늄, 지르코늄, 크롬, 망간, 아연, 니켈 및 몰리브덴 중의 적어도 하나와 혼합하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소재를, 적어도 0.2%, 최대 3%의 알루미늄, 마그네슘, 실리콘, 티타늄, 지르코늄, 크롬, 망간, 아연, 니켈 및 몰리브덴 중의 적어도 하나와 혼합하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 소재를, 적어도 0.2%, 최대 1%의 알루미늄, 마그네슘, 실리콘, 티타늄, 지르코늄, 크롬, 망간, 아연, 니켈 및 몰리브덴 중의 적어도 하나와 혼합하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소재를, 고체 윤활제, 예를 들어, h-BN 및/또는 C와 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 소재를, 경질 입자, 예를 들어, 산화물들, 탄화물들, 질화물들, 및/또는 인화물과 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 소재를, 텔루륨, 비스무스, 납 및 황의 칩-브레이킹(chip-breaking) 원소들 중의 적어도 하나와 더 혼합하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 혼합은 볼밀 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 소재는, 5 마이크로미터 미만의 크기를 가지는 Fe2P 및/또는 Fe3P 타입의 경질 입자들을 적어도 5%로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬라이딩 베어링 소재를 소결, 주조(casting) 및/또는 롤 접합(roll bonding)으로 이후에 더 처리하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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