KR101223789B1

KR101223789B1 - 베어링 및 무연 베어링의 제조방법

Info

Publication number: KR101223789B1
Application number: KR1020047004321A
Authority: KR
Inventors: 그린로버트엘.; 휘트니와렌제이.; 카펜터제임스엠.
Original assignee: 페더럴-모걸 코오포레이숀
Priority date: 2001-10-08
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2013-01-18
Also published as: BR0213146B1; KR20050034575A; DE60228860D1; EP1434665B1; PL368116A1; US20040111892A1; US6854183B2; WO2003031102A1; US20030068106A1; ATE407755T1; MXPA04003270A; BR0213146A; PL204632B1; US6746154B2; JP2005505688A; EP1434665A1; EP1434665A4; JP4675563B2

Abstract

무연 베어링은 완전히 치밀화된 상태로 강재 뒤붙임판에 접합된 청동기지 분말금속 베어링층을 포함한다. 베어링재료는 아래의 성분들을 포함한다.

8 내지 12중량%의 주석;

1 내지 5중량%의 비스무트;

0.03 내지 0.08중량%의 인; 및

이들 성분 이외의 성분으로 된 나머지 성분으로, 구리가 포함되는 성분.

주석은 구리 내에 고용되어 청동기지를 형성하며, 비스무트는 미세분산상으로 기지의 전체에 걸쳐서 고용되지 않은 섬의 형태로 존재한다. 이러한 베어링은 종래의 청동-납 베어링의 물리적 특성과 비슷하거나 그보다 더 우수한 물리적인 특성을 보이고 있으며 개선된 내마모성과 내소착성을 갖는다.

무연 베어링, 엔진 베어링, 청동기지, 주석, 비스무트

Description

베어링 및 무연 베어링의 제조방법 {A BEARING AND A METHOD OF MAKING A LEAD-FREE BEARING}

본 발명은 슬라이드형 베어링에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진 베어링에 사용되는 것과 같은 강재 뒤붙임판(steel backing)에 접합된 분말금속의 청동베어링재료를 가지는 베어링에 관한 것이다.

엔진 베어링 분야에서는 강재 뒤붙임판에 분말금속의 청동합금을 접합시켜 크랭크샤프트 등을 지지하도록 하는 것이 통상적이다. 구리-주석 기지(matrix)에 의해, 사용중인 베어링에 가하여지는 하중을 지탱할 수 있는 강한 베어링면이 형성된다. 또한, 이러한 베어링은 적당한 내마모성 및 내소착성(seizure resistance)을 가져야 하는바, 이를 위하여 베어링면에 대한 윤활제로서의 역할을 하는 청동기지에 적량의 납을 첨가하는 것이 일반적이다. 또한, 베어링의 내마모성 및 내소착성을 더욱 향상시키기 위하여 작용면에 주석의 극박도금(flash coating)을 부가하는 것이 통상적이다.

환경문제를 고려하여, 납을 대신할 수 있는 여러 가지 대체재료를 찾아보았으나, 현재까지 엔진 베어링의 강도, 내마모성 및 내소착성을 크게 떨어뜨리지 않고 납을 대신할 수 있는 대체재료로서의 성능을 보이는 것은 없었다. 본 발명의 목적은 납을 함유하는 베어링에 비견될 수 있거나 이 보다 양호한 특성을 갖는 무연청동의 엔진 베어링을 제공하는데 있다.

본 출원인은, 비스무트가, 조절된 양의 인과 함께 조절된 양으로 분말금속 청동과 합금되었을 때, 그 물리적인 특성이 청동납 베어링의 물리적인 특성과 같거나 그보다 더 우수한 한편 강재 뒤붙임형 분말금속의 청동-납 엔진 베어링의 내마모성 및 내소착성과 같거나 그보다 더 우수한 내마모성 및 내소착성을 보이는 강재 뒤붙임형 베어링이 제공되는 것을 발견하였다.

본 발명에 따라서 형성된 엔진 베어링은 강재 뒤붙임판에 접합된 무연분말의 금속 베어링재료를 포함한다. 이 무연분말의 금속 베어링 재료는 아래의 성분들을 포함한다.
8 내지 12중량%의 주석;
1 내지 5중량%의 비스무트;
0.03 내지 0.08중량%의 인; 및
이들 성분 이외의 성분으로 된 나머지 성분으로, 구리가 포함되는 성분.

본 발명에 따라 형성된 엔진 베어링은 인장강도 ≥400 MPa, 항복강도 ≥290 MPa, 연신율 ≥10%, 경도 ≥130 HV 0.5/15의 물리적인 특성을 보인다. 이에 비하여, 10중량%의 주석과 10중량%의 납을 가지는 종래의 구리-주석-납 베어링은 평균적으로 223 MPa의 현저히 낮은 항복강도, 본 발명 엔진 베어링의 인장강도와 거의비슷한 301 MPa의 인장강도, 약 8%의 감소된 연신율 및 약 96 HV 0.5/15의 감소된 경도를 보인다. 추가의 비교를 통해, 동일한 엔진마모시험을 상기 설명한 형태의 종래의 구리-주석-납 베어링에 대비하여 본 발명에 따라 제조된 베어링에 대해 시행하였다. 종래의 구리-주석-납 베어링은 마모로 인하여 약 12 미크론의 감소량을 보였으나 본 발명에 따라 제조된 베어링은 평균 약 10-11 미크론의 감소량을 보여, 본 발명의 따른 베어링의 내마모성과 내소착성이 종래의 구리-주석-납 엔진 베어링의 내마모성과 내소착성보다 더 낫지 않은 경우에도 적어도 종래의 구리-주석-납 엔진 베어링의 내마모성과 내소착성 만큼은 양호함을 보이고 있다.

본 발명에 따라 제조된 베어링은, 사용시에 상기 베어링이 마찰슬라이딩부하를 받을 때, 일정량의 주석이 구리 내에 균일하게 고용되어 구리-주석 기지로서의 역할을 하는 것을 시작으로 하여 베어링면으로 이동되게 함으로써, 사용시에 베어링의 제조 및 설치 당시에는 존재하지 않았던 상당히 높은 농도의 주석이 베어링면에 형성되는 유리한 특성을 보이는 것으로 확인되었다. 이와 같이 주석이 이동하여 베어링면에서 주석농후층(tin-rich layer)이 형성되면, 베어링의 윤활도가 크게 증가하여 베어링이 일단 사용되는 경우 베어링의 내마모성과 내소착성이 향상된다. 이러한 주석의 이동현상은 종래의 구리-주석-납 베어링에서도 관찰되지 않았고, 제안된 니켈과 같은 기타의 납대체재료를 사용한 베어링에서도 관찰되지 않았다. 완전히 이해되는 것은 아니지만, 비스무트는 마찰슬라이딩부하를 받을 때 기지 내에서 주석과 반응하여 주석을 효율적으로 이동시키고 베어링면으로 방출시키는 것으로 여겨진다. 시험 후에, 본 발명에 따라 제조된 엔진 베어링을 육안검사한 결과 베어링면은 반들거리는 주석색깔의 베어링면을 가지는 것으로 나타났으며, 이 베어링의 화학분석결과, 균일하게 유지되고 있는 베어링면 하부의 구리-주석 기지의 부분보다 베어링면에서 현저히 더 높은 주석농도를 보였다.

이와 같은 놀라운 주석의 이동현상의 특성은 베어링이 사용되기 전에 베어링면에 주석의 극박도금을 할 필요가 없거나 최소화하도록 하는 잇점을 준다. 극박도금 단계를 생략하면 시간과 장비를 절약할 수 있고 엔진 베어링의 제조를 간단히 할 수 있고 코스트를 낮출 수 있다.

엔진 베어링으로부터 납을 제거하면 보다 친환경적인 엔진 베어링을 제공할 수 있는 잇점을 가지며, 본 발명에 따라서 납을 비스무트로 대체함으로써 엔진 베어링의 제조방법을 급격하게 변경시킬 필요없이 동일하거나 보다 우수한 강도와 내마모성 및 내소착성을 제공할 수 있는 잇점을 갖는다. 이와 같이, 본 발명에 따라 제조되는 엔진 베어링은 새로운 분야 또는 구리-주석-납 베어링이 요구되었던 기존의 분야에 용이하게 적용될 수 있으며, 본 발명에 따른 베어링의 제조는 새롭거나 상이한 제조장비를 필요로 함이 없이 이러한 베어링의 제조가 가능하도록 하고, 종래의 구리-주석-납 베어링의 제조에 관련된 단계들 중 일부 및 장비를 생략할 수 있을 것이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 구리-주석-납 비스무트 분말금속재료가 가스 분무 구리-주석-비스무트 분말과 물 분무 구리-주석-비스무트 분말의 혼합물로 제조될 때 특별한 잇점을 갖는다. 또한, 완전히 이해되는 것은 아니나, 분말이 제조되는 공정이 베어링면에 대한 주석의 이동현상에 기여하는 것으로 생각된다.

본 발명을 첨부도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따라 형성된 엔진 베어링의 개략적인 사시도이고,

도 2는 본 발명에 따라 형성된 핀 부싱의 사시도이며,

도 3은 제조는 되었지만 사용 전인 본 발명에 따른 베어링의 부분 확대 단면도이고,

도 4는 도 3과 마찬가지의 도면이지만 일정 기간 사용 후의 베어링을 나타내는 도면이다.

본 발명에 따라 형성된 베어링(10)이 도 1에서 엔진 베어링의 형태로 도시되어 있으며, 도 2에서는 피스톤의 피스톤 핀을 지지하기 위하여 커넥팅로드의 소형 단부개구부에 사용되는 것과 같은 핀 부싱(10')을 보이고 있다. 도면에 대한 설명을 간단히 하기 위하여 이후의 설명은 베어링(10)과 관련하여 이루어질 것이나 그 내용이 핀 부싱(10')에도 동일하게 적용될 수 있다고 이해해야 한다.

엔진의 베어링(10)은 엔진의 크랭크샤프트와 같은 회전축을 지지하기 위하여 엔진 등의 내에서 하나의 반원통형 베어링(half shell bearing)과 조합되어 사용되는 다른 하나의 반원통을 포함하는 형태로 되어 있다. 베어링(10)은 오목형의 내면(14)와 볼록형의 외면(16)을 갖는 강재 뒤붙임판(12)을 갖는다. 베어링재료(18)는 내면(14)에 접합된다. 이 베어링재료(18)는 납을 함유하지 않는 무연재료이다. 무연(無鉛)이라 함은 베어링재료가 납을 전혀 함유하고 있지 않거나 불순물로 인해 부수되는 량(약 0.5% 미만)만을 함유함을 의미한다.

베어링재료(18)는 청동분말합금, 또는 청동합금들의 혼합물로 제조된다. 분말금속 베어링재료는 강재 뒤붙임판(12)의 내면(14)에 맞닿은 상기 베어링재료로 된 내층을 제공토록 소결되어 강재 뒤붙임판(12)에 접합된다. 청동 베어링분야의 당업자라면 잘 알 수 있는 바와 같이, 강재 뒤붙임판(12)에 베어링재료를 접합하는데 사용되는 기술은, 베어링재료(18)를 푸석푸석한 분말형태로 강재 뒤붙임판의 내면에 대는 단계, 및 이와 같이 대는 단계 후에 강재 뒤붙임판(12)에 영구적으로 금속 접합 또는 결합되는 무기공의 완전 치밀화된 층이 형성되어 일체형의 다층 베어링구조가 형성되도록 베어링재료를 가열하여, 소결 및 압연(rolled)하고 다시 소결하는 단계를 포함한다. 완전히 치밀화되었다 함은, 다공성의 오일 함유 베어링이란 점에 있어서 본 발명이 그러한 다공성의 오일 함유 베어링을 지향하고 있지 않기 때문에, 베어링재료(18)가 거의 완전한 이론상의 밀도까지 압축 및 소결되어 오일이나 기타 다른 재료에 대해 실질적으로 불침투성임을 의미한다. 따라서, 완전히 치밀화되었다 함은, 베어링재료(18)가 완전한 이론상의 밀도의 99%를 초과하는 밀도를 갖는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

청동합금 베어링재료(18)는 아래의 성분들을 포함한다.
약 8 내지 12중량% 및 바람직하게는 9 내지 11중량% 범위의 주석;
약 1 내지 5중량%, 바람직하게는 3 내지 4중량%의 비스무트(bismuth);
약 0.03 내지 0.08중량%, 바람직하게는 0.03 내지 0.07중량%의 인; 및
상기 성분 이외의 나머지 성분으로, 구리가 포함되는 성분.
여기에서, 상기 나머지 성분은 이하에서 상세히 설명하겠지만 베어링재료의 물리적인 특성이나 주석의 이동성을 저해하지 않는 부수적인 불순물 및 기타 첨가물을 허용한다.

강재 뒤붙임판에 접합된 베어링재료(18)의 층은 구리와 주석의 기지(matrix)(22)를 가지며, 여기에서 주석은 구리 내에 고용(dissolved)되어 있다. 마찬가지로 인(phosphorous)도 상기 기지 내에 고용되어 있다. 비스무트는 구리 내에 고용되지 않고 도 3에서 개략적으로 보인 바와 같이 구리-주석 기지(22) 내에 균일하게 분산된 미세분산된 섬(islands) 형상의 비스무트 또는 미세분산된 상(phases)들의 비스무트(20)로서 존재한다.

본 발명에 따른 베어링에 있어서 비스무트는 납 대체물로서의 역할을 하며 본 발명에 의하여 요구된 조절량(즉, 1 내지 5중량% 미만의 사이)만큼 사용될 때 납에 의해 나타나지 않았던 부가적인 특성을 보였다. 압연 접착 및 소결되어 완전히 치밀화된 본 발명의 베어링 재료(18)는 다음과 같은 물리적인 특성을 보였다.

인장강도 ≥400 MPa

항복강도 ≥290 MPa

연신율 ≥10%

경도 ≥130 HV 0.5/15

이들 물리적인 특성은 앞서의 문단에서 언급된 바와 같이 종래의 구리-주석-납 엔진 베어링의 특성에 부합되거나 종래의 구리-주석-납 엔진 베어링의 특성을 능가한다. 아울러, 본 발명에 따라 형성된 엔진 베어링은 종래의 구리-주석-납 엔진 베어링에 비하여 그만큼 우수하거나 그보다 더 우수한 내마모성 및 내소착성을 갖는다. 엔진 비교시험에서, 본 발명에 따라 형성된 엔진 베어링은 약 10 내지 11 미크론의 재료 감소량을 보였으나 동일한 조건에서 시험된 종래의 구리-주석-납 베어링은 12 미크론의 감소량을 보인바, 이는 본 발명에 따라 이루어진 베어링의 마모량이 종래의 구리-주석-납 베어링에 비하여 약 10% 정도가 감소하였음을 보이고 있다.

재료에 대한 연구에서, 놀랍게도 엔진 베어링이 상기한 바와 같이 설정된 범위 내에서 본 발명에 따라 제조되었을 때, 본 발명에 따라 형성된 베어링이 종래의 구리-주석-납 엔진 베어링에 대해 현재 또는 장래에 요구되는 응용품 대신 사용될 수 있게 하는 뛰어난 물리적 특성이 확보됨을 발견하였다. 비록 완전히 이해되는 것은 아니지만, 뛰어난 물리적인 특성을 보이는 주요 요인들 중 하나는, 용해 및 분말내로의 분무화, 및 강재 뒤붙임판(12) 상에서의 베어링재료의 완전 치밀화 압연 접합 및 소결 과정 중에 있어서의 합금의 탈기(degassing)에 효과적인 인이 존재한다는 것이다. 아울러, 상기 언급된 물리적인 특성과 피로강도는 합금에 첨가되는 비스무트의 양을 조절함으로써 유지된다. 5% 이상의 양으로 첨가되는 경우, 비스무트는 기지 구조를 약화시키는 작용을 한다. 그 이유는, 비스무트가 기지(22) 내에 고용되지 못하고, 섬 형상의 비스무트(20)들이 기지 내에서 사실상 비스무트로 충진된 구멍에 해당하는 것으로 되어 버리기 때문인데, 그렇지 않으면 당연히 강력한 기지가 될 것이다. 비스무트의 양이 너무 많으면, 섬 형상의 비스무트가 너무 커지고 따라서, 이들의 충전공이 커져서 베어링재료의 필요한 물리적인 특성을 잃는다. 이와 같이, 본 발명에 의한 요구된 범위 내에서 비스무트를 첨가하면, 엔진 베어링분야에서 요구되고 있고 상기 언급된 것의 아래로는 기지의 물리적인 특성의 감소가 나타나지 않았다.

또한 비스무트는 놀랍게도 베어링재료(18)의 내마모성 및 내소착성에 대한 매우 바람직하고 확실한 효과를 갖는 것으로 나타났다. 도 3에서 보인 바와 같이, 베어링(10)이 제작되어 엔진에 설치되었을 때, 주석은 구리 내에 완전히 고용되어 균일한 구리-주석 기지(22)를 형성한다. 그러나, 작동중에 압축슬라이딩 마찰부하가 베어링재료(18)의 노출된 베어링면(24)에 가하여질 때, 기지 내의 일정량의 주석이 기지를 통하여 베어링면(24)으로 이동하게 되어 도 4에서 보인 바와 같이 베어링면(24)에 주석이 풍부한 주석농후층(26)을 형성한다. 이러한 주석농후층(26)은 베어링면(24)에서 윤활제로서 작용하며 전체 베어링(10)의 내마모성 및 내소착성을 감소시키는 효과를 갖는다. 베어링(10)이 마모됨에 따라, 베어링재료(18)는 연속적으로 주석농후층을 보충하는 특징을 가짐으로써, 주석농후층(26)이 항상 존재하고 이는 기지(22) 내의 주석의 이동현상에 의하여 형성된다. 주석의 이동현상은 베어링 사용시의 부하 및 마찰상태하에서 기지 내에 고용된 주석과 비스무트 사이의 반응으로부터 나타나는 결과인 것으로 여겨진다. 기지(22)의 완전히 치밀화된 분말금속 구조와 조합되어 비스무트가 존재하면, 주석농후층(26)의 형성시에 기지로부터 베어링면(24)까지 주석을 이동시키기 위한 매체가 제공되게 된다. 구리-주석-비스무트 베어링재료(18)는 베어링면(24)에 그 자신의 주석농후층(26)을 형성하는 특성을 가지므로 종래의 형태로서 상기 언급된 청동-납 엔진 베어링에서 도포되는 것으로서, 통상적으로 주석의 극박도금(flash coating)이나 기타 다른 형태의 주석층을 베어링재료(18)에 도포할 필요가 없다.

비교시험한 결과 구리-주석-납 베어링에서는 주석의 이동현상이 존재하지 않는 것으로 알려져 있다. 또한, 구리-주석-니켈 합금에 대해서도 시험하였으나 여기서도 주석의 이동현상은 존재하지 않는 것으로 확인되었다. 다만, 본 발명에 의하여 특정된 양의 비스무트만이 주석을 이동하게 하여, 구리-주석 기지의 물리적인 특성을 부당하게 떨어뜨리지 않으면서도 내마모성과 내소착성을 향상시킨 것을 보이고 있다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 구리계 가스 분무 분말(gas-atomized powder)과 구리계 물 분무 분말(water-atomized powder)을 혼합하여 구리계 분말금속혼합물을 준비한다. 이러한 가스/물 분무 혼합물의 시험시편을 베어링재료의 압축과 소결에 의하여 준비한다. 유사한 방법으로 시험시편을 가스 분무 분말만으로 된 비교조성물과 물 분무 분말으로 된 다른 세트의 시험시편들로부터 준비하지만, 제1시험시편의 가스/물 혼합물에 대한 비교조성물에 대해서도 준비한다. 이들 3개 세트의 시험시편의 물리적인 특성을 비교하기 위하여 측정하였다. 그 결과, 가스/물 분무 혼합물이 100%의 가스 분무 분말 또는 100%의 물 분무 분말로 이루어진 비교조성물의 시험시편에 비하여 현저히 개선된 물리적인 특성을 갖는 것으로 확인되었다. 개선된 물리적인 특성은 항복강도, 인장강도, 연신율, 경도 및 내소착성을 포함하며, 이들 모두는 구리계 소결분말금속 부싱 및 베어링분야에서 중요한 역할을 한다.

[표 1]

Cu-Sn-Bi P/M 시편의 물리적 특성 비교

조 성^*	항복강도 MPa	인장강도 MPa	연신율 %	경도 HV 0.5/15	소착부하^** N
3.2 Bi(w.a.)	292	375	4.7	127	4500
5 Bi(w.a.)	300	389	3.3	138	4500
4 Bi(g.a.)	299	370	2.4	123	4500^***
4 Bi(혼합물)	324	480	21.4	143	6500

* Cu 90부(parts), Sn 10부인 조성에서 CuSn에 대한 중량%로서 Bi의 양을 표시함.

** 20Nm에서 소착된 토크한계마모시험에 기초함.

g.a는 100% 가스 분무 분말을 의미함.

w.a는 100% 물 분무 분말을 의미함.
혼합물은 g.a분말과 w.a분말의 혼합물을 의미함.

*** 예상된 비교 w.a.데이터에 기초한 기입임.

실시예 1

100%의 물 분무 분말 조성물을 90부의 구리, 10부의 주석과, 혼합물 내의 구리-주석의 3.2중량%에 해당하는 비스무트를 가지게 하는 상태로 준비하였다. 물 분무 분말을 베어링 제조방법에 따라 강재 뒤붙임판 상에 굳혀서 소결하였으며 소결층의 물리적인 특성을 표 1에 나타내었다.

실시예 2

5중량%의 비스무트를 함유한 100% 물 분무 분말의 90/10 구리-주석으로 실시예 1과 동일한 과정을 반복하였다. 물리적인 특성을 측정하여 표 1에 보였다. 이는 100% 물 분무 분말을 가지는 3-5중량%의 비스무트로부터의 물리적인 특성과 큰 차이를 보이지 않음을 알 수 있을 것이다.

실시예 3

100%의 가스 분무 분말을 90부의 구리, 10부의 주석과, 이러한 분말조성에서 구리와 주석의 상기 양에 대하여 약 4중량%의 비스무트를 포함하는 상태로 준비하였다. 상기 실시예 1에서 언급된 공정에 따라 시편을 압축 및 소결하였다. 이 시편의 물리적인 특성을 측정하여 표 1에 보였다. 100% 가스 분무 분말의 물리적인 특성은 거의 동일한 양의 비스무트를 함유하는 100% 물 분무 분말에 대하여 큰 차이를 보이지 않음을 알 수 있을 것이다.

실시예 4

함께 혼합되었을 때 90부의 구리, 10부의 주석과, 혼합물 내에서 구리와 주석의 양에 대하여 약 4중량%의 비스무트를 갖는 조성물을 형성한 가스 분무 분말 및 물 분무 분말의 혼합물을 이용하여, 본 발명에 따른 분말조성물을 조성하였다.

상기 구리의 양에 대하여 약 8중량%의 비스무트를 갖는 구리-비스무트 합금을 예비합금하여 혼합물을 준비하였다. 구리-비스무트 합금을 물 분무하여 물 분무된 구리-비스무트 분말을 형성하였다. 이 분말에, 혼합된 분말혼합물에서 비스무트의 전체중량비율을 전체 구리와 주석의 약 4중량%까지 감소시키기 위한 양으로 가스 분무된 구리-주석분말을 첨가하였다. 이와 같이 균일하게 혼합된 혼합물을 실시예 1에 대하여 상기 언급된 것과 동일한 방법에 따라 압축 및 소결하였다.

물리적인 특성을 측정하여 그 결과를 표 1에 보였다. 100% 물 분무 분말 또는 100% 가스 분무 분말로 이루어진 비교조성물의 물리적인 특성에 비교하였을 때 혼합된 물/가스 분무 혼합물의 물리적인 특성이 놀랄 만큼 현저하게 증가하였다. 예를 들어, 물 분무 분말 또는 가스 분무 분말로만 이루어진 것에 비하여 혼합형의 조성물은 내소착성이 약 45% 증가하였으며, 물 분무 분말 또는 가스 분무 분말로만 이루어진 것에 비하여 혼합형의 조성물의 연성(연신율 %)은 약 500 내지 800% 증가하였음을 알 수 있다. 또한, 이러한 혼합물의 다른 물리적인 특성들도 각각 현저히 증가하였다.

비스무트의 양은 혼합형 혼합물에서 약 1% 내지 약 15%의 범위에서 변동될 수 있다.

본 발명은, 구리계이면서 물 또는 가스 분무 분말에만 대비하여 물리적 특성에서 동일하거나 다른 이익으로부터의 잇점을 가질 수 있는 다른 물/가스 분무 혼합형 분말조성물의 제공을 의도하고 있다. 이러한 조성물계는 구리-주석-은, 구리-주석-납, 구리-주석, 구리-아연-비스무트, 구리-아연-납, 구리-아연-은 및 구리-아연을 포함한다. 또한, 비스무트, 납 또는 은 중 일부는 서로 대체되어 구리-주석 또는 구리-아연계가, 바람직하게는 물/가스 분무 혼합물의 물 분무성분으로서, 비스무트와 납, 비스무트와 은, 또는 납과 은, 또는 이들 3가지 모두의 조합을 포함할 수 있다.

바람직한 구리-주석-비스무트 분말혼합물에 있어서, 균일하게 혼합된 혼합물은 납을 함유하지 않고, 중량비로, 주성분으로서의 구리, 9 내지 11%의 주석, 최대 0.1%의 납, 1 내지 10%의 비스무트, 0.3 내지 0,7%의 인, 최대 0.5%의 각각의 아연 및 니켈, 최대 0.35%의 철, 최대 0.15%의 안티몬, 최대 0.015%의 황, 및 최대 0.005%의 각각의 알루미늄과 규소로 이루어지는 조성을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명의 많은 수정 실시예 및 변형 실시예가 상기한 교시내용에 비추어 보아서 가능하다 할 것은 자명한바, 특별한 언급이 없는 한 본 발명은 첨부의 특허청구범위의 범위 내에서 실시될 수 있다고 이해하여야 한다. 본 발명은 특허청구범위에 의해 규정된다.

Claims

베어링이 강재 뒤붙임판(12)에 접합되어 있는 무연분말금속의 베어링재료(18)를 포함하되 이 무연분말금속의 베어링재료(18)는 아래의 성분들을 포함하는 베어링.

8 내지 12중량%의 주석;

1 내지 5중량%의 비스무트;

0.03 내지 0.08중량%의 인; 및

이들 성분 이외의 성분으로 된 나머지 성분으로, 구리가 포함되는 성분.
제1항에 있어서, 무연분말금속의 베어링재료(18)가 완전히 치밀화되어 있는 베어링.
제2항에 있어서, 베어링재료(18)가

인장강도 ≥400 MPa,

항복강도 ≥290 MPa,

연신율 ≥10%, 및

경도 ≥130 HV 0.5/15의 특성을 나타내는 베어링.
제2항에 있어서, 강재 뒤붙임판에 접합된 베어링재료(18)가 구리-주석 기지(matrix)(22)를 가지되 이 구리-주석 기지(22) 내에서 인은 고용(dissolved)되어 있고 고용되지 않은 섬(undissolved islands) 형상의 비스무트(20)는 분산되어 있는 베어링.
제4항에 있어서, 강재 뒤붙임판에 접합된 베어링재료(18)가 어떤 하나의 부재를 미끄럼이동가능하게 지지하기 위한 베어링면(24)을 형성하되, 상기 강재 뒤붙임판에 접합된 베어링재료(18)가, 시간 경과에 따라 작동시 마찰슬라이딩부하를 받을 때에는, 구리-주석 기지(22) 중 일부의 주석을 상기 베어링면(24)으로 이동하게 하여 구리-주석 기지(22) 내의 주석의 농도를 초과하는 농도의 주석이 베어링면(24)에 형성되는 베어링재료(18)의 변형된 구조를 제공하게 하는 특성을 나타내는 베어링.
제5항에 있어서, 주석의 이동이 구리-주석 기지(22) 내에 고용된 주석과 고용되지 않은 비스무트(20) 사이의 반응으로부터 발생되는 베어링.
제5항에 있어서, 베어링이 엔진 베어링을 포함하는 베어링.
제1항에 있어서, 베어링재료(18)가 사용 중 슬라이딩 부하의 마찰력을 받을 때에는 내마모성과 내소착성을 증대시키는 특성을 나타내는 베어링.
제1항에 있어서, 베어링재료(18)가 가스 분무 분말 및 물 분무 분말의 혼합물을 포함하는 베어링.
제9항에 있어서, 가스 분무 분말 및 물 분무 분말이 각각 일정량의 비스무트(20)를 함유하고 있는 베어링.
제10항에 있어서, 물 분무 분말이, 가스 분무 분말의 농도보다 상대적으로 더 높은 농도의 비스무트(20)를 가지는 베어링.
아래의 성분들을 포함하는 분말금속의 베어링재료(18)를 강재 뒤붙임판(12)에 대는 단계 ; 및

강재 뒤붙임판(12)에 분말금속의 베어링재료(18)가 접합되어 완전히 치밀화되도록 분말금속의 베어링재료(18)를 강재 뒤붙임판(12) 상에서 압연 및 소결시키는 단계를 포함하는 무연 베어링의 제조방법.

8 내지 12중량%의 주석;

1 내지 5중량%의 비스무트;

0.03 내지 0.08중량%의 인; 및

이들 성분 이외의 성분으로 된 나머지 성분으로, 구리가 포함되는 성분.
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