KR940002690B1

KR940002690B1 - 복합 습동 재료

Info

Publication number: KR940002690B1
Application number: KR1019910015906A
Authority: KR
Inventors: 다다시 다나까; 마사아끼 사까모도; 고이찌 야마모또; 요시아끼 사또
Original assignee: 다이도 메탈 고교 가부시기가이샤; 이이지마 요시오
Priority date: 1990-09-20
Filing date: 1991-09-12
Publication date: 1994-03-30
Also published as: GB2248629A; JPH072980B2; US5128213A; GB9120163D0; JPH04131345A; GB2248629B; KR920006525A

Abstract

내용 없음.

Description

복합 습동 재료

본 발명은 분말을 압출하여 가공한 복합 습동 재료에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 고부하, 고회전등의 가혹한 조건하에서 사용되는 내연기관용 복합 습동 재료로서, 내마모성과 비소부성이 뛰어난, 분말 압출하여 가공된 알루미늄계 복합 습동 재료에 관한 것이다.

종래의 분말, 압출에 의한 알루미늄계 습동 재료로서는, 예를 들면 일본국 특공 평 1-27122호가 있다. 이 재료의 조성은 알루미늄 매트릭스내에 Pb, Sn 또는 이들의 합금, 금속 황화물, 금속 산화물, 금속 불화물, 흑연, PTFE, 폴리아미드 등의 플라스틱 재료 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 성분을 0.5-40중량% 첨가하는 것을 필수 조건으로 하고, 선택 성분으로서 Cu, Ni, Si, Mg,Zn을 적어도 하나 이상 첨가하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기한 공지의 알루미늄계 습도 재료는 여러가지 면에서 뛰어난 성능을 가지기는 하지만, 최근의 내연기관의 발달로 인해 고부하, 고회전 등의 가혹한 조건하에서 사용되는 경우에는 이상 마모, 소부 등의 문제를 일으키는 가능성이 매우 높다.

본 발명은 상기한 바아 같은 종래의 습동 재료의 내마모성 및 비소부성을 개선함을 그 목적으로 한다.

즉, 본 발명이 해결하고자하는 과제는 어떠한 종류의 성분을 첨가하면 목적하는 내마모성 및 비소부성의 개선을 이룩할 수 있느냐 하는 것이다.

이상과 같은 과제 해결의 수단으로서, 본 발명은 종래의 알루미늄 또는 알루미늄 합금에, 금속 질화물, 금속 탄화물 금속 인화물 및 금속 붕화물로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 첨가물로서, 비커스 경도 200이상을 가지는 금속화합물을 총계로 0.5~30중량% 첨가하여, 이를 균일하게 분산시켜 함유시킨 알루미늄계 복합 습동 재료로서, 구체적으로는 다음의 (1)~(7)과 같은 습동재료를 제공한다.

(1) A1을 주성분으로 하고, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 인화물 및 금속 봉화물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속 화합물로서, 비커스 경도 200이상을 가지는 금속화합물을 총계로 0.5~30중량% 함유하고, 이 금속 화합물이 A1 중에 미세하고 균일하게 분포된 조직을 가지는 분말, 압출하여 가공된 단체 습동 재료 ;

(2) 상기 (1)의 재료에, 다시 저융점 금속 윤활제를 총계로 0.1~20중량% 함유하는 단체 습동 재료 ;

(3) 상기 (1)의 재료에, 다시 고체 윤활제를 총계로 0.1~20중량% 함유하는 단체 습동 재료 ;

(4) 상기 (1)의 재료에, 다시 저융점 금속 윤활제를 총계로 0.1~20중량% 함유하는 단체 습동 재료 ;

(5) 상기 (1)~(4)중의 하나의 재료에, 다시 A1강도 상승제를 총계로 0.1~20중량% 함유하고, 다시 고체 윤활제를 총계로 0.1~20중량% 함유하는 단체 습동 재료 ;

(6) 상기 (1)~(5)중의 하나의 재료가, 강이금과 결합되어 있는 복합 습동 재료;

(7) 상기 (1)~(5)중의 어느 하나의 재료와 강이금과의 사이에 접착층이 마련되어 있는 복합 습동 재료.

본 발명의 알루미늄계 습동 재료에 있어서, 각 성분 조성에 관한 설명 및 상기 (1)~(5)의 기재와 같이 각 성분 조성을 한정한 이유와 작용은 다음과 같다.

(1) A1을 주성분으로 하고, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 인화물, 금속 붕화물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속 화합물로서, 비커스 경도 200이상을 가지는 금속화합물을 총계로 0.5~30중량% ;

(가) 이들 첨가물은 A1 조직내에 미세, 균일하게 분포됨으로써 습동 재료가 미끄럼 축수로 사용되는 경우, 표면상의 부드러운 A1 매트릭스만 마모하여, 미크로적으로 표면이 요철이 된다. 한편 철(凸)부의 금속화합물은 하중에 견디면서, 그의 비응착성을 유지하여, 내마모성 및 비소부성을 발휘한다. 또, 요(凹)부는 기름이 고이는 역할을 하여, 유막유지를 용이하게 하고, 기름 부족현상을 방지한다. 200Hv보다 적은 경도의 금속화합물은 첨가하더라도 내마모성이 개선되지 않는다.

(나) 이러한 금속화합물의 첨가량이 0.5중량% 이하인 경우에는 첨가량이 너무 적어 상기 (가)와 같은 특성이 얻어지기 힘들고, 첨가량이 30중량% 이상인 경우에는 합금이 취약하게 되고, 또, 충격피로 강도도 열화한다. 또한 제조시 압출 등의 소성 가공성도 나빠진다.

(2) 저융점 금속 윤활제를 총계로 0.1~20중량% ;

(가) 비소부성을 향상시켜, 기계 가공성을 개선한다.

(나) 첨가량이 0.1중량% 이하인 경우에는, 상기 (가)와 같은 효과가 나타나기 힘들어지고, 또 20중량% 이상인 경우에는 A1 매트릭스중에의 균일 분산이 매우 곤란하게 되고, 또한 강도에도 영향을 미친다.

(3) 고체 윤활제를 총계로 0.1~20중량% ;

(가) 비소부성을 향상시킨다.

(나) 첨가량이 0.1중량% 이하인 경우에는, 상기 (가)와 같은 효과가 얻어지기 힘들고, 또 20중량% 이상인 경우에는 합금이 취약하게 되고, 또한 파로강도가 저하한다. 그리고 제조시, 압출 등의 소성 가공성도 나빠진다.

(4) A1 강도 상승제를 총계로 0.1~20중량% :

(가) A1 매트릭스의 기계적 강도를 향상시킨다.

(나) 첨가량이 0.1중량% 이하인 경우에는, 상기 (가)와 같은 효과는 얻어지기 힘들고, 또, 20중량% 이상인 경우에는 합금이 너무 딱딱하게 되고, 소성 가공성, 상용성이 극히 나쁘게 된다.

(5) 본원 발명에서 사용되는 금속화합물이라 함은, 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 인화물, 금속 붕화물을 말한다.

(6) 금속 질화물의 예로는, h-BN(경도 300Hv), c-BN(경도 4500Hv), Si₃N₄(경도 2000Hv), A1N(경도 1200Hv), TiN(경도 1950Hv)등을 들 수 있다.

(7) 금속 질화물의 예로는, SiC(경도 2400Hv), B₄C(경도 300Hv), WC(경도 1780Hv), TiC(경도 300Hv)등을 들 수 있다.

(8) 금속 질화물인 예로는, Fe₂P(경도 1100Hv), Ni₃P(경도 900Hv)등을 들 수 있다.

(9) 금속 붕화물의 예로는, Ni₄B₃(경도 1000Hv), Ni₂B(경도 1000Hv)등을 들 수 있다.

(10) 저융점 금속 윤활제의 예로는, Pb, Sn, Bi 또는 이들의 합금 등을 들 수 있다.

(11) 고체 윤활제의 예로는, 금속 황화물, 금속 산화물, 금속 불화물, 흑연 등을 들 수 있는데, 이때

(12) 금속 황화물의 예로는, MoS, PbS 등을 들 수 있고 ;

(13) 금속 산화물의 예로는, PbO, Pb₃O₄, TiO₂, CdO, ZrO₂, Al₂O₃, SiO₂, MgO, Y₂O₃, BeO, CaO, Fe₂O₃, Cr₂O₃등을 들 수 있으며 ;

(14) 금속 불화물의 예로는, CdF₂, BaF₂, PbF₂등을 들 수 있다.

(15) 또한 A1 강도 상승제의 예로는, Si, Mg, Cu, Ni, Zn, Mn을 들 수 있다.

상술한 바와 같은 조성을 갖는 본원 발명의 A1 합금은 통상의 분말, 압축성형법에 따라 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 이러한 A1 합금은 접착층을 개재하거나 또는 직접 강이금에 결합시킬 수 있다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다.

[실시예 1]

(단체 습동 재료의 제조방법)

표 1에 표시한 시료 No. 1~2의 각 성분 분말을 혼합하고, 이 혼합 분말을 1.5~2.5톤/㎠의 압력으로 가압 성형했다. 이때, A1, Si, Mg, Cu, Ni, Zn 및 Sn은 -60메쉬의 단체 분말 또는 합금 분말을 사용하고, Pb, Sn, B 및 C는 -350메쉬의 단체 또는 합금 분말을 사용하고, 금속 화합물은 1~20㎛의 입경의 분말을 사용했다. 성형물을 A1 합금의 응고 개시온도 이하인 350℃의 온도에서 4시간 열처리한 후, 열처리된 가압 성형(압분)재료를 공구강으로 만들어진 용기내에 주입했다. 그 후에, 압봉으로 2~3톤/㎠의 압력으로 압출 가공을 했다. 압출비는 10~30배(단면 감소율 1/10~1/30)이었다. 이어서 350℃의 온도로 4시간 열처리 한 후 압연기의 롤사이에 상기한 압출 가공 재료를 공급하여, 단면 감소율 50%로 압연하여 소정 두께로 조정했다.

상기 재료로부터 외경 27.2㎜이고 내경 22㎜의 원환상의 소부 시험용 시험편(트러스트 와셔 형)을 제작하여, 표 2에 표시한 조건으로 수부 시험을 행하였다. 그 시험 결과를 표 4에 표시한다(시료번호 4,5,15를 참조).

또, 상기 재료로부터 마찰 시험용 시험편(트러스트와셔 형)을 제작하여, 표 5에 표시한 조건으로 마찰시험을 행하였다. 그 결과도 표 5에 표시한다(시료번호 4,5,15를 참조).

[실시예 2]

실시예 1에서 제조한 단체 습동 재료의 시료번호 1,2,6,7,16을, 두께 2㎜의 강판과 합하여 40% 압하율로 롤압착하여, 복합 습동 재료를 제작했다. 이때 강판의 두께는 1.2㎜이고, 습동층의 두께는 0.5㎜이었다. 표 2에 표시한 조건으로 소부시험을 향하여 그 시험 결과를 표 4에 나타내었다. 동일하게, 실시예 1과 같이 마찰시험을 행하였다. 시험결과는 표 5에 나타낸 바와 같다.

[실시예 3]

(접착층을 가지는 복합 습동 재료의 제조방법)

시료 번호 3,8,9,11,12,13,14,17,18,19,20과 강판을 접착시킴에 있어, 실시예 1에서 기술한 제조 공정에서, 압출 가공을 행할 때에, 합금 압분체의 두께의 1/15의 두께를 가지는 순 알루미늄판을 시료에 합하여 압출하여, 순 알루미늄/습동 재료의 복합체를 만들고, 압연 가공후, 강판의 압하율이 40%가 되는 조건으로 강이금과 롤압착하여, 복합 습동 재료를 만들었다.

이때의 합금층의 두께는 0.4㎜이고, 순 알루미늄의 두께는 0.1㎜이고, 강판의 두께는 1.2㎜이었다.

표 2에 표시한 조건으로 소부시험을 행하였다. 그 시험 결과는 표 4와 같다.

또한, 실시예 1과 같이 마모시험을 행하여, 그 시험 결과를 표 5에 표시한다.

실시예 3에서 접착층으로서 순 알루미늄판을 사용하였으나, 본 발명에서는 알루미늄 합금판, 순 알루미늄분, 알루미늄 합금분 등을 접착층으로 사용하여 실시예 1의 재료와 동시에 압출하고 가공해도 좋다.

표 4, 표 5의 시험 결과로부터, 본 발명의 재료는 종래의 재료에 비해서 향상된 비소부성을 가지며, 또한 내마모성도 향상되어 있다. 예를 들면, 종래제품의 시료번호 18,19,20의 동일성분에, 본 발명의 필수 성분인 h-BN, SiC, WC을 가한 시료인 본 발명품의 시료번호 8,9,10의 시험 결과가 나타내는 것과 같이, 비소부성 및 내마모성이 대단히 개선된 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은, 이와 같은 특정 금속화합물을 첨가한 결과 소기의 목적을 달성하고 있는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서도 많은 상이한 실시 태양을 만들 수 있는 바, 본 발명은 상술한 특정 실시태양에 한정되는 것은 아니다.

[표 1]

주 : 구조의 설명

이금부(합금+이금의 복합체), 중간부(합금+증간접착층+이금의 복합체), 단체(합금 만임)

[표 2]

1(평가법) 축수 배면 온도가 200℃, 또는 마찰력이 50㎏f·m 이상이 된 때, 소부로 평가한다.

[표 3]

[표 4]

[표 5]

Claims

분말 압축 가공된 알루미늄 합금과 이에 결합된 강이금으로 이루어지는 복합 습동 재료에 있어서, 비커스 경도가 200이상인 금속 질화물, 금속 탄화물, 금속 인화물 및 금속 붕화물로 구성된 그룹중에서 선택된 1종이상의 금속 화합물을, 총계로 0.5~30중량% 함유하고, 이 금속화합물이 A1중에 미세 균일하게 분포되며, 또한 Pb, Sn, Bi 또는 이들의 합금으로 이루어진 저융점금속 윤활제를 총계로 0.1~20중량% 함유하며, 잔부는 A1인 것을 특징으로 하는 복합 습동 재료.
제1항에 있어서, 상기한 A1 합금과 강이금과의 사이에 접착층이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 습동 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 A1 합금이 흑연, MoS, PbS, PbO, Pb₃O₄, PbF₂중에서 선택된 1종 이상의 고체 윤활체를 총량으로 0.1~20중량% 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 복합 습동 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 A1 합금이 Si, Mg, Cu, Ni, Zn, Mn 중에서 선택된 1종 이상의 알루미늄 강도상승제를 총량으로 0.1~20중량% 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 복합 습동 재료.
제3항에 있어서, 상기한 A1 합금이 Si, Mg, Cu, Ni, Zn, Mn 중에서 선택된 1종 이상의 알루미늄 강도상승제를 총량으로 0.1~20중량% 더욱 함유하는 것을 특징으로 하는 복합 습동 재료.