KR910003442B1

KR910003442B1 - 자체 윤활성 소결 베어링 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR910003442B1
Application number: KR1019840007428A
Authority: KR
Inventors: 외디에 미쉘; 이우세프 아상
Original assignee: 알리아즈 프리트 메와프랑; 기이 로랑-아타랭
Priority date: 1983-11-29
Filing date: 1984-11-27
Publication date: 1991-05-31
Also published as: FR2555682A1; ES8602213A1; DE3471326D1; EP0146481B1; JPS60197832A; EP0146481A3; CA1253718A; KR850004120A; FR2555682B1; ES538033A0; JPH0151532B2; ATE34409T1; US4608085A; EP0146481A2

Abstract

내용 없음.

Description

자체 윤활성 소결 베어링 및 그 제조방법

제 1 도는 본 발명에 따른 베어링과 종래의 베어링의 작동 개시후의 온도 변화를 나타낸 그래프.

제 2 도는 본 발명에 따른 베어링의 반경 방향 단명의 현미경 사진.

제 3 도는 제 2 도의 현미경 사진으로 도시된 본 발명의 베어링의 구조를 나타낸 상세도.

본 별명은 베어링 조립체에 대해 상대운동하는 부품용 베어링 조립체에 이용되는 베어링 또는 부동링(floating rings)에 관한 것으로, 특히 자체 윤활성 소결 베어링(self-luvbricafing bearings)에 관한 것이다.

소결에 의해 제조된 다공질의 오일 함침 베어링 부품 또는 회전베어링의 상대적인 장점이 지.씨.프라트(G.C. PRATT)의 "소결된 금속 베어링과 그의 제조, 성질, 성능에 대한 고찰"(분말 야금학, 1969, vol.12, No.24, 페이지 356-385)의 요약부분에 설명되어 있다. 이러한 종류의 베어링의 성능은 베어링 작동개시할 때 형성되는 유막의 형성방법" 의해 제한되며, 상기 베어링 조립체가 정지할때마다 베어링에 의해 오일이 재흡수되므로 각 작동 개시마다 유막이 형성될때까지 샤프트와 베어링 간의 금속 접촉에 의해 시징(seizing)이 발생될 위험이 있다. 상기의 시징은 상기의 유막이 형성되기 전에 샤프트와 베어링 사이에 금속 접촉으로 부품이 팽창 또는 수축하고 이물질이 끼어 녹아 붙거나 구속되고 고착되어 더 이상 움직이지 못하게 되는 현상을 말한다. 상기의 인용 문헌에 의하면, 상기의 베어링 부품 또는 회전 베어링 벽의 투과성(permeability)은 상기의 베어링 성능에 어느 정도 영향을 끼치므로, 투과성이 낮은 미세다공질(fine porosity)의 벽이 바람직하다.

작동 개시때 발생할 수 있는 상기의 베어링 시징의 위험외에 샤프트 베어링내에서 오랜 시간 동안 회전하고 샤프트가 지지하는 하중 및 샤프트가 베어링에 가하는 압력이 증가되면, 상기의 유막은 가열되거나 또는 압력을 받기 때문에 파손되는 경향이 있고, 또한 시징도 일어난다.

상기의 경우에 있어서, 허용 하중은 다수의 매개변수들에 따르게 되며 주로 샤프트와 베어링 사이의 상대속도와 오일의 성질에 따라 결정된다. 일반적으로 베어링은 실험적인 근사법칙을 이용함으로서 비압(speaific pressure) P와 샤프트 표면의 상대선형 속도 V와의 적, 즉 곱 PV의 최대치를 특징으로 하며, 이 때 상기의 비압 P는 전하중 F를 샤프트의 직경d와 베어링의 길이 ℓ에 의해 제산(除算)된 몫이다. 소정의 베어링의 특성인 적 PV의 한계치가 초과되었을 때, 오일의 온도는 급격히 상승하여 그에 따라 오일이 열화되고, 또한 다소 격렬한 시징이 발생한다.

지.씨. 프라트의 상기의 책 380페이지를 보면, 상기의 다공질의 오일함침 베어링의 적 PV의 최대 이론치는 50,000ℓbf/in²×ft/min(1.85 MPa×m/s)이고, 또한 실제 사용에 있어서는 PV값이 20,000ℓbf/in²×ft/min(0.7 MPa×m/s)인 조건에서 500시간의 작동수명을 얻을 수 있다.

1927년에 발행된 DE-C-445,169에는 예를 들면 Cu 77%, Sn 4.5%, 흑연 5%와, Cu₃Sn 또는 CuSb로 대체될 수 있는 금속간 화합물 SnSb 13.5%(Sn과 Sb는 거의 같은 양으로 들어 있음)로 이루어진 조성의 소결된 감마 베어링(anti-friction-bearings)의 제조에 관해 설명되어 있다. 그러나, 상기의 베어링의 성능에 대한 특별한 언급은 없으며, 또한 상기 베어링은 산업 발달에 도움을 주지 못했다. 별도의 기능을 하는 흑연을 고려하지 않는다며, 다음에 설명될 실시예에 나타난 바와 같이, 상기 조성의 베어링은 상당히 높은 Sb의 함량과 상기의 조성이 첨가되는 방법으로는 PV값이 개량될 수 없었을 것이다.

따라서 본 별명의 목적은 비압 P와 V의 적 PV값이 상당히 개량되고 청동에 안티몬을 함유한 재료로 되어있는 자체 윤활성 소결 베어링을 제공하는 것이다.

본 발명은 다공질의 오일 함침-금속 기질로 이루어진 자체 윤활성 소결 베어링에 관한 것으로, 특히 상기 기질은 다수의 분산상(dispersed phases)을 포함하며 각 분산상은 기질과 연속되어 있는 확산 할로(diffusion halo)로 이루어지며 상기 확산 할로의 특성은 기질보다 훨씬 경질이며 3성분의 금속간 조성물(Cu, Sn, Sb)로 되어 있으며, 가각 미소공을 둘러싼 형상으로 되어 있다. 전형적으로, 각각이 하나의 확산 할로로 이루어진 분산상의 80% 이상이 3-20㎛의 두께 또는, 직경을 갖는데, 각 확산 할로의 미소경도 H_V10g는 200포인트를 초과한다.

본 발명의 자체 윤활성 소결 베어링은 안티몬청동을 포함하며, 전 조성은 다음과 같다.

1.5 내지 4중량 %의 Sb

5 내지 10중량 %의 Sn(단 Sn/Sb=1.3 내지 3.5)

Cu+다른 원소 및 불순물 : 잔부

상기의 다른 원소로써는 공지된 부가물질인 Ni, Pb 및 /또는 Zn가 있는데, 이때 첨가되는 Pb+Bi의 부가량과 Zn의 부가량은 5% 이내로 제한된다.

다음에 설명될 제조 방법과 실시예에서 알 수 있듯이, 본 별명의 베어링의 특별한 조직과 성능은 분산상의 형성 가능성을 조절하는 작용을 하는 Sn/Sb의 비에 따라 달라진다. 상기의 Sn/Sb의 비가 적당한 조건에서는, 본 별명의 베어링의 조직과 성능은 또한 상기 분산상의 수가 충분하냐에 따라 달라지는데, 이때 상기의 분산상의 수는 Sn/Sb의 함량과 Sb를 도입하는 방식에 따라 결정된다.

종래의 자체 윤활성 청동 베어링의 PV_max이 2 내지 2.5 MPa×m/s인데 비해, 본 발명의 베어링의 "PV_mas"는 3내지 6 MPa×m/s이고, 또한 작동 개시때의 베어링 최고 온도 점도 줄어들거나 거의 소멸된다. 상기의 구조와 조성에 대한 연구와 현미경 관찰을 통해, 상기 베어링의 조직과 베어링의 놀랄만한 성능 개량에 대해 설명할 수 있게 되었다. 즉, 기질보다 더 경질의 확산 할로로 구성되어 있는 분산상은 분말 집합체를 소멸함으로써 생기는데, 이때 이 분말은 확산에 의해 금속간 화합물의 조성(고상선에 대해 최대치에서의 조성을 갖는 화합물)과 공전 화합물의 조성과의 중간의 조성을 갖는 확산 조성물에 의해 국부적으로 발생할 수 있는 조성을 갖는다. 소결에 의해 제조된 거친 베어링의 단면을 고배율로 확대하여 관측하면, 확산 할로는 상기의 조성물들을 나타내는 결정 즉 상들을 포함함을 알 수 있다.

상기의 확산 할로는 기질보다 훨씬 더 경질인데, 예로 실시예 3의 베어링에 있어서, 확산 할로의 H_V10g가 300-600사이로 나타난데 비해, 청동 기질의 H_V10g는 60-70사이로 나타났다. 베어링이 작동될 때, 상기의 경질 확산 할로는 골고루 분산된 위치에서 기질의 표면에 대해 약간 돌출한 형상으로 표면에 발생할 것이다. 따라서, 상기의 베어링이 작동될 때, 상기의 샤프트와 베어링 사이의 금속 접촉은, 상기의 샤프트와 베어링의 작동시, 상기 베어링의 표면에 있는 매우 작은 구역의 경질의 할로에 국한되며 이에 따라 상기의 경질 할로부는 온도가 급격히 상승하여 국부적으로 용융되어, 그 용융 효과에 의해 마찰이 상당히 소멸된다. 그 후 상기의 용융 및 변형된 할로부는 곧바로 고상화된다. 상기의 경우에 있어서 금속간 화합물의 조성과 공정 화합물의 조성 사이에 있는 국부 조성을 갖는 확산 할로부는, 베어링의 작동 구멍의 표면에 위치하거나 또는 베어링의 작동 구멍의 표면에 대해 약간 돌출한 형상으로 위치하며, 급격히 용융된 후 그 결과로서 비정질 조직(amorphous structure) 또는 "금속 유리"("metal galss")을 보유하게 되며 상기의 국부적인 가열현상 후 급격한 냉각 현상이 뒤따르게 되는데 이는 상기의 마찰이 소멸되고 또한 상기의 베어링에서 열방출이 일어나기 때문이다. 따라서, 상기의 확산 할로부에는 최초의 마찰 현상이 일어나자마자 곧 연해지는 경질의 점 접촉부가 있어, 그로 인해 상기의 마찰이 즉각적으로 감소되거나 또는 제거된다.

본 발명에 따른 청동 베어링의 확산 할로에 포함되어 있는 금속간 화합물은 본질적으로 Cu₁₂Sn₇Sb₃(중량%로 나타냄. 대략적인 조성은 Cu 39%, Sn 42%, Sb 19%)이다.

Cu-Sn-Ni : 의 조성물이 사용되었을때는, 상기와 비슷하나 그보다는 약간 덜 바람직한 결과가 생겼는데, 이때의 금속간 화합물은 Ni₃Sn이다.

상기에서 설명된 바와 같이 본 별명에 따른 베어링이 종래의 베어링과는 현저히 구별된다는 것을 알 수 있는데, 특히 본 발명의 베어링에 있어서, 경질 분산상의 일부가 베어링의 구멍 표면에 존재하거나 또는 베어링의 작동 구멍의 표면을 따라 약간 돌출한 형태로 존재하여 국부적인 마찰을 일으킴으로서, 그에 따라 상기의 분산상이 급격히 용융하게 됨으로써 마찰이 소멸되는데, 이때 상기의 분산상은 DE-C-445, 169에 기재된 경질의 금속간 화합물이 하는 작용과는 아주 다른 작용을 한다. 또한, 상기에서 가정된 바와 같이 약간 돌출한 형태로 생성되는 비정질 합금의 매우 작은 부분들은 본 발명에 따른 베어링 조직의 중요한 특징이며, 또한 본 발명의 우수한 결과들을 설명할 수 있는 요소이다. 그리고, 상기의 설명적인 가정이 입증된다며, 그에따라 비정질 합금의 특성은 전혀 새롭게 사용될 수 있는데, 즉 용융과 급냉에 의해 비정질 합금을 형성시킬 수 있는 분산상은 소결시 고경도로 인해 베어링의 구멍 표면에서 변형 가능한 위치에 존재하며 이러한 형태의 조직은 주어진 전 성분이 분말 야금법에 의해 처리됨으로써 얻어지는데, 본 발명의 실시예에서 검토한 조성물의 경우에 있어서는 용융과 주조에 의해 상기와 동일한 조직을 얻는 것은 불가능하다. 상기 조성물로 종래의 방법에 준하는 용융 및 주조와 그후의 총분한 급냉에 의해 상온에서 실질적으로 균질한 합금을 만든다.

본 발명은 또한 상기에서 설명된 자체 윤활성 소결 베어링의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 제조방법은 혼합된 분말의 전 조성과 소결 조건의 선택에 있어 종래의 방법과 다르게 되어 있으며 상기에서 설명된 품질을 얻도록 선택된다.

본 발명의 제조방법은 서로 다른 분석치를 갖는 적어도 두가지 이상의 금속분말들을, 또는 이 금속분말들과 압축 윤활제를 함께 균질하게 혼합한 후(이 휸활제의 중량은 전 조성의 계산시 고려되지 않음), 그후, 상기의 분말을 블랭크(blanks)형태로 압축하고, 또는 압축 윤활제가 제거되도록 가능한한 상기의 압축 불랭크를 400℃이하의 온도로 가열하고, 상기의 블랭크를 환원 분위기하에서 열처리하여 소결하고 얻어진 소결 제품을 냉각하고, 소결 제품을 압형(calibration tool)내에서 압축함으로써 교정성형하고 이렇게 하여 얻어진 베어링에 오일을 함침시키는 것으로 구성된 본 발명의 제조방법에 있어서, 사용된 분말의 전 조성은 중량 퍼센트로 나타내어 다음과 같으며

Sb : 1.5 내지 4중량%

Sn : 5 내지 10중량%(단 Sn/Sb의 비=1.3 내지 3.5)

Cu+다른 원소와 불순물:잔부

상기의 환원 분위기하에서의 소결 열처리는 680 내지 840℃사이의 온도에서 5 내지 120분동안 행해지고, 바람직하게는 740 내지 820℃의 온도에서 5 내지 45분동안 행해진다.

임의의 첨가제 Pb, B, Zn은 예로, 회전성과 나사 절삭성을 향상시키기 위해 주석 청동 또는 주석+니켈청동에 첨가되는 것으로 알려져 있는데, 상기의 첨가제는 본 발명에 따른 베어링 또는 링의 경우에 있어서도 사용될 수 있다.

금속간 화합물(Cu₁₂Sn₇Sb₃)이 관여하는 확산 할로를 포함하는 상의 형성을 조장하고, 그리고 상기의 상이 기질에 잘 분산 되도록 하기위해, Sn 또는 그 합금과 Sb의 분말을 입자의 크기가 0.06mm이하가 되도록 즉, 230 ASTM 체(sieve)를 통과할 정도의 분말 형상 또는 그보다 미세한 분말로 첨가해 주는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명은 실시예 및 그 결과를 나타낸 표 및 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명된다.

[실시예 1]

전체 조성이 Cu 90%-Sn 10%(이하 단위는 특별한 언급이 없는 한 중량%)인 합금 "ℓ"을 제조하기 위하여, 100 ASTM 체(0.149mm의 체구멍)을 통과하는 주석 10%를 포함하는 청동 분말(Cu-Sn 10%) 50%와 ; 상기의 체를 통과하는 구리 분말 45%와 ; 350 ASTM 체(0.04mm의 구멍)을 통과하는 주석 분말 5% 및 종래의 방법처럼, 압축 윤활제로 첨가되는 아연 스테아린산염(zinc stearate)분말 0.7%를 혼합하였다.

그후, 혼합 분말 배취(batch)를 150 MPa의 압력을 사용하여 베어링 또는 링 블랭크의 형태로 압축하였다. 압축 블랭크의 밀도는 약 6.3g/cm³이다.

제조된 상기의 압축 블랭크를 먼저 350℃의 온도에서 약 20분 동안 가열하여 상기의 압축 윤활제를 제거했는데, 이때 상기의 압축 윤활제의 첨가 및/또는 상기의 압축 윤활제 제거용 가열은 임의로 해줄 수 있다.

다음에, 상기의 압축 블랭크를 암모니아의 감압으로 인해 발생한 수소와 질소 분위기에서 780℃의 온도로 15분 동안 가열한 후, 특별히 배려하지 않고 냉각하였다.

그후 제조된 상기의 조성물을 자체 윤활성 청동 베어링의 제조에 있어 종래부터 사용되던 압형(calibaration tool)을 사용하여 재압축한후, 상기의 베어링 또는 링에 40℃에서 100센티토크의 점도를 갖는 광유(mineral oil)을 함침시켰다. 즉, 상기와 같은 방법으로 균일한 크기의 다수의 자체 윤활성 베어링이 얻어지는데 이 베어링의 크기는 내경 25mm×외경 32mm×길이 120mm이다.

상기의 베어링을 강철 재료로 경도가 H_RC50이고 직경이 25mm인 샤프트를 포함하며 이 샤프트와 각 베어링과의 사이에 35㎛의 직경 방향 틈새를 갖는 장치를 이용하여 시험하였다. 이 장치는 2종류의 회전속도가 가능한데, 즉 회전 속도 1500 및 3000 rpm이 가능한데 이에 대응되는 샤프트와 베어링 표면에서의 상기 회전 속도에 대응하는 선속도는 2와 5m/s이다. 가해지는 하중은 15 내지 100 daN이며 비압력이 0.3 MPa-2 MPa의 범위에 있게되고 PV값도 0.6 내지 8 MPa×m/s범위내에 있다.

상기의 장치는 접촉 열전대(contact therm℃ouple)에 의해 시험중에 있는 베어링 외측면의 온도를 측정하는 수단이 장치되어 있다. 동일한 순서의 연속 시험을 실시하며 먼저 저 속도(2m/s)를 이용하여 압력이 0.3-0.6-0.9-1.2-1.5-1.8-2 MPa의 순서로 증가 하도록 하중을 순차적으로 증가시킨다. 그 다음에 보다 높은 속도(4 m/s)를 이용하여 동일한 하중과 비압력을 동일한 순서로 변화시킨다. 각각의 시험에서, 작동 개시(0) 바로 후부터 상기 베어링의 온도를 측정했더니(제 1 도), 이때 종래의 베어링(곡선 1)은 유막이 형성되기 전에 현저한 온도 상승점 T₁이 나타났고, 그후 적어도 30분 동안은 평균 온도 T₂가 나타났다. 상기의 일련의 시험을 90℃의 온도를 일으키는 "PV_max"값에서 멈추었는데, 이때, 상기의 "PV_max"값은 만족할 만한 PV값과 조금만 증가되면 온도와 시징을 상당히 증가시킬 PV값 사이에 있다. 상기 시험을 받은 상기의 베어링의 "PV_max"값은 거의 비슷하고, 또한 작동 개시때 상기 베어링의 작동 특징인 온도 T₁과 T₂는 만족할만한 PV값에 있다. PV_max의 평균값과 T₁(℃)/T₂(℃)가 상기의 결과를 나타내는 표 1에 기재되어 있다.

실시예 1에서는 3개의 베어링을 시험했는데, 그때의 평균"PV_max"값은 2.5 MPa×m/s였고, 가열비 T₁/T₂는 1.5였다. 상기의 실시예 1은 종래의 청동 베어링에 관한 것으로 참고로 이용된다.

[실시예 2]

전체 조성이 Cu 92%-Sn 6%-Sb 2%인 합금 "2"를 제조하기 위하여, 100 ASTM 체(0.149mm의 체구멍)를 통과하는 주석을 10%함유하는 청동 분말 30%와 ; 상기의 체를 통과하는 구리 분말 65%와 ; 350 ASTM 체(0.04mm)를 통과하는 주석 분말3%와 안티몬 분말 2%을 혼합했다.

실시예 1에서 사용된 제조법으로 베어링을 제조한 후, 상기의 베어링을 상기의 방법으로 시험했는데, 이때 시험된 베어링은 3개이며, 시험 결과는 표 1에서 보는 바와 같이 평균 "PV_max"값이 5MPa×m/s나 되었고, 또한 평균 T₁/T₂비도 단지 1.3밖에 되지 않는 것으로 보아 작동시의 가열 정도가 낮음을 알 수 있었다.

전체 조성의 이론적 산정이 가능한 금속간 화합물 Cu₁₂Sn₇Sb₃(Cu 39%-Sn 42%-sb 19%)의 비율이 계산되었다. 즉, 예로 상기의 실시예 2에서의 금속간 화합물의 조성비는 Sb=2%인 Sb의 량과 금속간 화합물의 Sn/Sb의 몫인 2.3보다 약간 큰 Sn/Sb=3인 Sn/Sb의 비에 의해 계산된다. 이때 상기의 금속간 화합물의 비율은 약 10%이다.

[실시예 3]

전 조성비가 Cu 92%-Sn 5%-Sb 3%인 합금 "3"을 제조하기 위하여, 100 ASTM 체(0.149mm의 체구멍)을 통과하는 구리 분말 92%와 ; 약 10㎛이하의 입자를 발생하는 용융 합금의 기계적 분쇠에 의해 얻어진 Sn 62.5%-Sb 37.5%의 합금 분말 8%을 혼합했다.

그후, 상기에서 설명된 제조법으로 베어링을 제조한 후, 베어링 5개를 시험했더니 평균"PV_max"값이 6 MPa×m/s로 나타났고, T₁/T₂의 비는 거의 1, 즉 작동 개시때 상기 베어링의 온도가 거의 증가되지 않은 것으로 나타났다.

[실시예 3']

전 조성이 합금"3"과 같은 합금"3'"를 제조하기 위하여, 100 ASTM 체(0.149mm)를 통과하는 주석이 10% 함유된 청동 분말 33%와 ; 상기의 체를 통과하는 구리 분말 62%와 350 ASTM 체(0.04mm)를 통과하는 주석 분말 2%와 안티몬 분말 3%를 혼합하였다.

그후, 상기의 제조방법으로 제조된 베어링 5개를 시험하였더니, 그 결과는 실시예 3과 동일했다.

실시예 3과 3'에서, Sn/Sb의 비는 1.67이고, 전체 조성의 이론적 산정이 가능한 금속간 화합물 Cu₁₂Sn₇Sb₃의 비율은 주석량에 의해 결정되며, 그 비율은 대략 5/0.42=12%이다.

실시예 2보다 약간 더 큰 상기의 금속간 화합물의 비율에 의해 실시예 3에서 얻어지는 개선된 결과를 어느 정도 설명할 수 있다.

제 2 도는 실시예 3'의 베어링 중 하나의 베어링의 직경 방향 단면의 현미경 조직도인데, 상기의 조직은 제 3 도에서 도식적으로 나타낸 바와 같이 입자들은 여러 형상의 상들(3), (4) 또는 (5)를 함유하고 때때로 상기의 단면에서 중앙부 공동 즉 미세 다공(6), (7) 또는 (8)을 갖으며 또한 상기의 상의 대다수가 뚜렷한 확산 할로에 의해 둘러 쌓여 있는 형상으로 되어 있다.

현미경 관찰에 의한 상기 도면을 보면 확산 할로(9)와(10)에서처럼 기질(11)과 연결되어 있는 확산 할로가 있음을 알 수 있고, 또한 상기의 할로(9) 또는 (10)에 조그만 결정들이 포함되어 있는 것을 알 수 있다. 국부적 미소경도(micro hardness)측정법에 의해 상기의 확산 할로 H_V10g은 300 내지 600인데 반해 기질 H_V10g은 60 내지 70이므로 상기 확산 할로가 매우 경질임을 알 수 있다. 확산 할로(9) 또는 (10)으로 둘러싸인 중앙 공동 즉 미세다공(6) 또는 (7)은 약 630℃에서 발생된 안티몬의 용융에 대응하는 것으로 이때 주석은 이미 용융되 완전히 확산된 상태에 있다. 따라서, 상기의 베어링 성능의 개선은 확산 할로로 포함하는 분산상이 있기 때문인데, 이 확산 할로의 적어도 70%는 직경 즉 두께가 2-20㎛으로 보통 2-100㎛의 간격을 두고 위치해 있다.

[실시예 4]

전체조성이 Cu92%-Sn 3%-Sb 5%인 합금"4"을 제조하기 위하여, 100ASTM 체, (0.149mm)를 통과하는 주석이 10%함유된 청동 분말 30%와 ; 상기의 체를 통과하는 구리 분말 65%와 ; 350 ASTM 체(0.04mm)를 통과하는 안티몬 분말 5%를 혼합하였다.

전술한 제조방법으로 제조된 베어링 4개를 시험하였더니, 평균"PV_max"값은 2 MPa×m/s이며, 평균 T₁/T₂의 비는 1.7이었다.

상기의 바람직하지 못한 결과는 Sn/Sb의 비가 단지 0.6밖에 되지 않은 것과, 전 조성에 의해 알 수 있는 금속간 화합물의 조성비가 3/0.42=7%임에도 불구하고 Sn과 Sb의 용융 또는 동시 확산이 Sn/Sb의 비가 2.3인 금속간 화합물 Cu₁₂Sn₇Sb₃을 함유하는 상을 거의 형성시키지 못하기 때문이다.

[실시예 4']

Sb 5% 대신에 Sb 7%을 사용한 것을 제외하고는 상기의 합금"4"와 비슷한 방법으로 합금"4'"를 제조하였는데, 그때의 소결 베어링은 너무 취약해서 사용할 수가 없었다.

[실시예 5]

전체 조성이 Cu 87%-Sn 7%-Sb 3%-Ni 3%로 되어있는 합금"5"을 제조하기 위하여, 300 ASTM 체(0.048mm의 체구멍)을 통과하는 주석이 10% 함유된 청동 분말 30%와 ; 100 ASTM 체(0.149mm)을 통과하는 구리 분말 60%와 ; 350 ASTM 체 (0.04mm)을 통과하는 주석 분말 2%와 ; 350 ASTM 체를 통과하는 안티몬 분말 3%와 ; 350 ASTM 체를 통과하는 Ni 60%-Sn 40%합금 5%를 혼합하였다.

이때, 상기 합금은 실질적으로 금속간 화합물 Ni3Sn의 조성물이다.

상기의 실시예에서 사용된 제조방법을 사용하여 제조한 두 개의 베어링을 동일한 장치로 동일하게 시험하였더니, 그 결과는 평균"PV_max"값이 6.5 MPa였고 T₁/T₂의 비는 1에 가까웠다.

상기의 바람직한 결과는, 금속간 화합물 Cu₁₂Sn₇Sb₃와 Ni₃Sn 둘다가 형성될 수 있기 때문이다. 상기의 합금 Ni3Sn에 함유된 주석은 본질적으로 그 상태로 존재하며 이론적으로 금속간 화합물상의 5%에 상당한다.

주석 10%를 포함하는 청동의 형상인 개시 조성물중에 분말 주석으로 함유되어 있는 주석은 안티몬과 금속간 화합물 Cu₁₂Sn₇Sb₃를 형성하며 이 화합물의 Sn/Sb의 비는 5/3^-=1.67이다. 금속간 화합물 Cu₁₂Sn₇Sb₃의 비율은 Sn에 의해 조절되는데, 상기의 조성물은 이론적으로 상기의 금속간 화합물을 5/0.42=12%형성시킬 수 있다. 따라서 전 조성은 상기 2종류의 금속간 화합물상의 합계는 이론적으로는 총 12+5=17%형성시킬 수 있다.

상기 실시예를 실시예 3'과 비교하여 알 수 있듯이, Ni을 첨가하면 어느정도 성능은 개량되나, 그에 따른 비용의 증가에는 미치지 못한다.

본 발명은 근본 원칙에 있어서 청동 이외의 합금에도 적용되나, 본 발명의 총체적 특징은 내경이 2mm 내지 150mm사이에 있는 총동링 또는 베어링에 적용된다는 점이다. 내경 2mm의 베어링은 미소 베어링을 포함한다.

[표 1]

Claims

기질(11)보다 경질의 분산상(3)을 포함하는 안티몬 청동으로 이루어진 자체 윤활성 소결 베어링에 있어서, 상기 베어링의 전체 조성은 1.5 내지 4중량%의 Sb와 ; 5 내지 10중량%의 Sn와 ; Cu+Pb 또는 Bi 또는 Zn 및 불순물과 ; 잔부로 이루어지며 상기 Sn/Sb=1.3 내지 1.5이며, Pb+Bi는 5중량%까지로 Zn은 5중량%까지로 제한되며, 상기 분산상(3)의 각각은 기질(11)과 연속적인 확산 할로(9, 10)로 이루어지고 상기 확산 할로는 미세다공(6)을 둘러싸고 구성분의 금속간 화합물(Cu, Sn, Sb)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자체 윤활성 소결 베어링.
제 1항에 있어서, 상기의 확산 할로(9, 10)의 경도는 200 H_V10g이상인 것을 특징으로 하는 자체 윤활성 소결 베어링.
금속 분말들을, 또는 이 금속 분말들과 압축 윤활제 분말을 함께 균질하게 혼합하는 단계와 ; 상기 혼합된 분말들을 베어링 블랭크의 형상으로 압축하는 단계 ; 또는 상기 압축 윤활제가 제거되도록 상기의 블랭크를 400℃이하의 온도로 가열하는 단계와 ; 상기 블랭크를 환원분위기하에서 열처리하여 소결하는 단계와 ; 상기 단계로 얻어진 소결 제품을 냉각하는 단계와 ; 상기 소결 제품을 압형내에서 압축하는 단계와 ; 상기 단계로 얻어진 베어링에 오일을 함침하는 단계로 이루어진 자체 윤활성 소결 베어링의 제조방법에 있어서, 상기 금속 분말들의 전체 조성(중량%) 1.5 내지 4중량 5의 Sb와 5 내지 10중량%의 Sn와 ; Cu+Pb 또는 Bi 또는 Zn 및 불순물과 ; 잔부로 이루어지며 상기 Sn/Sb-1.3 내지 1.5이며, Pb+Bi는 5중량%까지로 Zn은 5중량%까지로 제한되며, 환원 분위기하에서 상기 블랭크의 열처리는 680 내지 840℃의 온도에서 5 내지 120분 동안 행해지는 것을 특징으로 하는 자체 윤활성 소결 베어링의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 금속 분말의 혼합물에 입자 크기가 0.05mm보다 적은 순수한 안티몬 분말의 형태의 안티몬을 첨가하는 것을 특징으로 하는 자체 윤활성 소결 베어링의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 환원 분위기하에서 상기 블랭크의 열처리느 740 내지 820℃사이의 온도로 유지되면서 5-45분 동안 행해지는 것을 특징으로 하는 자체 윤활성 소결 베어링의 제조방법.
기질(11)보다 경질의 분산성(3)을 포함하는 안티몬 청동으로 이루어진 자체 윤활성 소결 베어링 있어서, 상기 베어링의 전체 조성(중량%)은 Cu 87%-Sn 7%-Sb 3%-Ni 3%이며, 각분산상(3)을 기질(11)과 연속된 확산 할로(9, 10)으로 이루어지며, 상기 확산 할로(9, 10)의 각각은 3원소 금속간 화합물 형태(Cu, Sn, Sb)와 Ni₃Sn으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자체 윤활성 소결 베어링의 제조방법.