KR100286246B1

KR100286246B1 - 미끄럼베어링 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100286246B1
Application number: KR1019980007387A
Authority: KR
Inventors: 이우천
Original assignee: 이우천
Priority date: 1997-04-19
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2001-05-02
Also published as: KR19980019316A; KR970045877A

Abstract

본 발명은 미끄럼베어링 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 강철이면금속(steel-back metal)에 철계 소결합금층이 접합되어 이루어짐으로써 하중이송능력(load-carrying capacity), 피로강도 및 압입성을 향상시킬 수 있음과 아울러 이탈방지 및 배면오일손실을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 미끄럼베어링은, 강철이면금속과; 상기 강철이면금속에 소결과 동시에 접합되며, 동 10-30 중량부, 나머지가 철로 이루어진 철계소결합금층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 부시형 미끄럼베어링 제조방법은, 중앙에 코어가 설치되도록 중공을 가짐과 아울러 하단에 하부가압부재가 설치된 성형장치의 형틀에 구리도금처리된 강철이면금속을 삽입하는 단계와; 상기 코어와 강철이면금속과의 사이에 동이 10∼30중량부, 흑연이 6.5중량부 이하, 그리고 잔부가 철로 조성된 금속혼합분말을 채운 다음 형틀의 상단에 상부가압부재를 삽입하는 단계와; 상기 상부가압부재 또는 하부가압부재를 각각 50-300kg/cm²의 압력으로 선택적으로 가압하여 상기 금속혼합분말을 성형하는 단계와; 상기 성형단계에서 생성된 성형체를 강철이면금속과 함께 소정의 가스분위기하에서 1065-1095℃의 온도로 3-25분간 유지시킴으로써 상기 성형체를 소결합금층으로 소결함과 동시에 강철이면금속에 접합시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

미끄럼베어링 및 그 제조방법{Side Bearing and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 미끄럼베어링 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 강철이면금속(steel-back metal)에 철계 금속혼합분말 성형체가 소결과 동시에 접합되어 소결합금층이 형성됨으로써 하중이송능력(면압)(load-carrying capacity), 피로강도 및 압입성을 향상시킬 수 있는 미끄럼베어링 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 미끄럼베어링은 중장비, 프레스, 사출기, 차량, 공작기계, 산업 기계 등의 구동부위나 슬라이딩부위에 사용되어 축, 저널 또는 카운트 플레이트 등을 지지하는 기계요소로서, 부시형, 분할형, 플레이트형 등 다양한 형태로 이루어지며, 통상 강철이면금속에 동계 합금, 알루미늄계 합금, 구리-납계 합금, 동계 및 합성수지계 복합재 등이 접합되어 이루어진다.

이러한 종래 미끄럼베어링들의 구성에 대하여 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

첫째, 강철이면금속에 알루미늄계 합금층이 접합된 미끄럼베어링을 들 수 있다. 이 미끄럼베어링은 한국 특허공고 제96-3902호에 게재된 바와 같이, 강철이면 금속과, 상기 강철이면금속에 접착되는 중간접착층과, 상기 중간 접착층에 접착되는 알루미늄 베어링 합금층으로 이루어진다. 상기 알루미늄 베어링 합금층은 주석, 규소가 소량 포함되고, 상기 중간접착층은 망간, 구리, 마그네슘이 선택적으로 1종이상 소량 포함된 알루미늄합금층으로 이루어진다.

둘째, 구리-납계 합금층이 접합된 미끄럼베어링을 들 수 있다. 이 미끄럼베어링은 한국 특허공고 제96-990호에 게재된 바와 같이, 강철이면금속과, 상기 강철 이면금속에 결합된 구리-납계 베어링 합금층, 그리고 베어링 합금층에 결합된 주석 함유 납 합금의 오버레이를 가지는 다층 구조로 이루어진다.

셋째, 표면에 합성수지를 주성분으로 하는 베어링층을 가지는 미끄럼베어링을 들 수 있다. 이 미끄럼베어링은 한국 특허공고 제92-8640호에 게재된 바와 같이, 강판 등의 내부금속 위에 다공질 금속층이 형성되며, 이 다공질금속층의 표면을 덮어서 그 일부가 다공질 금속층의 공극 중에 함침되도록 형성된 윤활성 합성수지를 주성분으로 하는 베어링층으로 이루어져 있으며, 함침부와 베어링층은 4-플루오르화에틸렌 수지와 고체윤활제를 공응결시켜 4-플루오르화에틸렌수지의 미세분말입자와 고체윤활제의 미세분말입자가 서로 응집되어 이루어진다.

그러나, 상기한 바와 같이 구성된 종래 미끄럼베어링들에 있어서는, 미끄럼 상대요소와 접촉하는 합금층이 비교적 강도가 낮은 동, 동-주석, 동-납, 알루미늄, 합성수지계로 이루어짐으로써 허용하중 300 - 500 kg/cm²이상의 고하중용으로 사용하기에는 부적당하고, 또한 열처리에 의하여 경도를 높일 수 없으므로 내모마성이 떨어진다.

이러한 문제점을 감안하여 미끄럼베어링으로서 강철이면금속 없이 철계소결 합금층만으로 이루어진 소결합금베어링도 사용되고 있다. 그러나, 이 미끄럼베어링은 강철이면금속 없이 철계 소결합금층 만으로 이루어짐으로써 하중이송능력(면압)이 비철계합금베어링보다는 우수하지만, 하중이송능력에는 한계가 있기 때문에 주로 직경 및 길이가 각각 5-50 mm 범주 내의 소형으로 사용되며, 고하중용으로는 부적당하다.

따라서 본 발명에서는 상기한 바와 같은 문제점들을 감안하여 강철이면금속에 철계 소결합금층을 접합하여 이루어지는 미끄럼베어링을 제안하였다.

이 미끄럼베어링에 있어서는, 하중이송능력(load-carrying capacity), 피로강도 및 압입성, 이탈방지 및 배면오일손실을 방지 등의 조건을 감안하여 주성분으로서 열처리가 가능한 철 성분이 70중량부 이상 포함되고, 10 내지 30퍼센트 범위의 기공도를 가지는 소결합금층이어야 하나, 이 조건을 만족시키면서 강철이면 금속에 오버레이하는 것이 매우 힘들다. 왜냐하면, 이러한 조성의 철계혼합분말체를 소결할 때에는 치밀화 현상 때문에 수축이 심하고, 또한 해당 소결온도에서 강철이면금속은 팽창하므로 철계소결체와 강철이면금속은 접합이 되지 않고 분리된 상태로 제조되기 때문이다.

이러한 이면금속과 소결합금층과의 접합의 곤란성 때문에, 철계 금속혼합분말을 먼저 소결하여 소결합금층을 형성하고, 그 다음에 용접이나 브레이징과 같은 접합방법을 이용하여 강철이면금속에 소결합금층을 접합하여 철계 소결합금층이 접합된 미끄럼베어링을 제조하는 방법을 사용해 볼 수 있는데, 이 경우에는 제조공정이 두 단계로 늘어날 뿐만 아니라 브레이징시 녹는 용융 용가제가 소결합긍층의 기공내로 모세관력에 의하여 쉽게 빨려 들어가 기공을 막는 현상이 발생한다. 따라서, 윤활제 함침시 소결합금층의 부피에 대하여 10% 이상의 기공도를 얻기 어렵고, 용가제와 소결합금과의 반응으로 취약한 조직들이 형성되어 소결합금층이 충격 등으로 인하여 아주 쉽게 깨지는 현상이 발생한다. 또한, 브레이징시 사용되는 플럭스(Flux)가 소결합금층의 기공에 잔류함으로써 빠르게 부식되는 현상이 발생함과 아울러 윤활특성에도 악영향을 초래한다.

본 발명은 상기한 종래 문제점들을 감안하여 안출된 것으로서, 하중이송능력(면압), 피로강도 및 압입성을 향상시킬 수 있음과 아울러 이탈방지 및 배면오일손실을 방지할 수 있도록 이루어진 미끄럼베어링의 제공을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 자기윤활작용이 원활하고, 건식 및 습식 윤활작용을 복합적으로 수행할 수 있도록 이루어진 미끄럼베어링을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 철계 금속혼합분말 성형체가 소결과 동시에 강철이면금속이 접합됨으로써 소결합금층이 형성되는 미끄럼베어링의 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 미끄럼베어링의 예를 나타내는 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 미끄럼베어링의 다른 예를 나타내는 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 미끄럼베어링의 또 다른 예를 나타내는 사시도이다.

도 4는 직경이 같은 도 1의 부시형 미끄럼베어링을 여러 개 사용하여 길이방향으로 접합함으로써 긴 길이를 가지도록 이루어진 미끄럼베어링을 나타내는 단면도이다.

도 5는 도 1의 미끄럼베어링을 제조하기 위한 성형장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 6은 도 4의 미끄럼베어링을 제조하기 위한 용접 및 접합상태를 나타내는 단면도이다.

도 7은 도 2의 미끄럼베어링을 제조하기 위한 성형장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 8은 도 3의 미끄럼베어링을 제조하기 위한 성형장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 9는 도 3의 미끄럼베어링을 제조하기 위한 압연기를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 10은 본 발명에 따른 미끄럼베어링을 제조하는 과정을 나타내는 순서도이다.

도 11은 본 발명에 따른 미끄럼베어링의 실시예 1에 대한 측정결과를 나타내는 그래프이다.

도 12는 본 발명에 따른 미끄럼베어링의 실시예 2에 대한 측정결과를 나타내는 그래프이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1, 2, 3 : 미끄럼베어링 4, 5, 6 : 성형장치

7 : 압연기 11, 21, 31 : 강철이면금속

12, 22, 32 : 소결합금층 13, 23, 33 : 금속혼합분말 성형체

15 : 결합턱 16 : 용가제

41, 51, 61 : 형틀 42, 52 : 코어

43, 53, 63 : 하부가압부재 44, 54, 64 : 상부가압부재

71 : 상부압연롤러 72 : 하부압연롤러

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 미끄럼베어링은, 강철이면금속과, 상기 강철이면금속에 소결와 동시에 접합되며, 동 10-30 중량부, 나머지가 철로 이루어진 철계소결합금층을 포함한다. 또한 본 발명의 미끄럼베어링의 상기 철계소결합긍층은 흑연 0.1 - 6.5 중량부를 더욱 포함한다. 또한 본 발명의 미끄럼베어링의 상기 철계소결합금층은 이황화몰리브덴 0.1~7.0중량부, 주석 2~15중량부, 니켈 2~15중량부, 또는 망간 2~5중량부를 더욱 포함한다.

한편, 본 발명에 따른 미끄럼베어링을 부시형으로 제조하는 미끄럼베어링 제조방법은, 중앙에 코어가 설치되도록 중공을 가짐과 아울러 하단에 하부가압부재가 설치된 성형장치의 형틀에 구리도금처리된 강철이면금속을 삽입하는 단계와: 상기 코어와 강철이면금속과의 사이에 동이 10~30중량부, 흑연이 6.5중량부 이하, 그리고 잔부가 철로 조성된 금속혼합분말을 채운 다음 형틀의 상단에 상부가압부재를 삽입하는 단계와: 상기 상부가압부재 또는 하부가압부재를 각각 50-300kg/cm²의 압력으로 선택적으로 가압하여 상기 금속혼합분말을 성형하는 단계와; 상기 성형단계에서 생성된 성형체를 강철이면금속과 함께 소정의 가스분위기하에서 1065-1095℃의 온도로 3-25분간 유지시킴으로써 상기 성형체를 소결합금층으로 소결함과 동시에 강철이면금속에 접합시키는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플레이트형의 미끄럼베어링 제조방법은, 하부에 하부가압부재가 삽입된 직사각형의 중공을 가지는 성형장치의 형틀에 강철이면금속을 삽입하는 단계와: 상기 강철이면금속위에 동이 10~30중량부, 흑연이 6.5중량부 이하, 그리고 잔부가 철로 조성된 철계 금속혼합분말을 놓은 다음 형틀의 상단부에 상부가압부재를 삽입하는 단계와: 상기 상부가압부재 또는 하부가압부재를 가압함에 따라 금속혼합분말을 가압성형하여 성형체를 만드는 단계와; 상기 성형체를 강철이면금속과 함께 소정의 가스분위기하에서 1,065-1250℃의 온도로 3-25분간 유지시킴으로써 상기 성형체를 소결합금층으로 소결과 동시에 강철이면금속에 접합시키는 단계를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 발명의 다른 플레이트형의 미끄럼베어링 제조방법은, 압연기상에 강철이면금속을 놓고 그 위에 동이 10~30중량부, 흑연이 6.5중량부 이하, 그리고 잔부가 철로 조성된 철계 금속혼합분말을 놓는 단계와: 상기 금속혼합분말이 상부에 놓인 강철이면금속을 소정으로 압력으로 상,하부압연롤러를 통과시킴으로써 강철이면금속상에 철계 금속혼합분말 성형체를 형성하는 단계와; 상기 강철이면금속 및 성형체를 소정의 가스분위기하에서 소정의 온도로 소정시간 유지시킴으로써 상기 성형체를 소결과 동시에 강철아면금속에 접합시킴으로써 철계 소결합금층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

본 발명에 따른 미끄럼베어링은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 부시형, 반원형으로 분할된 분할형, 플레이트형 등 사용목적에 따라 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 부시형 미끄럼베어링(1) 및 분할형 미끄럼베어링(2)의 경우에는 바깥쪽에 강철이면금속(11,21)이 위치하고, 이 강철이면금속(11,21)의 내주면에 철계 금속혼합분말이 소결접합됨으로써 강철이면금속(11,21)의 내주면에 철계 소결합금층(12,22)이 형성될 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 플레이트형 미끄럼베어링(3)의 경우에는, 강철이면금속(31)의 어느 한 표면에 철계금속혼합분말이 소결접합됨으로써 강철이면금속(31)의 어느 한 표면에 철계 소결합금층(32)이 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 소결합금층(11,21,31)의 구성성분은 동이 10~30중량부, 그리고 잔부가 철로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 소결합금층에는 흑연이 6.5중량부 이하로 더욱 첨가될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 소결합금층(11,21,31)은 동, 흑연, 철 이외에 이황화몰리브덴(MoS₂), 주석, 니켈 및 망간이 선택적으로 더 첨가될 수 있는데, 이 경우 성분비는 _ 이황화몰리브덴이 0.1~7.0중량부, 주석이 2~15중량부, 니켈이 2~15 중량부 또는 망간이 2~5중량부일 수 있다. _

상기 조성에서 흑연(graphite) 및/또는 이황화몰리브덴(molybdenum disulfide)의 함량범위를 제한하여 각각 0.1wt%-6.5wt%와 0.1wt%-7.0wt%를 첨가 할 수 있다고 함은 이 함량범위 내에서만 소결체와 강철이면금속과의 접합성을 훼손하지 않으면서 제품성능을 높일 수 있기 때문이다. 접합성에 손상이 없어야만 다량의 흑연, 이황화몰리브덴이 포함된 철계소결합금층의 성형 및 소결이 가능하며, 구조용 목적으로의 실제 사용이 가능하다. 이 범위 이상에서는 강철이면금속이 존재하더라도 소결체 내의 3차원적 그물망(network)구조의 금속부분(철합금부)이 과다한 고체윤활제의 분포로 인해 연속적으로 유지되지 않으며 그 결과로서 금속성분의 밀도가 현저히 낮아져 경도 및 강도가 약해지고, 허용지지하중 300-500kg/cm²이상(최대 700kg/cm²이상)의 고하중 및 가혹환경용 베어링으로서 사용하기 어려워진다. 또한 상기 함량범위 내일지라도 강철이면금속이 없을 경우에는 고체윤활제들을 첨가한 소결제는 그 성형 및 소결자체가 사실상 불가능해지며, 만일 성형 및 소결을 한다고 해도 강도가 약해서 구조용으로 사용할 수 없다. 즉, 베어링에 있어서 통상 고체 윤활제로 사용되고 있는 흑연 또는 이황화몰리브덴은 금속성분이 아닌 무기질로서 소결을 방해, 억제하는 물질로 기능할 뿐만 아니라 비부피(단위 중량당 부피)가 크기 때문에 철분말혼합체에 수 중량%만 포함되어도 부피로는 매우 다량이므로 그 성형 및 소결을 근본적으로 어렵게 만드는 물질이기 때문에 만일 소결이 부분적으로 된다고 하더라도 그 부위는 강도 측면에서 매우 취약하여 구조용도로 사용하기 어렵다. 더욱이 이 비금속 무기재질 성분들은 철계합금층에 포함되어 소결접합될 때 접합계면에 해당하는 강철이면금속과 소결접합금층 사이에 전술한 성분(양) 만큼 일정 면적비(부피비)로 존재하기 때문에 이 자체가 계면접합방해물질로 작용하게 되며, 따라서 위 조성비는 소결과 동시에 강철이면금속에의 접합에 손상을 주지 않는 흑연 및 이황화몰리브덴의 함량범위를 제시한 것이다.

한편, Mn은 용융점 강화 및 열처리경화능을 증가시키며 베어링을 플레이트 형상으로 제조할 경우는 Sn 및 Mn 첨가가 접합성을 좋게 한다. Ni은 열처리에 의한 경화성능을 증가시키지만, 5w% 이상 첨가시 steel backing과의 접합성에 악영향을 준다. 그러나 이 악영향은 틈새발생형태로 국부적으로 나타나고, 이를 용납한다면 15wt% 중량부까지는 완전수축분리를 피하면서 사용가능하다.

이와 같은 미끄럼베어링(1,2,3)은 철계 소결합금층(12,22,32)이 형성되므로 경도를 높이기 위한 열처리가 가능하다.

소결합금층(12,22,32)의 내부에 흑연이나 이황화몰리브덴이 포함된 경우 이들은 건식윤활제로 작용하게 된다. 보다 장기간의 무급유조건을 만족하기 위해서는 소결합금층에 윤활오일이나 그리스와 같은 습식윤활제를 함침시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 사용되는 강철이면금속은 탄소강으로 이루어지며, 무전해도금 또는 전기도금에 의해 2-10μm의 두께로 구리도금처리되는 것이 바람직하다. 여기에서 강철이면금속으로서 스테인레스강이 사용될 수도 있다.

또한 본 발명에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 길이방향으로 여러개 용접 및 접합됨으로써 긴 길이를 가지는 미끄럼베어링이 이루어질 수 있다.

다음으로 상기한 구성의 본 발명의 미끄럼베어링을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

먼저 도 1, 도 4 내지 도 6 및 도 10을 참조하면서, 부시형 미끄럼베어링의 제조방법에 대하여 설명한다.

이 방법에 있어서 사용되는 강철이면금속(11)으로는 구리도금처리된 것이 사용된다. 구리도금층은 예컨대 무전해도금이나 전기도금법을 통하여 2~10μm 두께를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다.

다음에, 상기한 바와 같은 조성비를 가지는 금속혼합분말을 고르게 혼합하고, 중앙에 코어(42)가 설치됨과 아울러 하단에 하부가압부재(43)가 설치된 성형장치(4)의 형틀(41)에 강철이면금속(11)을 삽입한 다음, 상기 혼합금속혼합분말을 강철이면금속(11)과 코어(42) 사이에 채워 형틀(41)의 상단부에 상부가압부재(44)을삽입한다.

다음에, 금속혼합분말을 가압성형하여 성형체(13)를 형성한 후 강철이면금속(11)과 함께 빼낸다. 가압성형시에는 상부가압부재(44) 또는 하부가압부재(45)를 선택적으로 가압하거나 모두 가압해도 좋다. 성형압력은 상압 및 하압 각각 50~300kg/cm²의 압력을 유지하는 것이 바람직하며, 후술하는 소결접합후 원하는 기공도(전체 소결합금층의 부피에 대한 기공의 부피비)를 감안하여 성형압력을 설정한다. 기공도는 10~30%로 이루어지는 것이 바람직하다.

다음에, 성형체(13)를 강철이면금속(11)과 함께 가열하여 소결접합함으로써 강철이면금속(11)에 철계 소결합금층(12)을 형성한다. 소결접합과정은 질소, 수소, 또는 질소와 수소의 혼합가스 분위기, 암모니아 분해가스 분위기, 알곤가스 분위기, 진공압력 또는 엔도 및 엑소써믹가스 분위기를 포함하는 군에서 선택된 어느 하나의 가스분위기에서 수행된다. 질소와 수소와의 혼합가스 분위기의 경우 수소가 혼합가스에 대하여 부피비로 30% 이상 포함되는 것이 바람직하다. 또한, 진공압력의 경우 10^-2토르(torr) 이하가 바람직하다. 소결온도는 1065℃~1095℃도로 하는 것이 바람직하며, 이 온도를 3~25분간 유지시킨다.

상기 온도 및 시간범위를 벗어난 영역에서 성형체(13)는 소결은 되지만 강철이면금속(11)에 잘 접합되치 않는다. 왜냐하면, 상기 온도 및 시간범위내의 영역에 서는 성형체(13)가 소결합금층(12)으로 소결되는 과정에서 수축이 거의 일어나지 않거나 약간 팽창하여 강철이면금속(11)에 대한 소결합금층(12)의 접합이 쉽게 이루어지지만, 상기 온도 및 시간범위 이상의 영역에서는 액상소결이 일어나고, 상기 온도 및 시간범위 이하의 영역에서는 고상소결이 일어나 소결합금층(12)은 심하게 수축되어 강철이면금속(11)으로부터 분리됨으로써 접합이 잘 되지 않는 현상이 발생되는 것이다. 또한, 고상소결이 일어나면 소결합금층(12)의 강도가 약하게 되고, 액상소결이 일어나면 소결과정에서 구리가 용융되어 형성되는 유동성이 큰 용융구리가 강철이면금속(11)과 소결합금층(12)과의 사이의 계면이나 어느 한 군데로 집중되어 소결합금층(12) 내부의 기공의 분포가 고르지 못할 뿐만 아니라 기공도에도 악영향을 끼친다, 그리고, 용융구리의 유동성이 클수록 소결합금층(12)의 수축율은 더욱 커진다.

따라서, 고상소결과 액상소결이 일어나는 각각의 천이온도 및 천이시간 범위내에서 소결이 이루어지면 성형체(13)에 포함된 구리가 용응되어 용응구리가 형성되지만, 이 때의 용융구리의 점도는 비교적 높기 때문에 유동성이 적어 강철이면금속(11)과 소결합금층과의 사이의 계면으로 흘러 집중되는 현상이나, 한군데 집중되는 현상이 방지됨으로써 용융구리의 분포가 고르게 된다. 따라서, 소결합금층(12)의 기공이 막히는 현상이 줄어들고 또한 기공도 고르게 분포될 수 있다. 또 한편으로 점도가 높은 용융구리가 소결합금층(12)의 표면에 존재함으로써 강철이면금속(11)과 소결합금층(12)이 소결과 동시에 접합이 이루어진다.

또한 상기 조성비를 벗어나는 철계 금속혼합분말은 소결과 동시에 접합이 잘 이루어지지 않는다. 이 경우 접합에 결정적인 역할을 하는 것은 동의 함유량이다. 보다 구체적으로, 전술한 한정은 철에 동이 10 wt% 함유할 때 소결접합온도는 1095℃이고, 30 wt%함유할 때는 소결접합온도가 1065℃임을 의미하는 것으로서, 상기 구리의 10wt% - 30wt%라는 조성범위 내에서 철에 대한 동의 함유량 비율이 작아질 때에는 소결접합온도가 동의 융점(1083℃)보다 약간 높아야 하고, 철에 대한 동의 함유량 비율이 커질 때에는 소결접압온도가 동의 융점(1083℃)보다 약간 낮아야 한다. 본원발명에 있어서 소결합금이 그 소결과 동시에 강철이면금속에 접합되도록 하기 위해서는 동(Cu)이 해당 소결접합온도에서 반드시 점도를 갖는 용융액으로 존재해야 하지만 지나치게 용융되어 편석될 경우에는 그 구리가 빠져나온 부분이 금속조직을 성기게 하여 내하중을 크게 떨어뜨리게 되기 때문에, 이러한 동 함유량과 관련하여 동 용융시 바람직한 점도를 갖는 용융액(또는 viscous solid)으로 존재하는 온도영역이 30℃라는 극히 한정된 범위(1065-1095℃)이다. 즉, 이 온도범위가 본원발명에서 구리의 고상소결과 액상소결이 일어나는 천이영역인 것이며 이 고점도를 갖는 동(Cu) 용액이 소결층과 강철이면금속 층 사이에서 흐르지 않고 존재할 때 소결은 물론 접합이 이루어진다. 그 소결온도는 임계값으로서 동을 10 wt% 함유할 때 1095℃이고, 30wt% 함유할 때 1065℃라는 극히 협소한 온도범위(30℃)이다. 이러한 한정에 의해 본원발명에 따른 미끄럼베어링은 매우 명백하고도 협소하게 국한된 소결체 조성비 및 소결조건(10wt%-30 wt% copper; 1065 - 1095℃)내에서만 소결체의 수축 및 팽창의 큰 영향을 받지 않고 소결과 동시에 강철이면금속과의 접합이 이루어지는 것이다.

상기한 바와 같은 조건하에서 소결이 이루어지면, 하중이송능력, 피로강도, 압입성 등의 물성에 영향을 미치는 기공도를 소결합금층(12)에 대하여 대략 10~40% 범위로 얻을 수 있다.

다음에, 상기한 바와 같이 소결접합되어 얻어지는 미끄럼베어링(1)을 침탄, 질화, 침탄질화, 급냉 또는 소려 등의 열처리를 수행함으로써 경도를 향상시킨다. 이러한 열처리는 소결합금층(12)이 철을 주성분으로 하여 이루어짐으로써 가능하다. 연속로에서 열처리작업을 할 경우에는 가열대로부터 냉각대로 미끄럼베어링(1)을 이송한 다음 750~950℃의 온도로 유지한 후 침탄, 질화, 침탄질화, 급냉 또는 소려처리를 수행하는 것이 바람직하다.

소결합금층(12)의 내부에 흑연이나 이황화몰리브덴이 함유된 경우 이들은 건식 윤활제로서 작용하게 되며, 장기간 무급유 상태로 미끄럼베어링(1)을 사용하기 위하여 열처리된 미끄럼베어링(1)에 윤활오일이나 그리스와 같은 습식윤활제를 함침하는 단계가 더 포함될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 직경이 같은 부시형 미끄럼베어링(1),(1)을 길이방향으로 접합하여 길이방향으로 긴 길이를 가지는 미끄럼베어링이 제조될 수 있으며, 도4 및 도6을 참조하여 이와 같은 미끄럼베어링의 제조방법에 대하여 설명한다.

길이방향으로 긴 길이를 가지는 미끄렁베어링 제조방법으로는, 미끄럼베어링하나는 강철이면금속(11) 내주면에 암결합턱(15)을 가지도록 하고, 다른 하나는 강철이면금속(11) 일단부 외주면에 수결합턱(15)을 가지도록 한 다음, 이들을 서로 결합하여 용접 또는 브레이징함으로써 긴 길이의 미끄럼베어링을 제조할 수 있다. 바람직하게는, TIG용접이나 브레이징 방법으로서 은납이나 동납을 이용하여 소결접합공정에서 소결접합과 동시에 노(爐)브레이징함으로써 또는 소결접합후 토오치 브레이징함으로써 긴 길이를 가지는 미끄럼베어링을 제조하는 방법이 채용될 수 있다. 또한, 도6에 도시된 바와 같이 결합턱(15,15) 사이에 미리 구리계 용가제(16)을 삽입하여 노(爐)브레이징함으로써 소결접합과 브레이징을 단일의 공정으로 수행하면서 본 발명의 다층베어링 부시의 길이를 증가시킬 수 있다. 또한 TIG용접에 의한 접합도 가능한다. 소결합금층(12)에는 내주면홈(14)이 제공되어 그리스 급지 및 저장홈으로 기능하게 된다.

다음에, 도 2 및 도 7를 참조하면서 반원통형으로 분할된 분할형 미끄럼베어링(2)을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

이 방법은, 반원통형 중공을 가짐과 아울러 중앙에 반원통형 코어(52)가 설치되고 하단에 하부가압부재(53)가 설치된 성형장치(5)의 형틀(51)에 강철이면금속(21)을 삽입한 다음, 상기 철계 금속혼합분말을 강철이면금속(21)과 형틀(51)과의 사이에 채운 후 형틀(51)의 상단부에 상부가압부재(54)를 삽입하여 가압성형함으로써 성형체(23)를 만들고, 상기 성형체(23)를 강철이면금속(21)과 함께 상기한 바와같은 조건으로 소결함으로써 강철이면금속(21)에 소결합금층(22)이 형성된 미끄럼베어링(2)을 제조하며, 이외에는 모두 상기한 부시형 미끄럼베어링 제조방법과 동일한 방법을 거치면 되므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한 부시형 미끄럼베어링(1)을 반으로 분할함으로써 2개의 분할형 미끄럼베어링(2,2)이 얻어질 수 있다.

다음에, 도 3, 도 8 및 도 9를 참조하면서 플레이트형 미끄럼베어링(3)을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

이 방법은 상기한 바와 같은 조성비를 가진 금속혼합분말을 구리도금처리된 플레이트형의 강철이면금속(31)에 소정의 두께로 소결과 동시에 접합함으로써 철계소결합금층(32)을 형성하는 미끄럼베어링 제조방법으로서, 도 8에 도시된 바와 같이, 먼저 하부에 하부가압부재(63)가 삽입된 직사각형 중공을 가지는 성형장치(6)의 형틀(61)에 강철이면금속(31)을 놓는다.

다음에, 강철이면금속(31)위에 상기한 조성의 금속혼합분말을 놓은 다음 형틀(61)의 상단부에 상부가압부재(64)를 삽입하여 상부가압부재(64) 및 하부가압부재(63)를 전술한 소정의 압력으로 가압함으로써 금속혼합분말을 가압성형하여 성형체(33)를 만든다.

다음에 상기 성형체(33)를 강철이면금속(11)과 함께 소정의 가스분위기하에서 소정의 온도로 소정시간 유지시킴으로써 성형체(33)를 소결과 동시에 강철이면 금속(31)에 접합시킴으로써 소결합금층을 형성한다.

상기한 방법과는 다른 방법으로서 도 9에 도시된 바와 같은 압연기(7)를 이용하는 방법에 의하면, 먼저 압연기(1)에 강철이면금속(31)을 놓고 그 위에 상기한 조성비를 가진 금속혼합분말을 놓는다.

다음에, 금속혼합분말이 상부에 놓인 강철이면금속(31)을 소정의 압력으로 상,하부압연롤러(71,72)를 통과시키고, 이를 소정의 가스분위기하에서 소정의 온도로 소정시간 유지시킴으로써 분말 성형체를 소결과 동시에 강철이면금속(31)에 접합하여 철계 소결합금층(33)을 형성하고, 필요한 경우 부시형 미끄럼베어링 제조방법에서 상술한 바와 같은 윤활제 함침공정과 열처리공정을 거친다.

플레이트형 미끄럼베어링(3)의 제조방법에 있어서는, 부시형이나 분할형 미끄럼베어링 제조방법과는 달리, 소결온도를 1,065℃~1250℃ 범위로 하고 유지시간은 3분~35분 유지하는 것이 바람직하다. 이와 같은 소결조건에서는 소결합금층(32)과 강철이면금속(31)의 상대적인 수축률 및 열팽창의 차이에 의한 미접합 및 접합불량이 발생하지 않는다. 그리고, 금속혼합분말의 조성범위가 상기한 범위를 벗어나지 않아야 미접합 및 접합불량이 발생하지 않으며, 이 범위를 벗어나면 접합이 잘 이루어지지 않는다. 상기한 조건을 벗어나는 범위에서 소결접합공정이 이루어질 경우에는 플레이트형 미끄럼베어링(3)에서는 부시형 미끄럼베어링(1)과는 달리 계면의 가운데 부분은 접합되고 가장자리 영역은 틀어지는 형태의 불량과, 전체면이 전혀 접합되지 않는 불량이 일어난다. 그 이유로서 전자의 불량은 부시형과는 달리 소결합금층(32)이 강철이면금속(31)의 상부에 위치함으로써 그 자중에 의해서 영향을 받을 뿐만 아니라 냉각시 뒤틀림에 의한 복합적 효과로 불량이 나타나며, 후자의 경우는 전술한 바와 같은 금속혼합분말의 조성비에 관계하여 일어나는 불량이다.

[실시예 1]

철 74중량부, 동 25중량부, 흑연 1중량부로 금속혼합분말을 조성하여 상하압 각각 50-300kg/cm²의 성형압력으로 성형장치에 의하여 내경이 94mm이고 두께는 4mm인 성형체로 만들어 내경이 102mm이고 두께가 6mm인 강철이면금속과 함께 소결온도를 930℃-1100℃ 범위 내로 5분~60분 범위로 유지한 다음, 냉각하여 얻어진 미끄럼베어링을 제조하였으며, 이 미끄럼베어링의 소결합금층의 수축률과, 소결합금층과 강철이면금속과의 접합성을 측정한 결과가 도 11의 그래프에 도시된다.

도 11의 그래프에서 알 수 있듯이, 1065℃ 내지 1095℃ 범위의 소결온도에서 3분 내지 25분간 유지할 때 수축이 거의 없고, 또한 소결과 동시에 잘 접합됨을 알수 있다.

[실시예 2]

철분말 75중량부, 동분말 25중량부를 혼합한 금속혼합분말과, 철분말 74중량부, 동분말 25중량부, 흑연분말 1중량부를 혼합한 금속혼합분말을 성형장치와 롤압착법에 의하여 가로 150mm, 폭 50mm, 두께 20mm의 크기를 가진 직육면체의 성형체로 만들어 구리도금처리된 강철이면금속과 함께 질소 및 수소 혼합가스 분위기 속에서 900도 내지 1200도 범위의 온도에서 5분 내지 60분 유지한 다음 냉각하여 플레이트형 미끄럼베어링을 제조하였으며, 이 미끄럼베어링의 소결합금층의 수축률과, 소결합금층과 강철이면금속의 접합성을 측정한 결과를 도 12의 그래프로 나타내었다. 성형압력은 상하압 공히 50-300kg/cm²를 적용하였다.

도 12의 그래프로부터 알 수 있듯이, 소결합금층의 상대적 수축 및 팽창률에 의한 미접합 및 접합불량이 없는 가장 바람직한 상태의 소결접합을 얻을 수 있는 소결온도는 1,065도 내지 1250도 범위임을 알 수 있고, 소결유지온도는 3분 내지 20분 범위임을 알 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 미끄럼베어링 및 그 제조방법의 효과는 다음과 같다.

1) 철계 금속혼합분말이 강철이면금속에 접촉성형된 상태로 고상소결 및 액상소결의 천이영역에서 소결됨으로써 철계 소결합금층으로 소결됨과 동시에 강철이면금속에 용이하게 접합될 수 있다.

2) 이면금속은 경도조절이 가능한 탄소강, 내면은 윤활, 마찰특성을 부여한 저밀도 철계소결합금이 접합되어 이면금속이 내면 베어링 소재의 하중을 지탱해주므로 허용하중이 700kg/cm²이상으로 된다.

3) 상대재가 경질 크롬탄소강일 경우 동마찰계수 0.05 내지 0.15, 작동온도 30-100℃ 이하를 유지하게 된다.

4) 하우징이 철계일 경우 압입이 용이하고, 하우징과 탄성계수가 유사하며, 낮은 마찰계수로 인하여 본 발명에 따른 미끄럼베어링은 하우징으로부터의 이탈문제가 발생하지 않는다.

5) 샤프트와의 왕복, 요동, 회전운동시 마찰소음 및 이음이 전혀 없다.

6) 이물질, 마모잔재에 대한 매립성(embeddability)이 매우 우수하다.

7) 충격하중에 강하고, 강철이면금속이 철계소결합금층을 접합형태로 유지시켜 주기 때문에 균열저지효과 및 피로한도가 극히 우수하다.

8) 작동 중 어떠한 경우에 의해서도 상대재에 대한 내면 베어링소결재의 늘어붙음(seizure)이나 소착현상이 일어나지 않는다.

9) 상대재와의 적합성(compatability)이 우수하며, 특히 상대재가 경질크롬도금 탄소강일 경우 상대재에 마모와 같은 손상을 전혀 주지 아니한다.

10) 강철이면금속이 존재하므로 베어링 배면으로 오일 손실이 없다. 또한 베어링 작동후에도 베어링 배면에 강철이면금속이 있어서 배면금속이 없는 베어링 및 일반 베어링에 비해 배면금속부위에 있는 기공에 저압이 크게 작용해 윤활오일의 회수율이 크다.

11) 복합자기윤활효과로 무급지 기간이 크게 증가하는 바, 그리스 급지주기는 최저 300시간에서 1000시간 이상까지 향상될 수 있으며, 베어링 설계방법에 따라 무급지 기간을 반영구적으로 할 수 있다.

12) 베어링 배면이 탄소강이므로 용접이 가능하고, 베어링 배면 금속의 두께를 조절할 수 있으므로 그 자체를 하우징화할 수 있거나, 기타 지지대 등을 용접해 사용할 수 있으므로 설계상의 유연성을 갖는다.

Claims

강철이면금속과; 상기 강철이면금속에 1065℃-1095℃에서 소결과 동시에 접합되며, 동 10-30중량부, 나머지가 철로 이루어진 철계소결합금층과; 그리고, 상기 철계소결합금층에 함유된 건식윤활제을 포함하여 이루어지며; 상기 건식윤활제는 흑연 0.1 중량부 내지 6.5 중량부 또는 이황화몰리브덴 0.1 중량부 내지 7.0 중량부 중의 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
제1항에 있어서, 상기 철계소결합금층은 주석 2~15중량부, 니켈 2~15중량부, 또는 망간 2~5중량부를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 미끄럼베어링.
제1항에 있어서, 상기 강철이면금속은 2~10μm의 두께로 무전해도금법 또는 전기도금법에 의하여 구리도금처리된 것임을 특징으로 하는 미끄럼베어링.
미끄럼베어링을 부시형으로 제조하는 미끄럼베어링 제조방법에 있어서: 중앙에 코어가 설치되도록 중공을 가짐과 아울러 하단에 하부가압부재가 설치된 성형장치의 형틀에 구리도금처리된 강철이면금속을 삽입하는 단계와: 상기 코어와 강철이면금속과의 사이에 동이 10~30중량부, 흑연이 0.1 내지 6.5중량부 _, 이황화몰리브덴 0.1 중량부 내지 7.0중량부 _그리고 잔부가 철로 조성된 금속혼합분말을 채운 다음 형틀의 상단에 상부가압부재를 삽입하는 단계와; 상기 상부가압부재 또는 하부가압부재를 각각 50-300kg/cm²의 압력으로 선택적으로 가압하여 상기 금속혼합분말을 성형하는 단계와: 상기 성형단계에서 생성된 성형체를 강철이면금속과 함께 소정의 가스분위기하에서 1065-1095℃의 온도로 3-25분간 유지시킴으로써 상기 성형체를 소결합금층으로 소결함과 동시에 강철이면금속에 접합시키는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 미끄럼베어링 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 가스분위기는 질소, 수소, 질소와 수소의 혼합가스 분위기, 암모니아 분해가스 분위기, 알곤가스 분위기, 진공압력 또는 엔도 및 엑소써믹가스 분위기로 이루어진 군에서 선택된 어느 한 가스분위기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미끄럼베어링 제조방법.
미끄럼베어링을 플레이트형으로 제조하는 미끄럼베어링 제조방법에 있어서: 하부에 하부가압부재가 삽입된 직사각형의 중공을 가지는 성형장치의 형틀에 강철이면금속을 삽입하는 단계와; 상기 강철이면금속 위에 동이 10~30중량부, 흑연이 0.1 내지 6.5중량부 _, 이황화몰리브덴 0.1 중량부 내지 7.0중량부 _ 그리고 잔부가 철로 조성된 철계 금속혼합분말을 놓은 다음 형틀의 상단부에 상부가압부재를 삽입하는 단계와; 상기 상부가압부재 또는 하부가압부재를 가압함에 따라 금속혼합분말을 가압성형하여 성형체를 만드는 단계와: 상기 성형체를 강철이면금속과 함께 소정의 가스분위기하에서 1,065-1250℃의 온도로 3-25분간 유지시킴으로써 상기 성형체를 소결합금층으로 소결과 동시에 강철이면금속에 접합시키는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 미끄럼베어링 제조장치.
미끄럼베어링을 플레이트형으로 제조하는 미끄럼베어링 제조방법에 있어서, 압연기상에 강철이면금속을 놓고 그 위에 동이 10~30중량부, 흑연이 0.1 중량부 내지 6.5중량부 _, 이황화몰리브덴이 0.1 내지 7.0중량부 _, 그리고 잔부가 철로 조성된 철계 금속혼합분말을 놓는 단계와: 상기 금속혼합분말이 상부에 놓인 강철이면금속을 소정으로 압력으로 상,하부압연롤러를 통과시킴으로써 강철이면금속상에 철계 금속혼합분말 성형체를 형성하는 단계와: 상기 강철이면금속 및 성형체를 소정의 온도로 소정시간 유지시킴으로써 상기 성형체를 소결과 동시에 강철이면금속에 접합시켜 철계 소결합금층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 미끄럼베어링 제조방법.