KR20200113205A - 소결 베어링 및 소결 베어링의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

[과제] 소결 베어링에 있어서, 기계강도 및 내진동성을 향상시키며, 또한, 회전축을 손상시키는 것을 방지한다.
[해결수단] 본 발명에 따른 소결 베어링(20)은 양백(Cu-Ni-Zn)을 베이스로 하는 소결체에 의해 형성되어 있다. 여기에서, 소결 베어링(20)에서는, 소결체에 있어서 P가 첨가되어 있지 않다. 또는, 소결체에 있어서의 P의 함유량이 전체 질량에 대한 질량비로 0.05질량% 미만으로 되어 있다. 이것에 의해서, 소결체를 구성하는 결정립을 미세화할 수 있다. 특히, 소결 베어링(20)에서는 소결체를 구성하는 결정립의 평균 결정 입경이 20㎛ 이하로 되어 있다. 이것에 의해서, 기계강도 및 내진동성을 향상시키며, 또한, 회전축을 손상시키는 것을 방지하는 것이 가능해진다.

Description

소결 베어링 및 소결 베어링의 제조 방법
본 발명은 소결 베어링 및 소결 베어링의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 액체 펌프의 모터에 적용하는 것에 적합한 소결 베어링, 및, 이 소결 베어링의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 액체 수송용의 펌프(이하, 「액체 펌프」라고 한다)로서 여러가지 펌프가 알려져 있다.
예를 들면, 자동차에 탑재되는 액체 펌프로서, 엔진 냉각용의 냉각수를 순환시키기 위한 워터 펌프, 윈드 워셔액을 토출하기 위한 워셔액 펌프, 유압 기구에 있어서 유압을 발생시키기 위한 오일 펌프, 엔진 오일을 압송하기 위한 오일 펌프, 연료(가솔린, 경유, 알콜 등)를 공급하기 위한 연료 펌프 등이 알려져 있다.
최근, 액체 펌프에서는, 토출량(양수량)의 안정화의 관점으로부터, 전기 모터로부터 동력을 얻는 전동화가 진행되고 있다.
예를 들면, 종래의 워터 펌프에서는 엔진으로부터 동력을 얻고 있었기 때문에, 엔진 회전수의 변화가 냉각수의 토출량에 영향을 주어, 냉각 효율이 불안정해지는 문제가 있었다. 그래서, 최근의 워터 펌프에서는, 전기 모터로부터 동력을 얻음으로써 토출량의 안정화, 나아가서는, 냉각 효율의 안정화를 도모하고 있다. 특히, 하이브리드차, 전기 자동차, 연료 전지차 등에 탑재되는 워터 펌프에서는, 엔진으로부터 동력을 얻을 수 없거나, 또는, 엔진으로부터 안정된 동력을 얻을 수 없기 때문에, 안정된 토출량을 얻기 위해서 전기 모터로부터 동력을 얻는 전동화가 진행되고 있다.
특히, 최근, 액체 펌프의 소형화 또한 고출력화를 도모하기 위해서, 전기 모터의 소형화 또한 고출력화가 진행되고 있고, 이것에 따라, 전기 모터가 구비하는 베어링에 대한 부하가 증가하고 있다. 이 때문에, 액체 펌프에 설치되어 있는 전기 모터가 구비하는 베어링(이하, 「액체 펌프용 베어링」이라고 한다)에 대해서는, 내하중성의 향상이 요구된다. 또한, 액체 펌프용 베어링은 액체 중에 있어서 사용되기 때문에, 내하중성의 향상과 동시에, 내수성·내식성의 향상이 요구된다.
종래, 내수성·내식성이 우수한 베어링으로서, 세라믹, 카본 또는 수지로 이루어지는 베어링이 알려져 있다. 그러나, 세라믹 또는 카본으로 이루어지는 베어링은 내수성·내식성이 우수하지만, 가공비가 비싸다는 문제가 있다. 또한, 수지로 이루어지는 베어링은 치수 정밀도의 확보가 어렵고, 또한, 내하중성이 부족하다는 문제가 있다.
한편, 내하중성이 우수한 베어링으로서, 금속 분말을 소결해서 이루어지는 소결 베어링이 알려져 있다. 그러나, 소결 베어링은 내수성·내식성이 낮아, 액체중에 있어서의 사용에 적합하지 않다는 문제가 있다. 특히, 소결 베어링은 수중에서 사용될 경우에 슬라이딩성이 부족하다는 문제가 있다.
그래서, 최근, 액체 펌프용 베어링으로서, 내수성·내식성이 우수한 재료인 양백(Cu-Ni-Zn 합금)에 P(인)와 고체 윤활제를 첨가한 소지(기재)로 이루어지는 소결 베어링이 개발되어 있다(특허문헌 1 참조).
특허문헌 1에 기재된 소결 베어링에서는, 소지 베이스로서 양백을 사용함으로써, 내수성·내식성을 향상시키면서 소지에 첨가된 흑연(고체 윤활제)에 의해 슬라이딩성을 향상시키고 있다.
특히, 특허문헌 1에 기재된 소결 베어링에서는, 소지에 P를 첨가함으로써, 소결시에 있어서 다른 첨가 구성 원소(Ni, Zn 등)의 확산을 촉진하여, 소결 베어링에 있어서 내수성·내식성이 낮은 부분이 발생하는 것을 억제하고 있다.
일본 특허공개 2015-187307호 공보
그러나, 종래의 소결 베어링에서는 기계강도 및 내진동성이 저하될 우려가 있다.
즉, 종래의 소결 베어링에서는 소지에 P가 첨가되어 있음으로써, 소결시에 있어서 소지를 구성하는 결정립이 조대화되기 쉬워진다. 그리고, 소지를 구성하는 결정립이 조대화되면, 기계강도 및 내진동성이 저하될 우려가 있다.
또한, 종래의 소결 베어링에서는 회전축을 손상시킬 우려가 있다.
즉, 종래의 소결 베어링에서는, 소지에 P가 첨가되어 있음으로써, 소지에 있어서 Ni-Sn-P의 합금층이 석출되기 쉬워진다. 여기에서, Ni-Sn-P의 합금층은 소지의 다른 부분과 비교해서 경도가 매우 높아진다. 따라서, 소지에 있어서 Ni-Sn-P의 합금층이 석출되면, 축회전시에 회전축이 Ni-Sn-P의 합금층에 접촉함으로써, 회전축을 손상시킬 우려가 있다.
본 발명의 과제는, 소결 베어링에 있어서 기계강도 및 내진동성을 향상시키고, 또한, 회전축이 손상되는 것을 방지하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 제 1 발명에 따른 소결 베어링은, 전체 질량에 대한 질량비로 10질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Ni와, 13질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Zn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 3질량% 미만의 Sn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 4질량% 미만의 고체 윤활제를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 평균 결정 입경이 20㎛ 이하인 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 2 발명에 따른 소결 베어링은, 전체 질량에 대한 질량비로 10질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Ni와, 13질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Zn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 3질량% 미만의 Sn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 4질량% 미만의 고체 윤활제와, 0.05질량% 미만의 P를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 평균 결정 입경이 20㎛ 이하인 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제 1 또는 제 2 발명에 따른 소결 베어링에서는, 소결체가 양백(Cu-Ni-Zn)을 베이스로 해서 형성되어 있다. 이것에 의해, 내수성·내식성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 제 1 또는 제 2 발명에 따른 소결 베어링에서는, 소결체가 고체 윤활제를 함유하고 있다. 이것에 의해, 슬라이딩성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 제 1 또는 제 2 발명에 따른 소결 베어링에서는, 소결체(압분체)에 있어서 Sn이 함유되어 있다. 이것에 의해, 소결성이 높아져 소결 강도를 향상시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 고체 윤활제의 함유에 의해 저하되는 소결 강도를 보충하는 것이 가능해진다. 또한, 소결체에 있어서, Sn이 함유되어 있음으로써 수중에서의 탈아연 부식의 내성을 향상시키는 것이 가능해진다.
특히, 제 1 발명에 따른 소결 베어링에서는, 소결체에 있어서 P가 함유되어 있지 않다. 또한, 제 2 발명에 따른 소결 베어링에서는, 소결체에 있어서의 P의 함유량이 전체 질량에 대한 질량비로 0.05질량% 미만으로 되어 있다.
이것에 의해, 소결체를 구성하는 결정립을 미세화할 수 있고, 그 결과, 기계강도 및 내진동성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 소결체에 있어서, Ni-Sn-P의 합금층의 석출이 억제되어, 축회전시에 회전축을 손상시키는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 제 1 또는 제 2 발명에 따른 소결 베어링에서는, 결정 구조의 소결체를 구성하는 결정립의 평균 결정 입경이 20㎛ 이하로 되어 있다.
여기에서, 소결체를 구성하는 결정립의 평균 결정 입경이 20㎛를 초과하면, 액체 펌프(특히, 자동차에 탑재되는 액체 펌프)의 모터에 설치되는 소결 베어링에 요구되는 기계강도 및 내진동성을 충족시키지 않을 우려가 있다.
그래서, 소결체를 구성하는 결정립의 평균 결정 입경을 20㎛ 이하로 함으로써, 액체 펌프(특히, 자동차에 탑재되는 액체 펌프)의 모터에 설치되는 소결 베어링에 요구되는 기계강도 및 내진동성을 충족시키는 것이 가능해진다.
이상에 의해, 제 1 또는 제 2 발명에 따른 소결 베어링에 의하면, 기계강도 및 내진동성을 향상시키며, 또한, 회전축을 손상시키는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
여기에서, 제 1 또는 제 2 발명에 따른 소결 베어링에서는, 소결체가 Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말을 사용하여 형성되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 소결체가 Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말과, 고체 윤활제 분말을 포함하는 원료 분말을 혼합해서 이루어지는 원료 분말을 사용하여 형성되어 있는 것이 바람직하다.
즉, Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말에서는, 분말을 구성하는 각 입자에 있어서, Ni, Zn 등의 각 구성 요소(구성 원소)가 균일하게 분산되어 있다. 따라서, Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말을 사용하여 소결체를 형성함으로써, 소결체에 있어서 Ni, Zn 등의 각 구성 요소의 농도가 불균일해지는 것을 방지할 수 있고, 그 결과, 소결체에 있어서의 Ni 및 Zn의 농도가 낮은 부분이 선택적으로 부식되는 사태의 발생을 방지하는 것이 가능해진다.
이하, 소결체(소지)를 구성하는 각 요소의 작용·효과를 상세하게 설명한다. 또, 본 발명에서는, 각 요소의 함유량을 소결체 전체에 있어서의 질량비(질량%)에 의해 특정하고 있다.
[Ni(니켈)에 대해서]
소결체에 있어서 Ni가 함유되어 있음으로써, 내수성·내식성을 향상시키는 것이 가능해진다.
이 때, 소결체에 있어서의 Ni의 함유량이 10질량% 이하로 되면, 내수성·내식성이 불충분해진다. 한편, 소결체에 있어서의 Ni의 함유량이 20질량% 이상으로 되면 재료 비용이 증가한다.
그래서, 소결체에 있어서의 Ni의 함유량을 10질량%를 초과하며, 또한, 20질량% 미만으로 함으로써, 재료 비용의 증가를 억제하면서 내수성·내식성을 향상시키는 것이 가능해진다.
[Zn(아연)에 대해서]
소결체에 있어서 Zn이 함유되어 있음으로써, 내수성·내식성을 향상시키는 것이 가능해진다.
이 때, 소결체에 있어서의 Zn의 함유량이 13질량% 이하로 되면, 내수성·내식성이 불충분해진다. 한편, 소결체에 있어서의 Zn의 함유량이 20질량% 이상으로 되면, 소결시의 아연의 증발에 의해 생산성이 저하되고, 또한, 탈아연 부식의 리스크가 높아진다.
그래서, 소결체에 있어서의 Zn의 함유량을 13질량%를 초과하며, 또한, 20질량% 미만으로 함으로써, 생산성의 저하를 억제하면서 내수성·내식성을 향상시키는 것이 가능해진다.
특히, Zn은 Ni와 비교하여 저렴한 재료로 되어 있다. 따라서, 내수성·내식성을 향상시킴에 있어서, Ni의 함유량의 증가를 억제하면서 Zn의 함유량을 증가 함으로써, 재료 비용의 증가를 억제하는 것이 가능해진다.
[Sn(주석)에 대해서]
소결체(압분체)에 있어서 Sn이 함유되어 있음으로써, 소결성을 높일 수 있어 소결 강도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 소량의 함유여도 탈아연 부식을 억제하는 것이 가능해진다.
이 때, 소결체에 있어서의 Sn의 함유량이 0.5질량% 이하로 되면 상기 효과가 불충분해진다. 한편, 소결체에 있어서의 Sn의 함유량이 3질량% 이상으로 되면, 소결시의 치수 변화에 의한 변형이 생기기 쉬워진다.
그래서, 소결체에 있어서의 Sn의 함유량을 0.5질량%를 초과하며, 또한, 3질량% 미만으로 함으로써, 변형의 발생을 억제하면서 소결 강도를 향상시키는 것이 가능해진다.
[고체 윤활제에 대해서]
소결체에 있어서 고체 윤활제가 함유되어 있음으로써, 윤활성이 높아져 마찰계수를 낮출 수 있으며, 또한, 버닝성 및 내마모성을 향상시키는 것이 가능해진다.
이 때, 소결체에 있어서의 고체 윤활제의 함유량이 0.5질량% 이하로 되면, 상기 효과가 불충분해진다. 한편, 소결체에 있어서의 고체 윤활제의 함유량이 4질량% 이상으로 되면, 소결 강도가 현저히 저하된다.
그래서, 소결체에 있어서의 고체 윤활제의 함유량을, 0.5질량%를 초과하며, 또한, 4질량% 미만으로 함으로써, 소결 강도의 저하를 억제하면서 내마모성을 향상시키는 것이 가능해진다.
[P(인)에 대해서]
소결체에 있어서 P가 함유되어 있음으로써, 소결체를 조성하는 금속의 산화를 방지하는 것이 가능해진다.
즉, 후술하는 바와 같이, 소결체를 형성하는 원료 분말을 생성함에 있어서는, 원료 분말로서 Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말 등의 합금 분말이 사용되는 것이 바람직하다.
여기에서, Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말 등의 합금 분말은, 애토마이징법 등에 의해 제조된다. 구체적으로는, 목적으로 하는 합금 분말을 조성하는 각종 원료 금속을 고온에서 녹인 용탕을 생성하고, 생성한 용탕을 분무·급랭 응고하여 분말화 함으로써 합금 분말이 제조된다.
이 때, 원료 금속에 있어서, 탈산제로서 미량의 P를 첨가함으로써, 용탕의 산화를 방지하는 것이 가능해진다.
여기에서, 원료 금속에 있어서의 P의 함유량이 0.05질량% 이상으로 되면, 소결시에 있어서 소결체를 구성하는 결정립이 조대화되기 쉬워지며, 또한, 소결체에 있어서, Ni-Sn-P의 합금층이 석출되기 쉬워진다.
그래서, 원료 금속(소결체)에 있어서의 P의 함유량을 0.05질량% 미만으로 함으로써, 소결체를 구성하는 결정립의 조대화 및 소결체에 있어서의 Ni-Sn-P의 합금층의 석출을 억제하면서, 용탕의 산화를 방지하는 것이 가능해진다.
[평균 결정 입경에 대해서]
결정 구조(미세 조직)의 소결체를 구성하는 결정립의 평균 결정 입경이 20㎛를 초과하면, 액체 펌프(특히, 자동차에 탑재되는 액체 펌프)의 모터에 설치되는 소결 베어링에 요구되는 기계강도 및 내진동성을 충족시키지 않을 우려가 있다.
그래서, 결정 구조의 소결체를 구성하는 결정립의 평균 결정 입경을 20㎛ 이하로 함으로써, 액체 펌프(특히, 자동차에 탑재되는 액체 펌프)의 모터에 설치되는 소결 베어링에 요구되는 기계강도 및 내진동성을 충족시키는 것이 가능해진다.
[유효 다공률에 대해서]
여기에서, 제 1 또는 제 2 발명에 따른 소결 베어링에서는, 소결체에 있어서 유효 다공률이 8체적% 이상이며, 또한, 18체적% 이하로 되는 것이 바람직하다.
즉, 유효 다공률이 8체적% 미만으로 되면 매우 고밀도가 되어, 압분 성형시에 있어서 필요시되는 압력이 커져 생산성이 저하된다. 한편, 유효 다공률이 18체적%를 초과하면, 압분체의 강도가 저하되기 때문에 소결까지의 핸들링이 어려워진다. 또한, 소결 강도가 저하되기 때문에 베어링으로서 필요시되는 최저한의 강도가 얻어지지 않게 된다.
그래서, 유효 다공률을 8체적% 이상이며, 또한, 18체적% 이하로 함으로써, 생산성의 저하를 억제하면서 소결 강도를 향상시키는 것이 가능해진다.
제 3 발명에 따른 소결 베어링은, 제 1 또는 제 2 발명에 따른 소결 베어링에 있어서, 상기 고체 윤활제는 흑연, 2황화몰리브덴 및 질화붕소 중, 적어도 하나의 것을 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제 2 발명에 따른 소결 베어링에 의하면, 윤활성을 향상시키는 것이 가능해진다.
제 4 발명에 따른 소결 베어링은, 제 1 내지 제 3 중 어느 하나의 발명에 따른 소결 베어링에 있어서, 상기 소결체에 윤활유가 함침되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
제 4 발명에 따른 소결 베어링에 의하면, 베어링 제조로부터 모터 조립까지의 기간, 또한 모터 사용까지의 기간에 있어서, 함침된 윤활유에 의해 베어링의 녹 발생을 방지할 수 있다. 또한, 베어링부가 밀봉되어, 수송 액체의 유로와는 격리되어 있을 경우에 있어서는, 회전축의 회전에 따라 회전축과의 사이에 유막을 형성할 수 있어, 회전축과의 사이에 생기는 마찰 저항을 저감하는 것이 가능해진다. 또한, 베어링부가 밀봉되지 않고 수송 액체 내에서 사용될 경우에 있어서도, 결과적으로는 베어링체 내에 함침되어 있는 윤활유가 수송 액체와 치환되어 버리지만, 수송 액체보다 고점도의 윤활유를 사용함으로써 운전 초기의 윤활을 도울 수 있다.
제 5 발명에 따른 소결 베어링은, 제 1 내지 제 4 중 어느 하나의 발명에 따른 소결 베어링에 있어서, 액체 펌프의 모터에 사용되는 것을 특징으로 한다.
제 5 발명에 따른 소결 베어링에 의하면, 액체 펌프의 내구성을 향상시키는 것이 가능해진다.
제 6 발명에 따른 소결 베어링의 제조 방법은, 복수 종류의 분말을 혼합하여 원료 분말을 생성하는 공정과, 상기 원료 분말을 압축 성형하여 압분체를 형성하는 공정과, 상기 압분체를 소결하여 소결체를 형성하는 공정과, 상기 소결체에 사이징을 실시하는 공정을 포함하는 소결 베어링의 제조 방법으로서, 상기 복수 종류의 분말에는 Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말과 고체 윤활제가 포함되고, 상기 원료 분말은 전체 질량에 대한 질량비로, 10질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Ni와, 13질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Zn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 3질량% 미만의 Sn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 4질량% 미만의 고체 윤활제를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 상기 소결체의 평균 결정 입경은 20㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한, 제 7 발명에 따른 소결 베어링의 제조 방법은, 복수 종류의 분말을 혼합하여 원료 분말을 생성하는 공정과, 상기 원료 분말을 압축 성형하여 압분체를 형성하는 공정과, 상기 압분체를 소결하여 소결체를 형성하는 공정과, 상기 소결체에 사이징을 실시하는 공정을 포함하는 소결 베어링의 제조 방법으로서, 상기 복수 종류의 분말에는 Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말과, 고체 윤활제와, P 분말이 포함되고, 상기 원료 분말은, 전체 질량에 대한 질량비로 10질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Ni와, 13질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Zn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 3질량% 미만의 Sn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 4질량% 미만의 고체 윤활제와, 0.05질량% 미만의 P를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 상기 소결체의 평균 결정 입경은 20㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
제 6 또는 제 7 발명에 따른 소결 베어링의 제조 방법에서는, 양백(Cu-Ni-Zn)을 베이스로 하는 원료 분말에 의해 소결 베어링이 형성된다. 이것에 의해서, 소결 베어링의 내수성·내식성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 제 6 또는 제 7 발명에 따른 소결 베어링의 제조 방법에서는, 원료 분말에 있어서 고체 윤활제가 첨가되어 있다. 이것에 의해, 소결 베어링의 슬라이딩성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 제 6 또는 제 7 발명에 따른 소결 베어링의 제조 방법에서는, 원료 분말에 있어서 Sn이 첨가되어 있다. 이것에 의해, 소결시에 있어서의 소결성이 높아져 소결 베어링의 소결 강도를 향상시키는 것이 가능해지고, 그 결과, 고체 윤활제의 첨가에 의해 저하되는 소결 강도를 보충하는 것이 가능해진다. 또한, 원료 분말에 있어서 Sn이 첨가되어 있음으로써, 수중에서의 탈아연 부식의 내성을 향상시키는 것이 가능해진다.
특히, 제 6 발명에 따른 소결 베어링의 제조 방법에서는, 원료 분말에 있어서 P가 첨가되어 있지 않다. 또한, 제 7 발명에 따른 소결 베어링의 제조 방법에서는, 원료 분말에 있어서의 P의 첨가량이 전체 질량에 대한 질량비로 0.05질량% 미만으로 되어 있다.
이것에 의해, 소결체를 구성하는 결정립을 미세화할 수 있고, 그 결과, 기계강도 및 내진동성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 소결체에 있어서, Ni-Sn-P의 합금층의 석출이 억제되어, 축회전시에 회전축을 손상시키는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 제 6 또는 제 7 발명에 따른 소결 베어링의 제조 방법에서는, 결정 구조의 소결체를 구성하는 결정립의 평균 결정 입경이 20㎛ 이하로 되어 있다.
이것에 의해, 액체 펌프(특히, 자동차에 탑재되는 액체 펌프)의 모터에 설치되는 소결 베어링에 요구되는 기계강도 및 내진동성을 충족시키는 것이 가능해진다.
또한, 제 6 또는 제 7 발명에 따른 소결 베어링의 제조 방법에서는, 복수 종류의 분말에 Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말이 포함되어 있다.
여기에서, Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말에서는, 분말을 구성하는 각 입자에 있어서, Ni, Zn 등의 각 구성 요소(구성 원소)가 균일하게 분산되어 있다.
이것에 의해, Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말을 사용하여 소결체를 형성함으로써, 소결체에 있어서 Ni, Zn 등의 각 구성 요소의 농도가 불균일해지는 것을 방지할 수 있고, 그 결과, 소결체에 있어서의 Ni 및 Zn의 농도가 낮은 부분이 선택적으로 부식되는 사태의 발생을 방지하는 것이 가능해진다.
이상에 의해, 제 6 또는 제 7 발명에 따른 소결 베어링의 제조 방법에 의하면, 기계강도 및 내진동성을 향상시키고, 또한, 회전축을 손상시키는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
여기에서, 원료 분말을 구성하는 각 요소의 작용·효과는, 상기 제 1 또는 제 2 발명에 따른 소결체를 구성하는 각 요소의 작용·효과와 마찬가지이다.
본 발명에 따른 소결 베어링 또는 소결 베어링의 제조 방법에 의하면, 기계강도 및 내진동성을 향상시키고, 또한, 회전축을 손상시키는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
도 1은 워터 펌프(1)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 소결 베어링(20)의 단면도이다.
도 3은 실시예 1∼4에 따른 소결 베어링의 원료 분말의 조합 내용과, 비교예 1∼4에 따른 소결 베어링의 원료 분말의 조합 내용을 비교하는 도면이다.
도 4는 실시예 1∼4에 따른 소결 베어링의 원료 분말(소결체)의 조성과, 비교예 1∼4에 따른 소결 베어링의 원료 분말(소결체)의 조성을 비교하는 도면이다.
도 5는 실시예에 따른 소결 베어링의 금속 조직의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 비교예에 따른 소결 베어링의 금속 조직의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예 4에 따른 소결 베어링의 금속 조직을 나타내는 도면이다.
도 8은 소결 베어링의 단면을 EDX에 의해 분석한 일례로서, 실시예 1의 결과를 나타내고 있다.
도 9는 실시예 1∼4에 따른 소결 베어링의 특성과 비교예 1∼4에 따른 소결 베어링의 특성을 비교하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 따른 소결 베어링(20)에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다.
소결 베어링(20)은, 각종 액체 펌프의 전기 모터에 적용하는 것이 가능하다.
각종 액체 펌프로서는, 엔진 냉각용의 냉각수를 순환시키기 위한 워터 펌프, 윈드 워셔액을 토출하기 위한 워셔액 펌프, 유압 기구에 있어서 유압을 발생시키기 위한 오일 펌프, 엔진 오일을 압송하기 위한 오일 펌프, 연료(가솔린, 경유, 알콜 등)를 공급하기 위한 연료 펌프 등이 포함된다.
본 실시형태에서는, 소결 베어링(20)을 워터 펌프(1)의 전기 모터에 적용하고 있다.
(워터 펌프(1)의 구성)
우선, 워터 펌프(1)의 개략 구성을 설명한다.
도 1은 워터 펌프(1)의 개략 구성을 나타내는 단면도이다. 도 2는 소결 베어링(20)의 단면도이다.
워터 펌프(1)는 라디에이터에 의해 냉각된 냉각수(쿨런트)를, 엔진이 구비하는 워터 재킷(수로)에 대하여 공급하기 위한 펌프로 되어 있다.
도 1에 나타내는 워터 펌프(1)는 케이싱(10)과, 한쌍의 소결 베어링(20)과, 모터(전기 모터)(30)와, 임펠러(40)를 포함하여 구성되어 있다.
케이싱(10)은 냉각수를 흡입하는 흡입구(11)와, 냉각수를 토출하는 토출구(12)를 갖고 있다. 흡입구(11)는 호스(도시하지 않음)를 통해 라디에이터에 접속되어 있다. 토출구(12)는 호스(도시하지 않음)를 통해 워터 재킷에 접속되어 있다.
각 소결 베어링(20)은 케이싱(10)의 내측에 고정되어 있다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 각 소결 베어링(20)은 대략 원통 형상으로 형성되어 있다. 각 소결 베어링(20)은, 후술하는 모터(30)의 회전축(32a)이 삽입 통과되는 베어링 구멍(21)을 갖고 있다. 각 소결 베어링(20)에서는, 그 중심축을 따라 관통하도록 베어링 구멍(21)이 형성되어 있다. 그리고, 각 소결 베어링(20)은 베어링 구멍(21)의 내주면(이하, 「베어링면(21a)」이라고 한다)에 의해 회전축(32a)을 지지한다.
모터(30)는 고정자(31)와, 회전자(32)를 갖고 있다. 또한, 회전자(32)는 회전축(32a)을 갖고 있다. 회전축(32a)은 각 소결 베어링(20)의 베어링 구멍(21)에 삽입 통과되어 있다. 즉, 회전축(32a)은 그 일방측의 단부가 일방의 소결 베어링(20)에 의해 지지되고, 그 타방측의 단부가 타방의 소결 베어링(20)에 의해 지지되어 있다. 이것에 의해, 회전축(32a)은 한쌍의 소결 베어링(20)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.
임펠러(40)는 회전축(32a)의 일방측의 단부에 고정되어 있다.
워터 펌프(1)에서는, 모터(30)의 구동에 의해 임펠러(40)가 회전하면, 흡입구(11)로부터 냉각수가 흡입됨과 아울러, 흡입된 냉각수가 토출구(12)로부터 토출 된다. 이것에 의해, 워터 펌프(1)는 라디에이터와 워터 재킷 사이에 있어서 냉각수를 순환시킨다.
(소결 베어링(20)의 구성)
이어서, 각 소결 베어링(20)의 구성을 상세하게 설명한다.
소결 베어링(20)은 다공질의 소결체(소지)와, 소결체에 함침된 윤활유를 포함하여 구성되어 있다.
소결체는 소결 금속으로 되어 있다. 이것에 의해, 소결체는 다공질 구조(다공질 조직)를 가지고 구성되어 있다(도 5 참조). 또한, 소결체는 결정 구조(미세 조직)를 가지고 구성되어 있다. 특히, 소결체 중에는, 고체 윤활제가 분산되어 있다.
구체적으로는, 소결체는 Cu-Ni-Zn-Sn 합금으로 이루어진다.
본 실시형태에서는, 소결체는 소결체의 전체 질량에 대한 질량비로, 10질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Ni와, 13질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Zn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 3질량% 미만의 Sn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 4질량% 미만의 고체 윤활제를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고 있다.
여기에서, 소결체에 있어서 미량의 P가 함유되어 있는 구성으로 해도 개의치 않는다. 즉, 소결체가 Cu-Ni-Zn-Sn-P 합금으로 이루어지는 구성으로 해도 개의치 않는다.
이러한 구성으로 했을 경우에는, 소결체에 있어서의 P의 함유량은, 전체 질량에 대한 질량비로 0.05질량% 미만으로 하고, 바람직하게는 0.04질량% 미만으로 한다.
즉, 소결체에 대해서, 소결체의 전체 질량에 대한 질량비로 10질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Ni와, 13질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Zn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 3질량% 미만의 Sn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 4질량% 미만의 고체 윤활제와, 0.05질량% 미만(바람직하게는, 0.04질량% 미만)의 P를 함유하여, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성으로 한다.
고체 윤활제로서는 흑연, 2황화몰리브덴 및 질화붕소 중 하나의 것을 사용할 수 있다. 또는, 고체 윤활제로서는 흑연, 2황화몰리브덴 및 질화붕소 중 둘 이상의 것을 혼합해서 사용할 수 있다.
특히, 소결체에서는, 결정립의 평균 결정 입경이 20㎛ 이하로 되어 있다. 여기에서, 「평균 결정 입경」이란, 소결체에 임의로 설정된 관찰 영역에 있어서 현재화한 결정립의 입경의 평균값을 말한다.
본 실시형태에서는, 평균 결정 입경을 이하와 같이 산출하고 있다. 즉, 우선, 소결체를 수지 매입한 후, 자동 연마기로 소결체의 단면을 연마한다. 이어서, 연마한 소결체의 단면을 에칭액으로 에칭하고, 마이크로스코프를 사용하여 소정의 배율로 촬상해서 얻어진 화상에 대하여, 길이 200㎛의 선분을 10개 긋는다. 여기에서, 길이 200㎛ 중 포어의 길이를 뺀 값을 기준 길이로 한다. 이어서, 각 기준 길이를 상기 선분 상에 존재하는 결정립의 수로 나눔으로써, 상기 선분 상에 존재하는 결정립의 입경의 평균값(이하, 「개별 평균값」이라고 한다)을 산출한다. 또한, 각 선분에 대해서 산출한 개별 평균값을 10개의 선분에 대해서 평균함으로써, 평균 결정 입경을 산출하고 있다.
또한, 소결체에서는 유효 다공률이 8∼18체적%로 되어 있다. 여기에서, 「유효 다공률」이란, 소결체의 전체 체적에 대한 소결체의 표면에 연통되어 있는 기공의 체적의 비율을 말한다.
윤활유로서는 유동 파라핀, 광물계 윤활유, 합성 탄화수소계 윤활유, 실리콘계 윤활유, 불소계 윤활유 등을 사용할 수 있다. 또, 소결 베어링(20)에서는, 윤활유가 함침되어 있지 않은 구성으로 해도 개의치 않는다.
(소결 베어링(20)의 작용·효과)
이어서, 소결 베어링(20)의 작용·효과를 설명한다.
소결 베어링(20)에서는, 양백(Cu-Ni-Zn)을 베이스로 하는 소결체(소지)에 의해 형성되어 있다. 이것에 의해, 내수성·내식성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 소결 베어링(20)에서는, 소결체에 있어서 고체 윤활제가 함유되어 있다. 이것에 의해, 슬라이딩성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 소결 베어링(20)에서는, 소결체(압분체)에 있어서 Sn이 함유되어 있다. 이것에 의해, 소결성이 높아져 소결 강도를 향상시키는 것이 가능해지고, 그 결과, 고체 윤활제의 첨가에 의해 저하되는 소결 강도를 보충하는 것이 가능해진다.
또한, 소결체에 있어서, Sn이 함유되어 있음으로써, 수중에서의 탈아연 부식의 내성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 소결 베어링(20)에서는, 다공질 조직에 있어서 윤활유가 함침되어 있다. 이것에 의해, 베어링 제조로부터 모터 조립까지의 기간, 또한 모터 사용까지의 기간에 있어서, 함침된 윤활유에 의해 베어링의 녹 발생을 방지할 수 있다. 또한, 베어링부가 밀봉되어, 수송 액체의 유로와는 격리되어 있을 경우에 있어서는, 회전축(32a)의 회전에 따라, 회전축(32a)과의 사이에 유막을 형성할 수 있어, 회전축(32a)과 베어링면(21a) 사이에 생기는 마찰 저항을 저감시키는 것이 가능해진다. 또한, 베어링부가 밀봉되지 않고 수송 액체 내에서 사용될 경우에 있어서도, 결과적으로는 베어링체 내에 함침되어 있는 윤활유가 수송 액체와 치환되어 버리지만, 수송 액체보다 고점도의 윤활유를 사용함으로써 운전 초기의 윤활을 도울 수 있다.
특히, 소결 베어링(20)에서는, 소결체에 있어서 P가 함유되어 있지 않다. 또는, 소결체에 있어서의 P의 함유량이, 전체 질량에 대한 질량비로 0.05질량% 미만으로 되어 있다. 이것에 의해, 소결체를 구성하는 결정립을 미세화할 수 있고, 그 결과, 기계강도 및 내진동성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 소결체에 있어서, Ni-Sn-P의 합금층의 석출이 억제되어, 축회전시에 회전축(32a)을 손상시키는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 소결 베어링(20)에서는, 소결체를 구성하는 결정립의 평균 결정 입경이 20㎛ 이하로 되어 있다. 이것에 의해, 기계강도 및 내진동성이 향상되어, 액체 펌프(특히, 자동차에 탑재되는 액체 펌프)의 모터에 설치되는 소결 베어링에 요구되는 기계강도 및 내진동성을 충족시키는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 소결 베어링(20)에 의하면, 기계강도 및 내진동성을 향상시키고, 또한 회전축을 손상시키는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
이하, 소결 베어링(20)의 소결체를 구성하는 각 요소의 작용·효과를 상세하게 설명한다.
[Ni(니켈)에 대해서]
소결체에 있어서 Ni가 함유되어 있음으로써, 내수성·내식성을 향상시키는 것이 가능해진다.
이 때, 소결체에 있어서의 Ni의 함유량이 10질량% 이하로 되면, 내수성·내식성이 불충분해진다. 한편, 소결체에 있어서의 Ni의 함유량이 20질량% 이상이 되면 재료 비용이 증가한다.
그래서, 소결체에 있어서의 Ni의 함유량을 10질량%를 초과하며, 또한, 20질량% 미만으로 함으로써, 재료 비용의 증가를 억제하면서 내수성·내식성을 향상시키는 것이 가능해진다.
[Zn(아연)에 대해서]
소결체에 있어서 Zn이 함유되어 있음으로써, 내수성·내식성을 향상시키는 것이 가능해진다.
이 때, 소결체에 있어서의 Zn의 함유량이 13질량% 이하로 되면, 내수성·내식성이 불충분해진다. 한편, 소결체에 있어서의 Zn의 함유량이 20질량% 이상으로 되면, 소결시의 아연의 증발에 의해 생산성이 저하되고, 또한, 탈아연 부식의 리스크가 높아진다.
그래서, 소결체에 있어서의 Zn의 함유량을 13질량%를 초과하며, 또한, 20질량% 미만으로 함으로써, 생산성의 저하를 억제하면서 내수성·내식성을 향상시키는 것이 가능해진다.
특히, Zn은 Ni와 비교해서 저렴한 재료로 되어 있다. 따라서, 내수성·내식성을 향상시킴에 있어서, Ni의 함유량의 증가를 억제하면서 Zn의 함유량을 증가 시킴으로써, 재료 비용의 증가를 억제하는 것이 가능해진다.
[Sn(주석)에 대해서]
소결체(압분체)에 있어서 Sn이 함유되어 있음으로써, 소결성을 높일 수 있어소결 강도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 소량의 함유여도 탈아연 부식을 억제하는 것이 가능해진다.
이 때, 소결체에 있어서의 Sn의 함유량이 0.5질량% 이하로 되면, 상기 효과가 불충분해진다. 한편, 소결체에 있어서의 Sn의 함유량이 3질량% 이상으로 되면, 소결시의 치수 변화에 의한 변형이 생기기 쉬워진다.
그래서, 소결체에 있어서의 Sn의 함유량을 0.5질량%를 초과하며, 또한, 3질량% 미만으로 함으로써, 변형의 발생을 억제하면서 소결 강도를 향상시키는 것이 가능해진다.
[고체 윤활제에 대해서]
소결체에 있어서 고체 윤활제가 함유되어 있음으로써, 윤활성이 높아져 마찰계수를 낮출 수 있고, 또한, 버닝성 및 내마모성을 향상시키는 것이 가능해진다.
이 때, 소결체에 있어서의 고체 윤활제의 함유량이 0.5질량% 이하로 되면, 상기 효과가 불충분해진다. 한편, 소결체에 있어서의 고체 윤활제의 함유량이 4질량% 이상으로 되면, 소결 강도가 현저하게 저하된다.
그래서, 소결체에 있어서의 고체 윤활제의 함유량을 0.5질량%를 초과하며, 또한, 4질량% 미만으로 함으로써, 소결 강도의 저하를 억제하면서 내마모성을 향상시키는 것이 가능해진다.
[P(인)에 대해서]
소결체에 있어서 P가 함유되어 있음으로써, 소결체를 조성하는 금속의 산화를 방지하는 것이 가능해진다.
즉, 후술하는 바와 같이, 소결체를 형성하는 원료 분말을 생성함에 있어서는, 원료 분말로서 Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말 등의 합금 분말이 사용되는 것이 바람직하다.
여기에서, Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말 등의 합금 분말은 애토마이징법 등에 의해 제조된다. 구체적으로는, 목적으로 하는 합금 분말을 조성하는 각종의 원료 금속을 고온에서 녹인 용탕을 생성하고, 생성한 용탕을 분무·급랭 응고하여 분말화 함으로써 합금 분말이 제조된다.
이 때, 원료 금속에 있어서, 탈산제로서 미량의 P를 첨가함으로써, 용탕의 산화를 방지하는 것이 가능해진다.
여기에서, 원료 금속에 있어서의 P의 함유량이 0.05질량% 이상으로 되면, 소결시에 있어서 소결체를 구성하는 결정립이 조대화되기 쉬워지고, 또한, 소결체에 있어서 Ni-Sn-P의 합금층이 석출되기 쉬워진다.
그래서, 원료 금속(소결체)에 있어서의 P의 함유량을 0.05질량% 미만으로 함으로써, 소결체를 구성하는 결정립의 조대화 및 소결체에 있어서의 Ni-Sn-P의 합금층의 석출을 억제하면서, 용탕의 산화를 방지하는 것이 가능해진다.
[평균 결정 입경에 대해서]
소결체를 구성하는 결정립의 평균 결정 입경이 20㎛를 초과하면, 액체 펌프(특히, 자동차에 탑재되는 액체 펌프)의 모터에 설치되는 소결 베어링에 요구되는 기계강도 및 내진동성을 충족시키지 않을 우려가 있다.
그래서, 소결체를 구성하는 결정립의 평균 결정 입경을 20㎛ 이하로 함으로써, 액체 펌프(특히, 자동차에 탑재되는 액체 펌프)의 모터에 설치되는 소결 베어링에 요구되는 기계강도 및 내진동성을 충족시키는 것이 가능해진다.
[유효 다공률에 대해서]
유효 다공률이 8체적% 미만이 되면, 매우 고밀도로 되어 압분 성형시에 있어서 필요시되는 압력이 커져 생산성이 저하된다. 한편, 유효 다공률이 18체적%를 초과하면, 압분체의 강도가 저하되기 때문에 소결까지의 핸들링이 어려워진다. 또한, 소결 강도가 저하되기 때문에, 베어링으로서 필요시되는 최저한의 강도가 얻어지지 않게 된다.
그래서, 유효 다공률을 8체적% 이상이며, 또한, 18체적% 이하로 함으로써, 생산성의 저하를 억제하면서 소결 강도를 향상시키는 것이 가능해진다.
(소결 베어링(20)의 제조 방법)
이어서, 소결 베어링(20)의 제조 방법을 설명한다.
소결 베어링(20)을 제조하기 위해서는, 우선, 원료 분말을 생성한다.
원료 분말은, 복수 종류의 분말(금속 분말, 고체 윤활제 등)을 교반 혼합함으로써 생성된다. 이 때, 원료 분말에 금형 윤활제가 첨가되어도 개의치 않는다.
원료 분말은, 원료 분말의 전체 질량에 대한 질량비로, 10질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Ni와, 13질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Zn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 3질량% 미만의 Sn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 4질량% 미만의 고체 윤활제를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고 있다.
또는, 원료 분말에 있어서, 탈산제로서 미량의 P가 함유되어 있어도 개의치 않는다. 이 때, 원료 분말에 있어서의 P의 함유량은, 전체 질량에 대한 질량비로 0.05질량% 미만으로 하고, 바람직하게는 0.04질량% 미만으로 한다.
즉, 원료 분말에 대해서, 원료 분말의 전체 질량에 대한 질량비로, 10질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Ni와, 13질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Zn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 3질량% 미만의 Sn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 4질량% 미만의 고체 윤활제와, 0.05질량% 미만(바람직하게는, 0.04질량% 미만)의 P를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성으로 한다.
원료 분말의 생성에는 Cu 분말(순금속 분말), Ni 분말(순금속 분말), Zn 분말(순금속 분말), Sn 분말(순금속 분말), Cu-Ni 합금 분말, Cu-Zn 합금 분말, Cu-Sn 합금 분말, Cu-Ni-Zn 합금 분말, Cu-Ni-Sn 합금 분말, Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말, 및, Cu-Ni-Zn-Sn-P 합금 분말 중 1종류 또는 복수 종류의 분말을 조합시켜서 사용할 수 있다.
예를 들면, Cu 분말과 Ni 분말과 Cu-Zn 합금 분말과 Sn 분말을 사용하여 원료 분말을 생성함으로써, 상기 조성을 만족시킬 수 있다.
여기에서, 원료 분말에 있어서의 Ni 및 Zn의 확산이 불충분하면, 소결체에 있어서 Ni 및 Zn의 농도가 불균일해진다. 그 결과, 소결체에 있어서의 Ni 및 Zn의 농도가 낮은 부분에 있어서 부식이 발생하기 쉬워진다.
이 때문에, 금속 분말(분말을 구성하는 각 입자)의 상태에서, 상기 조성에 포함되는 금속 중, 보다 많은 금속이 균일하게 합금화되어 있는 것이 바람직하다.
따라서, 원료 분말을 생성할 때에는, 복수의 금속이 합금화된 합금 분말을 사용함으로써, 사용하는 금속 분말의 종류를 줄이는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 원료 분말에 있어서의 Ni 및 Zn의 확산이 불충분해지는 것을 억제할 수 있다.
따라서, 원료 분말의 생성에 사용하는 분말에 있어서, 적어도 1종류의 합금 분말이 포함되어 있는 것이 바람직하다. 또는, 원료 분말의 생성에 사용하는 분말에 있어서, 2종류 이상의 합금 분말이 포함되어 있는 것이 바람직하다. 특히, 원료 분말의 생성에 사용하는 분말에 있어서, 순금속 분말이 포함되지 않고, 합금 분말만이 포함되어 있는 것이 바람직하다.
예를 들면, Cu-Ni-Zn 합금 분말과, Cu-Sn 합금 분말을 사용하여 원료 분말을 생성함으로써, 합금 분말의 조합에 의해 상기 조성을 충족시킬 수 있다.
본 실시형태에서는, 원료 분말의 생성에 사용하는 합금 분말로서, 1종류의 합금 분말, 즉, Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말을 사용한다. 구체적으로는, Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말과, 고체 윤활제를 사용하여 원료 분말을 생성한다. 또는, Cu-Ni-Zn-Sn-P 합금 분말과, 고체 윤활제를 사용하여 원료 분말을 생성한다. 이것에 의해, 원료 분말에 있어서의 Ni 및 Zn의 확산이 불충분해지는 것을 보다 확실하게 억제할 수 있다.
고체 윤활제로서는, 흑연(그래파이트) 분말, 2황화몰리브덴 분말 및 질화붕소 분말 중, 1 또는 복수의 분말을 조합시켜서 사용할 수 있다.
금형 윤활제로서는 스테아르산 아연, 스테아르산 리튬 등으로 대표되는 금속비누의 분말이나, 에틸렌비스스테아르산 아미드 등의 지방산 아미드의 분말, 또는, 폴리에틸렌 등의 왁스계 윤활제의 분말을 사용할 수 있다. 또, 금형 윤활제는 이것들에 한정한 것은 아니다.
이어서, 원료 분말을 압축 성형하여 압분체를 형성한다.
구체적으로는, 생성한 원료 분말을 금형 내에 수용한다. 그리고, 금형 내에 수용된 원료 분말을 100∼500㎫의 압력으로 프레스 성형하여 압분체를 형성한다.
이어서, 압분체를 소결하여 소결체를 형성한다.
구체적으로는, 형성된 압분체를, 소정의 분위기 중에 있어서, 소정의 소결 온도에 의해 소결한 후에, 소정의 냉각 속도로 냉각하여 소결체를 형성한다. 압분체를 소결함으로써 인접하는 금속 입자가 확산 접합되고, 금속 입자가 결합해서 다공질 구조의 소결체(소결 금속)가 형성된다.
소정의 분위기는 진공 중, 환원성 가스 중(암모니아 분해 가스, 수소 가스, 흡열형 가스 등), 불활성 가스 중(질소 가스, 아르곤 가스 등), 이들 환원성 가스와 불활성 가스의 혼합 가스 중 등이며, 원료 분말의 조성에 따라 적당하게 선택된다.
소결 온도는 700∼1050℃의 범위 내에서, 원료 분말의 조성에 따라 적당하게 선택된다.
소정의 냉각 속도는 15℃/min 이상으로 하고, 원료 분말의 조성에 따라 적당하게 선택된다. 본 실시형태에서는 냉각 속도를 30℃/min로 하고 있다. 이것에 의해, 소결체의 평균 결정 입경을 20㎛ 이하로 하는 것이 가능해진다.
이어서, 소결체에 사이징을 실시한다.
구체적으로는, 형성한 소결체를 금형 내에 수용한다. 그리고, 금형 내에 수용된 소결체에 사이징(재압축)을 실시해서 재압축체를 형성한다. 소결체에 사이징을 실시함으로써 치수 정밀도가 향상되며, 또한, 표면 거칠기가 개선된다.
이어서, 재압축체를 세정하여 가공에 의해 생긴 금속 찌꺼기, 사이징용 윤활유 등의 오염을 제거한다.
이어서, 세정된 재압축체에 윤활유를 함침시킨다. 이것에 의해, 소결 베어링(20)이 완성된다. 또, 소결 베어링(20)에서는 윤활유가 함침되어 있지 않은 구성으로 해도 개의치 않는다.
(소결 베어링(20)의 제조 방법의 작용·효과)
소결 베어링(20)의 제조 방법에서는, 양백(Cu-Ni-Zn)을 베이스로 하는 원료 분말에 의해 소결 베어링이 형성된다. 이것에 의해, 소결 베어링(20)의 내수성·내식성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 소결 베어링(20)의 제조 방법에서는, 원료 분말에 있어서 고체 윤활제가 첨가되어 있다. 이것에 의해, 소결 베어링(20)의 슬라이딩성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 소결 베어링(20)의 제조 방법에서는, 원료 분말에 있어서 Sn이 첨가되어 있다. 이것에 의해, 소결시에 있어서의 소결성이 높아져 소결 베어링(20)의 소결 강도를 향상시키는 것이 가능해지고, 그 결과, 고체 윤활제의 첨가에 의해 저하되는 소결 강도를 보충하는 것이 가능해진다.
또한, 원료 분말에 있어서 Sn이 첨가되어 있음으로써, 수중에서의 탈아연 부식의 내성을 향상시키는 것이 가능해진다.
특히, 소결 베어링(20)의 제조 방법에서는, 원료 분말에 있어서 P가 첨가되어 있지 않다. 또는, 원료 분말에 있어서의 P의 첨가량이 전체 질량에 대한 질량비로 0.05질량% 미만으로 되어 있다.
이것에 의해, 소결체를 구성하는 결정립을 미세화할 수 있고, 그 결과, 기계강도 및 내진동성을 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 소결체에 있어서, Ni-Sn-P의 합금층의 석출이 억제되어, 축회전시에 회전축을 손상시키는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
또한, 소결 베어링(20)의 제조 방법에서는, 소결체를 구성하는 결정립의 평균 결정 입경이 20㎛ 이하로 되어 있다. 이것에 의해, 기계강도 및 내진동성이 향상되고, 액체 펌프(특히, 자동차에 탑재되는 액체 펌프)의 모터에 설치되는 소결 베어링에 요구되는 기계강도 및 내진동성을 충족시키는 것이 가능해진다.
또한, 소결 베어링(20)의 제조 방법에서는, Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말과, 고체 윤활제 분말을 혼합해서 원료 분말이 생성된다. 또는, Cu-Ni-Zn-Sn-P 합금 분말과, 고체 윤활제 분말을 혼합해서 원료 분말이 생성된다. 이것에 의해, 소결체에 있어서, Ni, Zn 등의 각 구성 요소의 농도가 불균일해지는 것을 방지할 수 있고, 그 결과, 소결체에 있어서의 Ni 및 Zn의 농도가 낮은 부분이 선택적으로 부식되는 사태의 발생을 방지하는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 소결 베어링(20)의 제조 방법에 의하면, 기계강도 및 내진동성을 향상시키고, 또한, 회전축을 손상시키는 것을 방지하는 것이 가능해진다.
여기에서, 원료 분말을 구성하는 각 요소(각 원소)의 작용·효과는 상기와 같다.
(실시예)
이어서, 본 발명의 실시예를 설명한다.
본 발명의 실시예로서 4종류의 소결 베어링(실시예 1∼4)을 제조했다. 또한, 비교예로서 4종류의 소결 베어링(비교예 1∼4)을 제조했다.
실시예 1∼4에 따른 소결 베어링은, 본 발명에 따른 조성의 원료 분말을 사용하여 제조되어 있다. 이것에 의해, 실시예 1∼4에 따른 소결 베어링의 소결체는 본 발명에 따른 조성을 갖고 있다.
즉, 실시예 1∼3에 따른 소결 베어링의 소결체는, 원료 분말(소결체)의 전체 질량에 대한 질량비로, 10질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Ni와, 13질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Zn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 3질량% 미만의 Sn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 4질량% 미만의 고체 윤활제를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고 있다.
한편, 실시예 4에 따른 소결 베어링의 소결체는, 원료 분말(소결체)의 전체 질량에 대한 질량비로, 10질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Ni와, 13질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Zn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 3질량% 미만의 Sn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 4질량% 미만의 고체 윤활제와, 0.05질량% 미만의 P를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고 있다.
또한, 실시예 1∼4에 따른 소결 베어링에서는, 원료 분말의 생성에 사용하는 분말의 조합이 서로 다르다.
한편, 비교예 1∼4에 따른 소결 베어링은, 본 발명에 따른 조성과는 다른 조성의 원료 분말을 사용하여 제조되어 있다. 이것에 의해, 비교예 1∼4에 따른 소결 베어링의 소결체는, 본 발명에 따른 조성과는 다른 조성을 갖고 있다. 구체적으로는, 비교예 1∼4에 따른 소결 베어링의 소결체(원료 분말)는, 소결체(원료 분말)의 전체 질량에 대한 질량비로 0.05질량% 이상의 P를 포함해서 구성되어 있다.
또한, 비교예 1∼4에 따른 소결 베어링에서는, 원료 분말의 생성에 사용하는 분말의 조합이 서로 다르다.
여기에서, 실시예 1∼4에 따른 소결 베어링 및 비교예 1∼4에 따른 소결 베어링은, 서로 동일한 제조 조건(제조 공정, 압분체를 형성할 때의 압력, 소결체를 형성할 때의 분위기·소결 온도·냉각 속도 등)에 의해 제조되어 있다.
구체적으로는, 금형 내에 수용된 원료 분말을 100∼500㎫의 압력으로 프레스 성형하여 압분체를 형성하고 있다. 또한, 압분체를 암모니아 분해 가스 중에 있어서, 800∼950℃의 소결 온도에서 소결한 후에, 30℃/min의 냉각 속도로 냉각함으로써 소결체를 형성하고 있다.
이하, 실시예 1∼4에 따른 소결 베어링과 비교예 1∼4에 따른 소결 베어링의 비교 결과를 상세하게 설명한다.
(각 소결 베어링의 조성)
도 3은 실시예 1∼4에 따른 소결 베어링의 원료 분말의 조합 내용과, 비교예 1∼4에 따른 소결 베어링의 원료 분말의 조합 내용을 비교하는 도면이다.
또, 도 3에 나타내는 각 숫자는, 원료 분말의 전체 질량에 대한 각 분말(합금 분말 또는 고체 윤활)의 질량의 비율을 나타내고 있다(단위: 질량%).
또한, 각 원료 분말의 조성도 질량%로 나타내고 있다. 예를 들면, Cu-14Ni-14Zn-2Sn 합금 분말은 14질량%의 Ni와, 14질량%의 Zn과, 2질량%의 Sn을 포함하고, 잔부가 Cu인 합금 분말을 의미하고 있다. 그 밖의 합금 분말도 마찬가지이다.
실시예 1∼3에 따른 소결 베어링의 원료 분말은, Cu-14Ni-14Zn-2Sn 합금 분말과, 흑연 분말(고체 윤활제)로 생성되어 있다.
실시예 4에 따른 소결 베어링의 원료 분말은 Cu-14Ni-14Zn-2Sn-0.03P 합금 분말과, 흑연 분말(고체 윤활제)로 생성되어 있다.
한편, 비교예 1∼3에 따른 소결 베어링의 원료 분말은, Cu-18Ni-18Zn 합금 분말과, Cu-11Sn 합금 분말과, Cu-8P 합금 분말과, 흑연 분말(고체 윤활제)로 생성되어 있다.
또한, 비교예 4에 따른 소결 베어링의 원료 분말은, Cu-18Ni-18Zn 합금 분말과, Cu-8P 합금 분말과, 흑연 분말(고체 윤활제)로 생성되어 있다.
구체적으로는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 실시예 1에 따른 소결 베어링의 원료 분말은, 원료 분말(소결체)의 전체 질량에 대한 질량비로, 97.5질량%의 Cu-14Ni-14Zn-2Sn 합금 분말과, 2.5질량%의 흑연 분말을 교반 혼합함으로써 생성되어 있다.
실시예 2에 따른 소결 베어링의 원료 분말은, 원료 분말(소결체)의 전체 질량에 대한 질량비로, 96.5질량%의 Cu-14Ni-14Zn-2Sn 합금 분말과, 3.5질량%의 흑연분말을 교반 혼합함으로써 생성되어 있다.
실시예 3에 따른 소결 베어링의 원료 분말은, 원료 분말(소결체)의 전체 질량에 대한 질량비로, 99.4질량%의 Cu-14Ni-14Zn-2Sn 합금 분말과, 0.6질량%의 흑연분말을 교반 혼합함으로써 생성되어 있다.
실시예 4에 따른 소결 베어링의 원료 분말은, 원료 분말(소결체)의 전체 질량에 대한 질량비로, 97.5질량%의 Cu-14Ni-14Zn-2Sn-0.03P 합금 분말과, 2.5질량%의 흑연 분말을 교반 혼합함으로써 생성되어 있다.
비교예 1에 따른 소결 베어링의 원료 분말은, 원료 분말(소결체)의 전체 질량에 대한 질량비로, 75.5질량%의 Cu-18Ni-18Zn 합금 분말과, 20.0질량%의 Cu-11Sn 합금 분말과, 2.0질량%의 Cu-8P 합금 분말과, 2.5질량%의 흑연 분말을 교반 혼합함으로써 생성되어 있다.
비교예 2에 따른 소결 베어링의 원료 분말은, 원료 분말(소결체)의 전체 질량에 대한 질량비로, 73.5질량%의 Cu-18Ni-18Zn 합금 분말과, 20.0질량%의 Cu-11Sn 합금 분말과, 2.0질량%의 Cu-8P 합금 분말과, 4.5질량%의 흑연 분말을 교반 혼합함으로써 생성되어 있다.
비교예 3에 따른 소결 베어링의 원료 분말은, 원료 분말(소결체)의 전체 질량에 대한 질량비로, 50.0질량%의 Cu-18Ni-18Zn 합금 분말과, 45.5질량%의 Cu-11Sn 합금 분말과, 2.0질량%의 Cu-8P 합금 분말과, 2.5질량%의 흑연 분말을 교반 혼합함으로써 생성되어 있다.
비교예 4에 따른 소결 베어링의 원료 분말은, 원료 분말(소결체)의 전체 질량에 대한 질량비로, 93.5질량%의 Cu-18Ni-18Zn합금 분말과, 4.0질량%의 Cu-8P합금 분말과, 2.5질량%의 흑연 분말을 교반 혼합함으로써 생성되어 있다.
도 4는 실시예 1∼4에 따른 소결 베어링의 원료 분말(소결체)의 조성과, 비교예 1∼4에 따른 소결 베어링의 원료 분말(소결체)의 조성을 비교하는 도면이다.
또, 도 4에 나타내는 각 숫자는 원료 분말(소결체)의 전체 질량에 대한 각 원소(합금 분말 또는 고체 윤활제)의 질량의 비율을 나타내고 있다(단위: 질량%).
도 4에 나타내는 바와 같이, 실시예 1에 따른 소결 베어링의 원료 분말의 조성은, 원료 분말의 전체 질량에 대한 질량비로, 68.3질량%의 Cu와, 13.7질량%의 Ni와, 13.7질량%의 Zn과, 2.0질량%의 Sn과, 2.5질량%의 C로 구성되어 있다.
실시예 2에 따른 소결 베어링의 원료 분말의 조성은, 원료 분말의 전체 질량에 대한 질량비로, 67.6질량%의 Cu와, 13.5질량%의 Ni와, 13.5질량%의 Zn과, 1.9질량%의 Sn과, 3.5질량%의 C로 구성되어 있다.
실시예 3에 따른 소결 베어링의 원료 분말의 조성은, 원료 분말의 전체 질량에 대한 질량비로, 69.6질량%의 Cu와, 13.9질량%의 Ni와, 13.9질량%의 Zn과, 2.0질량%의 Sn과, 0.6질량%의 C로 구성되어 있다.
실시예 4에 따른 소결 베어링의 원료 분말의 조성은, 원료 분말의 전체 질량에 대한 질량비로, 68.3질량%의 Cu와, 13.7질량%의 Ni와, 13.7질량%의 Zn과, 2.0질량%의 Sn과, 0.03질량%의 P와, 2.5질량%의 C로 구성되어 있다.
비교예 1에 따른 소결 베어링의 원료 분말의 조성은, 원료 분말의 전체 질량에 대한 질량비로, 68.0질량%의 Cu와, 13.6질량%의 Ni와, 13.6질량%의 Zn과, 2.2질량%의 Sn과, 0.2질량%의 P와, 2.5질량%의 C로 구성되어 있다.
비교예 2에 따른 소결 베어링의 원료 분말의 조성은, 원료 분말의 전체 질량에 대한 질량비로, 66.7질량%의 Cu와, 13.2질량%의 Ni와, 13.2질량%의 Zn과, 2.2질량%의 Sn과, 0.2질량%의 P와, 4.5질량%의 C로 구성되어 있다.
비교예 3에 따른 소결 베어링의 원료 분말의 조성은, 원료 분말의 전체 질량에 대한 질량비로, 74.3질량%의 Cu와, 9.0질량%의 Ni와, 9.0질량%의 Zn과, 5.0질량%의 Sn과, 0.2질량의 P와, 2.5질량%의 C로 구성되어 있다.
비교예 4에 따른 소결 베어링의 원료 분말의 조성은, 원료 분말의 전체 질량에 대한 질량비로, 63.5질량%의 Cu와, 16.8질량%의 Ni와, 16.8질량%의 Zn과, 0.3질량%의 P와, 2.5질량%의 C로 구성되어 있다.
(각 소결 베어링의 금속 조직)
도 5는 실시예에 따른 소결 베어링의 금속 조직의 일례를 나타내는 도면이다. 도 6은 비교예에 따른 소결 베어링의 금속 조직의 일례를 나타내는 도면이다.
실시예 1∼4 및 비교예 1∼4에 따른 각 소결 베어링에 대해서, 에칭액에 담궈 에칭 후의 금속 조직을 마이크로스코프에 의해 관찰했다. 실시예의 일례로서, 실시예 1에 따른 소결 베어링의 금속 조직을 도 5에, 비교예의 일례로서, 비교예 1에 따른 소결 베어링의 금속 조직을 도 6에 나타낸다.
도 5는 에칭 후의 실시예 1에 따른 소결 베어링의 금속 조직을, 마이크로스코프에 의해 관찰한 사진을 나타내고 있다.
도 6은 에칭 후의 비교예 1에 따른 소결 베어링의 금속 조직을, 마이크로스코프에 의해 관찰한 사진을 나타내고 있다.
또한, 도 6에서는, Ni-Sn-P 합금층을 부호 「A」에 의해 나타내고 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 비교예 1에 따른 소결 베어링의 금속 조직에서는, Ni-Sn-P의 합금층이 석출되어 있는 것을 알 수 있다. 이것에 의해, 비교예 1에 따른 소결 베어링에서는, 축회전시에 있어서 회전축을 손상시킬 우려가 있다.
한편, 도 5에 나타내는 바와 같이, 실시예 1에 따른 소결 베어링의 금속 조직에서는, Ni-Sn-P의 합금층이 석출되어 있지 않은 것을 알 수 있다. 이것에 의해, 실시예 1에 따른 소결 베어링에 의하면, 축회전시에 회전축을 손상시키는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 7은 에칭 후의 실시예 4에 따른 소결 베어링의 금속 조직을, 마이크로스코프에 의해 관찰한 사진을 나타내고 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 실시예 4에 따른 소결 베어링의 원료 분말의 조성은, 원료 분말의 전체 질량에 대한 질량비로 0.03질량%의 P를 함유하고 있다. 그러나, 도 7에 나타내는 바와 같이, 실시예 4에 따른 소결 베어링의 금속 조직에서는, Ni-Sn-P의 합금층이 석출되어 있지 않은 것을 알 수 있다. 이것에 의해, 실시예 4에 따른 소결 베어링에 의하면, 축회전시에 회전축을 손상시키는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 5∼도 7에 나타내는 바와 같이, 실시예 1, 4에 따른 소결 베어링의 평균 결정 입경은, 비교예 1에 따른 소결 베어링의 평균 결정 입경과 비교해서 작은 것을 알 수 있다.
구체적으로는, 실시예 1에 따른 소결 베어링의 평균 결정 입경은 8.1㎛인 것이 확인되고, 또한, 실시예 2에 따른 소결 베어링의 평균 결정 입경은 8.7㎛인 것이 확인되었다. 실시예 3에 따른 소결 베어링의 평균 결정 입경은 8.5㎛인 것이 확인되고, 또한, 실시예 4에 따른 소결 베어링의 평균 결정 입경은 8.3㎛인 것이 확인되었다.
한편, 비교예 1에 따른 소결 베어링의 평균 결정 입경은 28.4㎛인 것이 확인되며, 또한, 비교예 2에 따른 소결 베어링의 평균 결정 입경은 27.8㎛인 것이 확인되었다. 비교예 3에 따른 소결 베어링의 평균 결정 입경은 28.6㎛인 것이 확인되고, 또한 비교예 4에 따른 소결 베어링의 평균 결정 입경은 33.4㎛인 것이 확인되었다.
이와 같이, 실시예 1∼4에 따른 소결 베어링에서는, 평균 결정 입경이 20㎛ 이하로 되어 있는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예 1∼4에 따른 소결 베어링에서는, 평균 결정 입경이 20㎛를 초과하고 있는 것을 알 수 있다.
이것에 의해, 실시예 1∼4에 따른 소결 베어링에 의하면, 비교예 1∼4에 따른 소결 베어링과 비교해서 기계강도 및 내진동성이 높아진다.
(각 원소의 농도 분석의 결과)
도 8은 실시예 1에 따른 소결 베어링의 단면을 EDX(Energy Dispersive X-ray spectrometry)에 의해 분석한 결과를 나타내고 있다.
도 8에서는, 실시예 1에 따른 소결 베어링의 단면에 있어서의 각 구성 원소(Cu, Ni, Zn, Sn)의 분포가 매핑되어 있다. 특히, 도 8에서는, 색채의 차이(색의 농담의 차이)에 의해, 실시예 1에 따른 소결 베어링의 단면에 있어서의 각 구성 원소(Cu, Ni, Zn, Sn)의 농도(질량 농도%)가 나타내어져 있다. 또, 도 8에서는 색이 옅을수록 농도가 짙은 것을 나타내고 있다.
도 8(b)는 도 8(a)에 나타내는 단면에 있어서의 Cu의 분포를 나타낸다. 도 8(c)는 도 8(a)에 나타내는 단면에 있어서의 Ni의 분포를 나타낸다. 도 8(d)는, 도8(a)에 나타내는 단면에 있어서의 Zn의 분포를 나타낸다. 도 8(e)는 도 8(a)에 나타내는 단면에 있어서의 Sn의 분포를 나타낸다.
도 8(b), 도 8(c), 도 8(d), 도 8(e)에 나타내는 바와 같이, 실시예 1에 따른 소결 베어링에서는, 각 구성 원소(Cu, Ni, Zn, Sn)가 균일하게 분산되어 있는 것을 알 수 있다.
이것에 의해, 실시예 1에 따른 소결 베어링에서는, 소결체에 있어서 Ni 및 Zn의 농도가 낮은 부분이 발생하는 것이 억제되고, 그 결과, Ni 및 Zn의 농도가 낮은 부분이 선택적으로 부식되는 사태의 발생을 방지하는 것이 가능해진다.
( 소결 베어링의 각 특성)
도 9는 실시예 1∼4에 따른 소결 베어링의 특성과, 비교예 1∼4에 따른 소결 베어링의 특성을 비교하는 도면이다.
또, 도 9에서는 각 특성(내식성, 압환강도, 내진동성, 마찰계수)의 우열을 기호(「◎」, 「○」, 「△」, 「×」)에 의해 나타내고 있다. 이 때, 각 기호는 「◎」, 「○」, 「△」, 「×」의 순서로, 특성이 우수하다는 것을 나타내고 있다. 특히 「×」가 붙어 있는 특성에 대해서는, 액체 펌프용 베어링으로서 요구되는 기준을 충족시키고 있지 않은 것을 나타내고 있다.
도 9에 나타내는 바와 같이, 실시예 1∼4에 따른 소결 베어링은 내식성, 압환강도, 내진동성, 마찰계수의 각 특성에 대해서, 액체 펌프용 베어링으로서 요구되는 기준을 충족시키고 있는 것을 알 수 있다.
한편, 도 4에 나타내는 바와 같이, 비교예 1에 따른 소결 베어링의 원료 분말에서는, 전체 질량에 대한 질량비로 0.2질량%의 P가 첨가되어 있음으로써, 소결체의 평균 결정 입경이 28.4㎛로 크고, 도 9에 나타내는 바와 같이, 내진동성이 부족하다는 것을 알 수 있다. 또한, 내식성에 있어서는, Cu-18Ni-18Zn 합금 분말과 Cu-11Sn 합금 분말을 사용하고 있기 때문에, Ni나 Zn의 농도가 낮은 부분이 선택적으로 부식되는 것이 확인되었다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 비교예 2에 따른 소결 베어링의 원료 분말에서는, C(고체 윤활제)의 함유량이, 전체 질량에 대한 질량비로 4질량% 이상으로 되어 있다. 이것에 의해, 비교예 2에 따른 소결 베어링에서는 소결 강도가 저하된다. 그 결과, 도 9에 나타내는 바와 같이, 비교예 2에 따른 소결 베어링에서는 압환강도가 부족하다는 것을 알 수 있다.
한편, 도 4에 나타내는 바와 같이, 비교예 3에 따른 소결 베어링의 원료 분말에서는, Ni의 함유량이 전체 질량에 대한 질량비로 10질량% 미만으로 되고, 또한, Zn의 함유량이 전체 질량에 대한 질량비로 13질량% 미만으로 되어 있다. 이것에 의해, 도 9에 나타내는 바와 같이, 비교예 3에 따른 소결 베어링에서는 내식성이 부족하다는 것을 알 수 있다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 비교예 3에 따른 소결 베어링의 원료 분말에서는, Sn의 함유량이 전체 질량에 대한 질량비로 3질량% 이상으로 되어 있다. 이것에 의해, 비교예 3에 따른 소결 베어링에서는, 소결시의 치수 변화에 의한 변형이 생기기 쉽고, 또한 경질이 되는 Ni-Sn-P의 합금층의 석출이 조장된다. 그 결과, 도 9에 나타내는 바와 같이, 비교예 3에 따른 소결 베어링에서는 마찰계수가 커지고 있다는 것을 알 수 있다.
한편, 도 4에 나타내는 바와 같이, 비교예 4에 따른 소결 베어링에서는, 비교예 1∼3에 따른 소결 베어링과 비교하여, 원료 분말에 있어서의 P의 함유량이 많다. 즉, 비교예 4에 따른 소결 베어링의 원료 분말에서는, P의 함유량이 전체 질량에 대한 질량비로 0.3질량%로 되어 있다. 이것에 의해, 소결체의 평균 결정 입경이 33.4㎛로 크고, 내진동성이 부족하는 것을 알 수 있다. 또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 비교예 4에 따른 소결 베어링의 원료 분말에서는, Sn이 포함되어 있지 않다. 이것에 의해, 비교예 4에 따른 소결 베어링에서는 소결 강도가 저하된다. 그 결과, 도 9에 나타내는 바와 같이, 비교예 4에 따른 소결 베어링에서는 압환강도가 저하되어 있는 것을 알 수 있다.
특히, 도 4에 나타내는 바와 같이, 실시예 2에 따른 소결 베어링에서는, 실시예 1에 따른 소결 베어링과 비교해서, 원료 분말에 있어서의 C(고체 윤활제)의 함유량이 많다. 이것에 의해, 도 9에 나타내는 바와 같이, 실시예 2에 따른 소결 베어링에서는, 실시예 1에 따른 소결 베어링과 비교하여, 마찰계수가 낮게 되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 마찰계수의 저감을 우선할 경우에는, 본 발명에 따른 조성에 있어서, C(고체 윤활제)의 함유량을 3질량% 이상, 특히 3.5질량% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 실시예 3에 따른 소결 베어링에서는, 실시예 1에 따른 소결 베어링과 비교하여, 원료 분말에 있어서의 C(고체 윤활제)의 함유량이 적다. 이것에 의해, 도 9에 나타내는 바와 같이, 실시예 3에 따른 소결 베어링에서는 실시예 1에 따른 소결 베어링과 비교하여, 압환강도가 향상되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 압환강도의 향상을 우선할 경우에는, 본 발명에 따른 조성에 있어서, C(고체 윤활제)의 함유량을 1질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.
1 : 워터 펌프
10 : 케이싱
20 : 소결 베어링
30 : 모터
40 : 임펠러

Claims (7)

  1. 전체 질량에 대한 질량비로, 10질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Ni와, 13질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Zn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 3질량% 미만의 Sn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 4질량% 미만의 고체 윤활제를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 평균 결정 입경이 20㎛ 이하인 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결 베어링.
  2. 전체 질량에 대한 질량비로, 10질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Ni와, 13질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Zn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 3질량% 미만의 Sn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 4질량% 미만의 고체 윤활제와, 0.05질량% 미만의 P를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고, 평균 결정 입경이 20㎛ 이하인 소결체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결 베어링.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고체 윤활제는 흑연, 2황화몰리브덴 및 질화붕소 중 적어도 하나의 것을 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결 베어링.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소결체에 윤활유가 함침되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 소결 베어링.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    액체 펌프의 모터에 사용되는 것을 특징으로 하는 소결 베어링.
  6. 복수 종류의 분말을 혼합하여 원료 분말을 생성하는 공정과,
    상기 원료 분말을 압축 성형하여 압분체를 형성하는 공정과,
    상기 압분체를 소결하여 소결체를 형성하는 공정과,
    상기 소결체에 사이징을 실시하는 공정을 포함하는 소결 베어링의 제조 방법으로서,
    상기 복수 종류의 분말에는 Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말과 고체 윤활제가 포함되고,
    상기 원료 분말에는, 전체 질량에 대한 질량비로, 10질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Ni와, 13질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Zn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 3질량% 미만의 Sn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 4질량% 미만의 고체 윤활제를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고,
    상기 소결체의 평균 결정 입경은 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 소결 베어링의 제조 방법.
  7. 복수 종류의 분말을 혼합하여 원료 분말을 생성하는 공정과,
    상기 원료 분말을 압축 성형하여 압분체를 형성하는 공정과,
    상기 압분체를 소결하여 소결체를 형성하는 공정과,
    상기 소결체에 사이징을 실시하는 공정을 포함하는 소결 베어링의 제조 방법으로서,
    상기 복수 종류의 분말에는 Cu-Ni-Zn-Sn 합금 분말과, 고체 윤활제와, P 분말이 포함되고,
    상기 원료 분말은, 전체 질량에 대한 질량비로, 10질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Ni와, 13질량%를 초과하고, 또한, 20질량% 미만의 Zn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 3질량% 미만의 Sn과, 0.5질량%를 초과하고, 또한, 4질량% 미만의 고체 윤활제와, 0.05질량% 미만의 P를 함유하고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 갖고,
    상기 소결체의 평균 결정 입경은 20㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 소결 베어링의 제조 방법.
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