KR940011337B1 - 슬라이딩 부재 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

슬라이딩 부재 및 그의 제조방법
본 발명은 마찰 및 마모 특성이 우수한 슬라이딩 부재 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
"슬라이딩 부재"라 함은 베어링 부쉬, 슈즈, 슬라이드 플레이트 및 클러치, 브레이크 등에 사용되는 슬라이딩 부재와 콜렉터 등과 같은 슬라이딩 부재를 생산하는데 사용되는 내마찰성 재료로서 사용하는데 적합한 자기윤활부재 또는 베어링 부재 또는 평베어링을 포함하는 구조체로서 이해되는 것이다.
"평베어링 또는 베어링 부재 또는 자기윤활부재"라 함은 적어도 외부에의 노출표면에 또는 그에 인접하여 다공칠정등이 PTFE 및 납 등의 혼합물로써 주입되어 표면처리된 매트릭스로 구성되는 다공질청등의 층을 접착시킨 금속이금(steel backing)을 포함하는 것으로써 이해되는 것이다.
종래의 슬라이딩 부재 및 그의 제조방법에 관해서는 예를 들어 일본국 특허공보(특허공고)(1)(2)와 일본국 특허공개공보(3)에 개시되어져 있다. 상기 일본국 특허들의 요지는 금속이금의 표면과 다공질부분에의 함침 및 피복 정도로서 나타내어진 아래(1)(2)(3)에서와 같은 함침 피복용 조성물과 다공들이 형성되어진 다공질금속 표면상에 형성된 다공질 금속층을 갖는 금속이금을 포함하는 슬라이딩 부재에 관한 것이다.
(1) 일본국 특공 소 제39-16950호는 함침피복용 조성물로써 용량퍼센트로 PTFE-20Pb 또는 PTFE-20PbO를 사용(PTFE:폴리테트라플루오로에틸렌).
(2) 일본국 특공 소 제61-52322호는 함침피복용 조성물로써 용량 퍼센트로 PTFE-20PFA를 사용(PFA:테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비닐에테르 코폴리머).
(3) 일본국 특개 소 제59-103022호는 함침피복용 조성물로써 용량퍼센트로 PTFE-10PFA-20Pb를 사용.
여기에서, 일본국 특허(1)에는 그의 공보 1페이지의 우측란의 제21행과 22행에 실시예로서 사용된 금속납 형태로서 300B.S.S. 메쉬를 갖는 거친 납 분말이 개시되어 있음을 주시해야만 한다. 상기 납분말은 500cm2/g의 중량당 표면적의 비값을 갖고, 매우 작은 비표면적 값을 갖는 납분말이 사용됨을 알 수 있다. 또한, 상기 일본국 특허(2), (3)에 사용된 납분말 역시 당시의 기술수준을 고려할 때 상기 일본국 특허(1)에서 사용된 것과 거의 유사함을 알 수 있다. 덧붙여서, 상기의 종래기술 (2), (3)은 여러종류의 용융가능한 불화탄소 수지를 사용하고 있다.
매우 작은 비표면적을 갖는 납분말과 같이 매우 조악한 납분말과 여러종류의 용융가능한 불화탄소수지가 사용되는 상기 일본국 특허(1), (2), (3)이 개시된 종래의 기술에 따른 슬라이딩 부재 및 그의 제조방법은 슬라이딩 부재가 건조상태하에서 슬라이딩 작용을 행할 때의 마찰 및 마모특성과, 슬라이딩 부재가 주변윤활 또는 반건조 윤활 상태하에서 슬라이딩 작용을 행할 때의 내 공동현상(cavitation proofing) 특성 모두를 만족시키지는 못한다.
본 발명에 의해 해결하고자 하는 과제는 금속납의 크기정도를 결정하는 것과, 상기 특성들 모두를 개선하여 만족시키기 위한 특정의 불화탄소수지를 선택하고자 하는 것이다.
본 발명의 목적은 단일 부재에 있어 별개의 종래 발명에 있어서의 각기 다른 특성들을 모두 동시에 만족시키고자 하는 것이다.
본 발명의 목적을 성취하기 위한 수단으로서, 아래의 (1)에서 (4)까지의 슬라이딩 부재 및 그의 제조방법이 제공된다.
(1) 부재의 표면에 다공질이 형성되어 있는 다공질 금속층을 갖도록 된 금속이금과 다공질 및 부재의 표면에 함침피복시키기 위한 함침피복용 조성물(a)을 포함하는 슬라이딩 부재.
상기 함침피복용 조성물은 다음 (a)과 같은 조성으로 이루어진다.
(a) PFA와 EPE 및 FEP로 조성되는 A그룹(용융가능한 불화탄소수지)으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질이 0.5~30용량%, 평군 입자크기에 있어 1,000-8,500cm2/g의 비표면적을 갖는 금속납이 5~30용량%, 그리고 나머지 부분은 거의 PTFE로 조성되고, PTFE 이외의 각 구성요소의 전체조성량이 5.5~50용량%가 된다.
(2) 상기 (1)에서 기술된 함침피복용 조성물을 금속이금의 표면상에 형성된 다공질 금속층에 한정되는 다공질 및 그의 표면상에 함침 및 피복시키는 단계와, 그 다음 중성 분위기 또는 환원성 분위기중에서 상기 함침피복용 조성물(a)을 상기 금속이금상에 소성처리하는 단계를 포함하는 슬라이딩 부재의 제조방법.
(3) 부재의 표면에 다공질이 형성되어 있는 다공질 금속층을 갖도록 된 금속이금과 다공질 및 부재의 표면에 함침피복시키기 위한 함침피복용 조성물(b)을 포함하는 슬라이딩 부재.
상기 함침피복용 조성물을 다음 (b)과 같은 조성으로 이루어진다:
(b) PFA와 EPE 및 FEP로 조성되는 A그룹(용융가능한 불화탄소수지)으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질이 0.5~30용량%, 평균입자 크기에 있어 1,000-8,500cm2/g의 비표면적을 갖는 금속납이 5~30용량%, 금속산화물, 금속불화물, 흑연 등과 같은 고체 윤활제와, 탄소함유, 유리섬유 등과 같은 섬유재료와, SiC 등과 같은 세라믹으로 조성되는 B그룹(충전제)으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질이 0.5~30용량%, 그리고 나머지 부분은 거의 PTFE로 조성되고, PTFE 이외의 각 구성 요소의 전체 조성량이 6~50용량%가 된다.
(4) 상기(3)에서 기술된 함침피복용 조성물을 금속이금의 표면상에 형성된 다공질 금속층에 한정되는 다공질 및 그의 표면상에 함침 및 피복시키는 단계와, 그 다음 중성분위기 또는 환원성 분위기 중에서 상기 함침피복용 조성물 (b)을 상기 금속이금상에 소성처리하는 단계를 포함하는 슬라이딩 부재의 제조방법.
각각 약자로 표시된 물질들은 각각 다음과 같은 기재를 나타내는 것으로, EPE는 플루오로에틸렌 프로필렌 에테르 수지이고, FEP는 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 코폴리머 수지이다.
본 발명에 따른 슬라이딩 부재와 그의 제조방법에 있어서 함침피복용 조성물이 첨부되는 청구범위 및 장점의 가치가 있는 효과에 한정되는가에 대한 설명이 이어지게 된다.
상기 함침피복용 조성물(a)에 있어서, 먼저 이 함침피복용 조성물(a)을 종래기술인 일본국 특허공개 제59-103022호 (3)에서 용융가능한 불화탄소수지로서 개시되어진 EPE와 PCTFE, PVDF, ETFE, PFA, FEP와 비교하는 것이 중요하다. 본 발명의 중요한 특성중의 하나는 상기 용융가능한 불화탄소수지중의 오직 PFA, EPE 및 FEP만이 PTFE와 함께 양호하게 융합하게 된다는 것이다.
다음에는 상기 물질들의 수치값의 한계에 관해 기술된다. PFA, EPE 및 FEP로 조성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 한 종류이 함량이 0.5용량% 이하인 경우, 내마모 특성 및 내공동화 특성이 크게 저하되어진다. 또한, 30용량%를 초과하는 경우에는, 마찰 계수 및 마찰 온도가 증가하게 되고 열에 의해 후에 슬라이딩 표면을 유동성 있게 만들게 된다. 따라서 30용량%를 초과하는 것은 바람직하지 못하다. 그러나, 초기에 있어서의 내마모성은 개선되어진다.
결과적으로, 상기 물질의 함량은 청구범위에 기술한 수치값으로서 제한되어진다. 또한, 이러한 용융가능한 불화탄소수지들은 PTFE와 함게 양호하게 융합되어 중합체 합금으로의 구성이 행해지고, 이러한 특성은 특히 전술한 일본국 특허공고 제61-52322호에 개시된 바와 같이 윤활성에 있어 내공동화 특성을 개선시키는데 매우 중요한 것이 된다. 반면에, PTFE 매트릭스로 조정되는 조성물층의 내공동화 특성은 무게와 비교하여 표면적이 상대적으로 큰 금속납의 첨가로 인하여 크게 저하되고, 또한 함침피복용 조성물(a)에서 기술된 바와 같이 이와 같은 내공동화 특성의 저하는 PTFE와 함께 중합체 합금으로 제조되는 용융가능한 불화탄소수지에 의해 개선되어지게 된다.
PTFE내에 흩어지게 되는 경우, 금속납 분말은 장점이 되는 효과를 갖게되어 PTFE가 슬라이딩 부재의 접촉부재(일반적으로, 강 또는 스테인레스 강)에 전달 및 침적되고, 이는 저마찰 특성 및 저마모특성을 제공하게 된다. 이러한 현상은 종래기술인 전술한 일본국 특허공고 제39-16950호에 개시되어 있다.
그럼에도 불구하고, 본 발명은 상업적으로 사용 가능하고 각각 균일한 크기를 갖는 금속납 분말로 분류되고, 평균 입자크기에 있어 500cm2/g의 종래기술의 경우보다 10배가 되는 5,000cm2/g을 무게당 표면적 비값을 얻을 수 있도록 여러가지 방법으로 여러개의 다른 크기의 분말들을 조합하게 되며, 이러한 분말은 마찰성이 상당히 감소하고 마모성도 작게됨을 알게 되었다. 이는 PTFE의 전술한 바와 같은 전이 및 침적의 효과가 보다 미세한 부분까지 훨씬 신속하고 효율적으로 수행되어지는 결과에 따른 것이다.
비표면적이 1,000~8,500cm2/g으로 이루어지는 이유는 비표면적이 1,000cm2/g 미만일 때는 마찰 및 마모특성이 종래 기술에서와 거의 같게 되고, 8,500cm2/g을 초과하는 비표면적을 갖는 금속분말을 산업적으로 생산해내기가 어렵게 되기 때문이다.
30용량%를 초과하는 첨가용량은 용융성의 불화탄소수지가 부가되는 경우라도 내공동화 특성을 유지하기가 어렵게 된다. 또한 첨가용량이 5용량% 미만이 되면 필요한 만큼의 마찰 및 마모특성을 제공할 수 없게 된다.
따라서, 추가되어지는 첨가용량은 5~30용량%로 설정된다. 금속납분말은 가스분무나 물분무 및 스탬프 밀링 방법을 통해 제조된다.
또한, 금속산화물, 금속불화물, 흑연, MoS2, WS2, PbS등과 같은 고체 윤활제와, 탄소섬유 등과 같은 섬유재료와, SiC와 같은 세라믹으로 조성되는 그룹으로부터 선택되는 적어도 한 종류의 물질의 첨가는 마찰 및 마모 특성이 개선되어지도록 해준다. 그러나, 상기 그룹으로부터 선택된 한 종류의 물질의 첨가량이 0.5용량% 미만이 되면, 마찰 및 마모특성을 개선시키기 위한 첨가작업의 실행이 아무런 효과도 나타내지 못하게 되고, 따라서 아무런 의미도 없게 된다. 또한, 상기 첨가량이 30용량%를 초과하면 되면 슬라이딩 못하게 되고, 따라서 아무런 의미도 없게 된다. 또한, 상기 첨가량이 30용량%를 초과하게 되면 슬라이딩 부재가 약화되어지고, 따라서 이러한 슬라이딩 부재는 실제상으로 적용시켜 사용할 수 없게 된다. 따라서, 상기의 적어도 한 종류의 물질의 첨가량은 0.5~30용량%의 범위이내의 것이 되어야 한다.
금속 산화물은 Zn, Al, Sb, Y, In, Zr, Mo, Cd, Ca, Ag, Cr, Co, Ti, Si, Mn, Sn, Ce, W, Bi, Ta, Fe, Cu, Pb, Ni, Te, Nb, Pt, V, Pd, Mg, Li로부터 선택된 단일 산화물과 CoO, Al2O3, TiO2, ZnO2, PbO TiO2, CoO SnO2, MgO Al2O3, ZrO2SiO2, CoO Al2O3MgO, CoO Al2O3Cr2O3, CoO ZnO MgO, Pb3O4Sb2O3TiO2, Cr2O3Sb2O3TiO2, Cr2O3CuO MnO2, CoO Cr2O3Fe2O3, CoO ZnO2, NiO2TiO2, CoO Cr2O3MnO2Fe2O3와 같은 복합 금속산화물로 조성되는 산물을 포함하고, 금속불화물은 PbF2, AlF3, CdF2, BaF2등을 포함하며, 섬유 부재는 천연섬유 및 탄소섬유나 유리섬유 및 목면(셀룰로즈), 아스베스토스, 광질면, 칼륨 티탄에이트 섬유, 방향족 폴리아미드 섬유 등과 같은 인조섬유를 포함하고, 세라믹은 SiC, TiC, TiN, B4C, BN, Si3N4, AlN, HfN, TaN, WC, TaC, VC, ZrC 등을 포함한다.
본 발명에 사용되는 금속납분말을 지금 공업상으로(Metallurgically) 생산제조 가능한 순수 Pb으로 이루어진다. 금속납분말은 어떠한 일반적인 금속의 경우에서와 같이 대부분이 산화처리된 극단표면을 갖는다. 그러나 이 표면은 327℃의 용융점에서는 외견상으로 회색 또는 검은색으로 관찰된다.
표면층내의 큰 금속납은 주로 PTFE로 조성되는 조성물내에 포함되어져 있고, PTFE가 소성단계에서 미소 입자로 조성되기 때문에, 조성물은 통기성을 갖고, 금속납은 산화에 민감한 반응을 나타내게 된다. 따라서, 마찰 및 마모 시험이 완전하게 산화된 납으로 채워진 슬라이딩 부재를 사용하여 실행되어지는 경우, 본 발명의 슬라이딩 부재의 것과 비교하여 성능 및 내공동화 특성이 열등한 것이 된다. 이것은 PTFE와 납산화물 사이의 열등한 습윤성 때문이라 생각된다.
따라서, 본 발명에 따른 제조방법은 슬라이딩 부재가 부분적으로 산화되어지는 것을 방지하기 위하여 소성가공이 비산화성 분위기중에서 실행되는 것을 특징으로 한다.
[실시예]
본 발명의 실시예들이 후술되어진다.
동(bronze) 분말이 청동도금 강 소성 금속상에서 다공질에 소결한다.
그다음, 표 1에 나타내진 합침피복용 조성물이 상기 다공질 청동층의 다공부분 및 그의 표면에 롤들 사이를 통하여 동으로서 소결처리된 소성금속을 통과시킴으로서 함침피복 처리된다.
그 다음에, 강소성 금속이 통상 분위기 또는 비산화성 분위기중에서 327~400℃의 온도에서 소성처리되고, 균일한 두께로 형성되어지도록 롤들을 통하여 통과되어지도록 한다. 이에 따라, 종래의 슬라이딩 부재(시료 No. 1-4) 및 본 발명의 슬라이딩 부재(시료 No.5-17)가 얻어지게 된다.
표 1에는 상기 시료들의 시험결과가 나타내져 있고, 표 2 및 표 3은 상기 시료들의 시험조건들이 나타내져 있다.
본 발명에 사용된 소결금속은 동과 같은 청동합금 또는 스테인레스 스틸과 같은 강이 아닌 금속이고, 소결금속과 다공질층 사이에 아무런 도금처리가 가해지지 않으며, 청동이나 합금이 아닌 금속이 그 사이에 도금처리되어진다. 그리고, 소결금속상에 형성된 다공질층은 동이나 납 동 등과 같은 청동합금이 아닌 금속 또는 합금으로 조성된다.
소성작업이 중성 분위기 또는 환원성 분위기 중에서 실행되어지는 이유는 함침피복용 조성물내의 납분말이 소성과정중에 산화되어지는 것을 방지하기 위한 것이다.
[표 1]
Figure kpo00001
[표 2]
Figure kpo00002
[표 3]
Figure kpo00003
표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 종래의 슬라이딩 부재(시료 No.1-4)를 본 발명의 슬라이딩 부재(시료 No. 5-17)와 비교했을 때, 본 발명에 따른 슬라이딩 부재의 마찰 마모특성이 훨씬 더 크게 개선되었고, 윤활제에 있어 내공동화 특성도 큰 비표면적을 갖는 금속납 분말이 첨가됨에도 불구하고 용융성 불화탄소수지의 첨가에 따른 결과로서 용적에 있어서의 감소없이 종래의 슬라이딩 부재(시료 No. 1)에서와 거의 같거나 또는 더 양호하게 됨을 알 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 슬라이딩 부재는 마찰 및 마모특성에 있어 개선점을 얻을 수있고, 이것이 본 발명의 목적이며 또한 슬라이딩 특성에 있어 매우 중요한 것이다.
이제까지 본 발명이 기술되었으나, 본 발명은 여러방법을 통해 변형실시가 가능함은 분명하다. 이와 같은 변형실시예는 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어난 것으로 이해되기 어려운 것이며, 본 기술분야에 있어서 숙련된 자에 의한 이와 같은 모든 변형실시예는 첨부된 청구범위내에 포함되어지는 것이다.

Claims (4)

  1. 표면상에 형성되고 있고 다공들이 한정되어진 다공질 금속층과 표면 및 다공들에 함침되고 피복되어지는 함침피복용 조성물을 갖는 금속이금을 포함하는 슬라이딩 부재로서, 상기조성물이 (a) PFA, EPE 및 FEP로 조성되는 A그룹(용융성 불화탄소수지)으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질이 0.5~30용량%, 그리고 평균입자 크기에 있어 1,000-8,500cm2/g의 비표면적을 갖는 금속납이 5~30용량%, 그 나머지 부분은 실질적으로 PTFE로 조성되는 것으로서, PTFE를 제외한 각 구성 재료의 전체 함량이 5.5~50용량%로 조성되는 슬라이딩 부재.
  2. 금속이금의 표면상에 형성된 다공질 금속층에 한정된 다공들과 표면에 제1항에 따른 함침피복용 조성물(a)을 함침 및 피복시키는 단계와, 그 후에 중성분위기 또는 환원성 분위기 중에서 상기 함침피복용 조성물(a)로써 상기 금속이금을 소성처리하는 단계를 포함하는 슬라이딩 부재의 제조방법.
  3. 표면상에 형성되어 있고, 다공들이 한정되어진 다공질 금속층과 표면 및 다공들에 함침되고 피복되어지는 함침피복용 조성물을 갖는 금속이금을 포함하는 슬라이딩 부재로서, 상기 조성물이 (b) PFA, EPE 및 FEP로 조성되는 A그룹(용융성 불화탄소수지)으로부터 선택되는 적어도 하나의 물질이 0.5~30용량%, 그리고 평균입자 크기에 있어 1,000-8,500cm2/g의 비표면적을 갖는 금속납이 5~30용량%, 금속산화물이나 금속불화물, 흑연 등과 같은 고체 윤활제와 탄소함유, 유리섬유 등과 같은 섬유재료와 SiC와 같은 세라믹으로 조성되는 B그룹(충전제)으로부터 선택된 적어도 한 종류의 물질이 0.5~30용량%, 및 그 나머지 부분이 실질적으로 PTFE로 조성되는 것으로서, PTFE를 제외한 각 구성재료의 전체함량이 6-50용량%로 조성되는 슬라이딩 부재.
  4. 금속이금의 표면상에 형성된 다공질 금속층에 한정된 다공들과 표면에 제3항에 따른 함침피복용 조성물(b)을 함침 및 피복시키는 단계와, 그 후에 중성분위기 또는 환원성 분위기중에서 상기 함침피복용 조성물(b)로써 상기 금속이금을 소성처리하는 단계를 포함하는 슬라이딩 부재의 제조방법.
KR1019910003013A 1990-02-27 1991-02-25 슬라이딩 부재 및 그의 제조방법 KR940011337B1 (ko)

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JP2-46870 1990-02-27
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