JP6548952B2 - 焼結軸受及びその製造方法 - Google Patents
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Description
部分拡散合金粉としては、図4に示すように、鉄粉12の表面に多数の銅粉13を部分拡散させて接合したFe−Cu部分拡散合金粉11が使用される。部分拡散合金粉11の拡散部分はFe−Cu合金を形成している。詳しくは、図4中の部分拡大図に示すように、鉄粉12と銅粉13との境界において、鉄組織中に銅組織の一部(銅原子13a)が拡散すると共に、銅組織中に鉄組織の一部(鉄原子12a)が拡散することで、鉄原子12aと銅原子13aが一部置換された結晶構造を有する。
扁平銅粉は、水アトマイズ粉等からなる原料銅粉を搗砕(Stamping)又は粉砕することで扁平化させたものである。扁平銅粉は、箔状を成し、具体的には長さLと厚さtのアスペクト比L/tが10以上のものである。本実施形態では、扁平銅粉として、長さLが20μm〜80μm、厚さtが0.5μm〜1.5μm(アスペクト比L/t=13.3〜160)のものが主に用いられる。ここでいう「長さ」および「厚さ」は、図6に示すように個々の扁平銅粉15の幾何学的な最大寸法をいう。扁平銅粉の見かけ密度は1.0g/cm3以下とする。以上のサイズ、及び見かけ密度の扁平銅粉であれば、金型成形面に対する扁平銅粉の付着力が高まるため、金型成形面に多量の扁平銅粉を付着させることができる。
金型成形面に扁平銅粉を付着させるため、扁平銅粉には予め流体潤滑剤を付着させておく。この流体潤滑剤は、原料粉末の金型充填前に扁平銅粉に付着させていればよく、好ましくは原料粉の混合前、さらに好ましくは原料銅粉を搗砕する段階で原料銅粉に付着させる。搗砕後、他の原料粉体と混合するまでの間に扁平銅粉に流体潤滑剤を供給し、攪拌する等の手段で扁平銅粉に流体潤滑剤を付着させてもよい。金型成形面上の扁平銅粉の付着量を確保するため、扁平銅粉に対する流体潤滑剤の配合割合は0.1重量%以上、望ましくは0.2質量%以上とする。また、扁平銅粉同士の付着による凝集を防止するため、扁平銅粉に対する流体潤滑剤の配合割合は0.8重量%以下、望ましくは0.7質量%以下とする。流体潤滑剤としては、脂肪酸、特に直鎖飽和脂肪酸が好ましい。この種の脂肪酸は、Cn-1H2n-1COOHの一般式で表される。この脂肪酸としては、nが12〜22の範囲のもので、具体例として例えばステアリン酸を使用することができる。
低融点金属粉は、錫、亜鉛、リン等の低融点物質を含み、銅よりも低融点で、且つ、焼結温度よりも低融点の金属粉である。本実施形態では、低融点金属粉として、融点が700℃以下の金属粉、例えば錫粉、亜鉛合金粉(亜鉛−銅合金粉)、リン合金粉(リン−銅合金粉)等の粉末が使用される。この中でも焼結時の蒸散が少ない錫粉が好ましい。低融点金属粉は、部分拡散合金粉11よりも粒径が小さいものを使用するのが好ましい。本実施形態では、低融点金属粉の粒径が5μm〜45μmとされる。これらの低融点金属粉は銅に対して高いぬれ性を持つ。原料粉に低融点金属粉を配合することで、焼結時には先ず低融点金属粉が溶融して銅粉の表面をぬらし、銅の鉄への拡散を進行させる。これにより、鉄粒子と銅粒子の間、および銅粒子同士の間の結合強度が強化される。
固体潤滑剤粉は、軸2との摺動による金属接触時の摩擦低減のために添加され、例えば黒鉛が使用される。この時、黒鉛粉としては、扁平銅粉に対する付着性が得られるように、鱗状黒鉛粉を使用するのが望ましい。固体潤滑剤粉としては、黒鉛粉の他に二硫化モリブデン粉も使用することができる。二硫化モリブデン粉は層状結晶構造を有していて層状に剥離するため、鱗状黒鉛と同様に扁平銅粉に対する付着性が得られる。
原料粉末における上記各粉末の配合比は、部分拡散合金粉(粒径45μm以下の粒状の単体銅粉を含む)を75〜95質量%、扁平銅粉を5〜20質量%、低融点金属粉(例えば錫粉)を0.8〜6.0質量%(好ましくは2.0〜3.0質量%)、固体潤滑剤粉(例えば黒鉛粉)を0.3〜1.0質量%とするのが好ましい。また、部分拡散合金粉に混入した粒径45μm以下の粒状の単体銅粉(すなわち、篩分けにより部分拡散合金粉から脱落した単体銅粉)の割合は、原料粉末全体の10質量%以下とされる。各粉末を上記の配合比としたのは以下の理由による。
以上に述べた各粉末の混合は、2回に分けて行うのが望ましい。先ず、一次混合として、鱗状黒鉛粉と、予め流体潤滑剤を付着させた扁平銅粉とを公知の混合機で混合する。次いで、二次混合として、一次混合粉に部分拡散合金粉(粒径45μm以下の粒状の単体銅粉を含む)、および低融点金属粉を添加して混合する。扁平銅粉は、各種原料粉末の中でも見かけ密度が低いため、原料粉中に均一に分散させるのが難しい。そこで、一次混合で見かけ密度が同レベルの扁平銅粉と黒鉛粉とを予め混合しておくと、扁平銅粉に付着した流体潤滑剤等により、図7に示すように、扁平銅粉15と黒鉛粉14が互いに付着して層状に重なり、扁平銅粉の見かけ密度が高まる。これにより、二次混合時に原料粉末中に扁平銅粉を均一に分散させることが可能となる。一次混合時に、別途潤滑剤を添加すれば、扁平銅粉と黒鉛粉の付着がさらに促進されるため、二次混合時に扁平銅粉をより均一に分散させることが可能となる。ここで添加する潤滑剤としては、上記流体潤滑剤と同種または異種の流体状潤滑剤の他、粉末状のものも使用可能である。例えば上述した金属セッケン等の成形助剤は一般に粉状でありながら、ある程度の付着力を有するので、扁平銅粉と黒鉛粉の付着より促進させることができる。
二次混合後の原料粉末は成形機の金型20に供給される。図8に示すように、金型20は、コア21、ダイ22、上パンチ23、および下パンチ24からなり、これらによって区画されたキャビティに原料粉末が充填される。上下パンチ23,24を接近させて原料粉体を圧縮すると、原料粉末が、コア21の外周面、ダイ22の内周面、上パンチ23の端面、および下パンチ24の端面からなる成形面によって成形され、円筒状の圧粉体25が得られる。
その後、圧粉体25は焼結炉にて焼結される。本実施形態では、鉄組織が、フェライト相とパーライト相の二相組織となるように焼結条件が決定される。このように鉄組織をフェライト相とパーライト相の二相組織とすれば、硬質のパーライト相が耐摩耗性の向上に寄与し、高面圧下での軸受面の摩耗を抑制して軸受寿命を向上させることができる。
1a 軸受面
2 軸
11 部分拡散合金粉
12 鉄粉
13 銅粉
13’ 単体銅粉
14 黒鉛粉
15 扁平銅粉
16 低融点金属粉
17 合金相
18 結晶粒界
19 鉄粉
31(31a〜31d) 銅組織
32 遊離黒鉛
33 鉄組織
34 青銅相
S1 表面層
S2 ベース部
Claims (9)
- 鉄粉と銅粉の部分拡散合金粉で形成された鉄組織及び銅組織を主体とし、銅を25〜45質量%含む焼結軸受であって、
粒径10μm以上45μm以下の粒状の単体銅粉で形成された銅組織を有し、前記単体銅粉で形成された銅組織の割合が10質量%以下であり、圧環強さが350MPa以上であることを特徴とする焼結軸受。 - 前記部分拡散合金粉が、粒径が106μmより大きい粉末を30質量%以上含む請求項1記載の焼結軸受。
- 密度が7.0g/cm3以上である請求項1又は2記載の焼結軸受。
- 銅よりも融点の低い低融点物質を2〜3質量%含む請求項1〜3の何れかに記載の焼結軸受。
- 表面と略平行に配置された扁平銅粉を主体として形成された表面層を有する請求項1〜4の何れかに記載の焼結軸受。
- 表面と略平行に配置された扁平銅粉を主体として形成された表面層を有し、
錫を2〜3質量%含み、
前記鉄組織の表面に、青銅相と、鉄、銅、および錫からなる合金相とが形成された請求項1〜3の何れかに記載の焼結軸受。 - 前記部分拡散合金粉の粒径が、焼結軸受の最小肉厚の1/2以下である請求項1〜6の何れかに記載の焼結軸受。
- 振動モータに使用される請求項1〜7の何れかに記載の焼結軸受。
- 鉄粉の周囲に粒径10μm以上45μm以下の銅粉を拡散付着させた部分拡散合金粉を、目開きが125μm以上の篩を通過させることにより分級する工程と、分級した部分拡散合金粉を75質量%以上含む原料粉末を圧縮成形して圧粉体を形成する工程と、前記圧粉体を焼結して、銅を25〜45質量%含む焼結体を形成する工程とを含む焼結軸受の製造方法であって、
前記原料粉末のうち、前記分級により部分拡散合金粉から脱落した単体銅粉の割合が10質量%以下であり、前記焼結体の圧環強さが350MPa以上であることを特徴とする焼結軸受の製造方法。
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