KR101540036B1 - 이중 구조의 환형 소결체 및 그 소결체를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 환형 소결체에 관한 것으로서, 구체적으로는 산업기계나 건설장비 기계의 구동부에 사용되며, 축과 베어링 내경부의 유해물질 제거가 원활히 이루어질 수 있도록 하고, 동작시 축의 손상이 최소화될 수 있도록 함과 더불어 마찰력을 줄여 마찰열의 방지 효과를 증대시켜 원활한 슬라이딩이 가능하도록 한 새로운 형태의 소결 오일리스 부시 베어링을 구성하는데 유용하며, 특히 고하중 저속용 베어링의 용도에 적합한 것으로서, 더욱 상세하게는 내하중성과 윤활 특성을 최적화하도록, 내주부와 외주부의 이종 금속 소결 접합체로 이루어진 이중 구조의 환형 소결체와 그리고 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

이중 구조의 환형 소결체 및 그 소결체를 제조하는 방법 {A Sintered Body having Dual Ring Structure and a Manufacturing Method for the same}

본 발명은 여러 산업 기계의 슬라이딩 부에 광범위하게 사용되는 원통형 소결 베어링을 구성하는 환형 소결체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내하중성과 윤활 특성을 최적화하도록 내주부와 외주부의 특성을 달리하는 이중 구조의 환형 소결체 및 그 소결체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 환형 소결체에 관한 것으로써, 구체적으로는 산업기계나 건설장비 기계의 구동부에 사용되며, 축과 베어링 내경부의 유해물질 제거가 원활히 이루어질 수 있도록 하고, 동작시 축의 손상이 최소화될 수 있도록 함과 더불어 마찰력을 줄여 마찰열의 방지 효과를 증대시켜 원활한 슬라이딩이 가능하도록 한 새로운 형태의 소결 오일리스 부시 베어링을 구성하는데 유용하며, 특히 고하중 저속용 베어링의 용도에 적합한 환형 소결체에 관한 것이다.

일반적으로 슬라이딩 베어링은 산업기계나 건설기계의 축 회전부에 주로 사용되며, 축 회전부는 회전축과 부시 베어링을 포함하여 구성된다.

전술한 슬라이딩 베어링은 그 사용 장소에 대한 특징으로 인해 모래 또는 미세한 광물질의 혼합물 및 해수와 같은 열악한 특수환경을 고려하여 내마모성, 내식성 등이 우수해야 한다.

이에 따라, 상기 부시 베어링은 열처리를 통해 내, 외경의 경도를 높일 수 있는 탄소강을 주소재로 사용함으로써 상기 축과 상기 부시 베어링 사이로 유입되는 유해물질로부터 내마모성 및 내식성을 가질 수 있도록 구성된다.

하지만, 기존의 일반적인 부시 베어링은 원활한 윤활을 위해 지속적인 오일의 제공이 필요하다는 문제점이 있기에, 최근에는 새로운 형태의 소결 오일리스 베어링이 개발되어서 널리 이용되고 있다.

이러한 소결 오일리스 베어링은 철-구리-탄소계 분말을 소결하여 제작된 베어링으로서, 산업 기계 및 건설 기계에 포함되어 있는 다수의 관절 부위에 핀(또는 회전축)과 함께 사용되며, 핀(또는 회전축)을 지지할 뿐만 아니라 핀(또는 회전축)과의 마찰 저항을 저감시키는 역할을 한다.

이러한 철-구리-탄소계 소결 오일리스 베어링은 통상 20 부피%의 내외의 내부 기공을 가지고 있으며, 이 내부 기공에는 오일이 함유(含油)되어 있다. 이러한 함유된 오일은 핀(회전축)과 베어링이 마찰할 때 발생되는 마찰열에 의하여 베어링 내부에서 팽창된 후 베어링 외부로 배출되고, 이렇게 배출된 오일은 핀(회전축)과 베어링의 마찰부위로 흘러 들게 되어 윤활막을 형성시키게 되어서, 궁극적으로 베어링에 의해 지지되는 회전축 제품의 내구 수명이 연장되게 된다. 즉, 내부 기공의 양이 많을수록 오일이 많이 함유되므로 소결 오일리스 베어링에 의해 지지되는 회전축 제품의 내구 수명은 늘어나게 된다.

이러한 종래 기술에 따른 원통형 소결 오일리스 베어링의 내주부 소결체는 이와 같이 윤활 특성에 기초하여 필요한 내부 기공을 제공할 수 있도록 고가의 구리 또는 구리 합금 분말을 사용하여야 하지만, 이와 달리 원통형 소결 오일리스 베어링의 외주부 소결체는 이에 포함된 기공이 축 회전부에 윤활 특성을 제공하지 않으며 그 자체로는 원통형 소결 오일리스 베어링의 형상과 강도를 유지하는 기능을 제공하는 부분에 지나지 않음에도 불구하고 필요 이상의 기공이 제공될 뿐만 아니라 고가의 구리 또는 구리 합금 분말을 사용하여 제작되는 불합리한 점을 가지고 있기에 제작 단가가 높은 문제점이 있으며, 아울러 내구성이나 내식성의 보완을 위하여 소결체의 외측에 금속제 부시를 별도로 구비(금속제 부시 내경에 압입하고 소결 접합시킴)하여야 하는 경우에 있기에 제작 비용의 추가적인 상승 요인을 제공하는 문제점이 있다.

한편, 첨부 도면 도 1에 예시된 바와 같이, 금속제 부시(11) 내경에 제 2 금속 분말의 성형체 또는 소결체(12)를 압입하고서 소결 접합하거나, 또는 금속제 부시 내측면에 제 2 금속 분말을 가압 성형하고서 이들을 소결(한국 등록특허 제10-0286246호 및 한국 공개특허 제10-2008-0082832호 참조)하여 그 경계면의 접합을 이루어서 원통형 소결 베어링(10)을 제작하고자 하는 경우에는, 소결체(11) 부분과 그 외주면의 금속제 부시(12) 사이의 경계면의 접합부가 완전 접합에 이르기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 종래기술에 대한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 기술적 과제는, 원통형 소결 오일리스 베어링을 구성하는데 사용되는 환형 소결체에 있어서, 내주부 환형 소결체와 외주부 환형 소결체를 구성하는 재료를 달리하면서, 내주부 환형 소결체와 외주부 환형 소결체에서 내부 기공율과 같은 구조적 특성을 달리하도록 함으로써, 원통형 소결 오일리스 베어링을 구성하는 내주부에는 양호한 윤활 특성을 제공하고 그리고 원통형 소결 오일리스 베어링을 구성하는 외주부에는 양호한 강성과 내구성 및 내식성을 제공할 수 있도록 함으로써 낮은 제조 비용으로도 고하중 저속용 베어링에 적합한 이중 구조의 환형 소결체를 제공하며, 나아가 이러한 이중 구조의 환형 소결체를 효과적으로 만들수 있는 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예는,

내주부와 외주부의 금속 분말 조성을 달리한 이종 금속의 환형 소결 접합체로서,

제 1 금속 분말로 형성되는 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체로 1차 가압 성형되고 그리고 그 내측면에 제 2 금속 분말로서 제 2 원통형 성형체가 추가적으로 가압 성형될 때 함께 가압되어 제 1 원통형 성형체를 형성하고, 제 1 원통형 성형체와 제 2 원통형 성형체가 소결 접합되어 이중 구조의 환형 소결체를 형성할 때 그 외주부를 이루는 제 1 원통형 소결체와; 그리고

상기 제 1 원통형 소결체를 형성하는 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체의 내측면에 상기 제 1 금속 분말과는 다른 분말 조성을 구비한 제 2 금속 분말로서 제 2 원통형 성형체로 가압 성형되어서 슬라이딩을 요하는 상대 습동 부재와 면접촉되는 이중 구조의 환형 소결체의 내주부를 이루도록, 상기 제 1 원통형 소결체와 동시에 소결되며 상기 제 1 원통형 소결체의 내측면에 확산 접합되는 제 2 원통형 소결체를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 구조의 환형 소결체를 제공한다.

여기에서, 내주부의 제 2 원통형 소결체와 외주부의 제 1 원통형 소결체에서 내부 기공율과 같은 구조적 특성을 달리하는 이중 구조의 환형 소결체를 구성하기 위하여, 외주부의 상기 제 1 원통형 성형체는 6.5 ~ 7.5g/㎤의 분말 밀도로 성형되고, 그리고 그 내측면의 상기 2 원통형 성형체는 제 1 원통형 성형체의 분말 밀도 보다 상대적으로 낮은 5.5 ~ 6.5g/㎤의 분말 밀도로 성형되는 것이 바람직하며, 다만 상기 제 1 원통형 성형체는 2단계에 걸쳐서 성형되는데, 제 1 원통형 성형체만 분말 성형되는 1차 성형 단계에서 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체는 4.0 ~ 5.0g/㎤의 분말 밀도로 성형되는 것이 바람직하고, 상기 2 원통형 성형체와 함께 가압 성형될 때 그 분말 밀도가 6.5 ~ 7.5g/㎤에 도달되도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 외주부의 상대적으로 높은 성형 밀도의 제 1 원통형 성형체의 분말 밀도는 이중 구조의 환형 소결체에서 상대적으로 낮은 내부 기공율을 유도하면서 보다 양호한 강도 특성과 내구성 및 내식성을 제공한다는 관점에서 유리하고, 그리고 내주부의 상대적으로 낮은 성형 밀도의 제 2 원통형 성형체의 분말 밀도는 이중 구조의 환형 소결체에서 습동 부재와 면접촉하는 내측면 부분에 상대적으로 높은 내부 기공율을 유도하면서 보다 양호한 윤활 특성을 제공한다는 관점에서 유리하다.

한편, 상기 제 1 금속 분말은 중량비를 기준으로 0.3중량% 내지 1.3중량%의 흑연과; 구리, 니켈, 망간, 몰리브덴니윰을 포함하는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 접합제로서 0.1중량% 내지 3.0중량%의 접합제와, 그리고 나머지 기지부로 철을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1 금속 분말과 상이한 분말 조성을 가진 상기 제 2 금속 분말은 중량비를 기준으로 15중량% 내지 30중량%의 구리 또는 구리합금과; 0.3중량% 내지 1.3중량%의 흑연과; 그리고 기지부로 철을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 나아가, 구리합금이 선택되는 경우에는, 상기 구리합금은 청동합금(Cu-Sn) 또는 황동합금(Cu-Zn) 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.

또한, 본 발명은 또 다른 관점에서 본 발명에 따른 이중 구조의 환형 소결체를 제조하기 위한 방법으로서,

제 1 금속 분말과 그리고 상기 제 1 금속 분말의 분말 조성과는 상이한 분말 조성을 구비한 제 2 금속 분말을 준비하는 금속 분말 준비 단계와;

제 1 성형 몰드의 외측 환형 다이와 내측 중심 코어 사이의 공간부 내에 제 1 금속 분말을 투입하고 가압 성형하여 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체를 형성하는 제 1 원통형 성형체 초기 성형 단계와;

상기 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체를 제 2 성형 몰드의 외측 환형 다이와 내측 중심 코어 사이의 공간부 중에서 외측부에 삽입 설치하고, 상기 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체와 제 2 성형 몰드의 내측 중심 코어 사이의 공간부에 제 2 원통형 성형체를 형성하도록 제 2 금속 분말을 투입하고 가압하여 제 1 원통형 성형체와 제 2 원통형 성형체의 원통형 복합 성형체를 형성하되, 상기 제 1 원통형 성형체가 제 1 분말 밀도에 도달하고 그리고 그 내측면의 상기 제 2 원통형 성형체가 상기 제 1 원통형 성형체의 제 1 분말 밀도 보다 상대적으로 낮은 제2 분말 밀도에 도달하도록 가압 성형하는 원통형 복합 성형체 성형 단계와; 그리고

상기 제 1 원통형 성형체와 그 내측면에 제 1 원통형 성형체 보다 상대적으로 낮은 분말 밀도로 가압 성형되는 제 2 원통형 성형체를 포함하여 이루어지는 원통형 복합 성형체를 소결시켜서 이중 구조의 환형 소결체로 상호 접합시키는 접합 소결 동시 수행 단계를 포함하여 이루어진다.

여기에서, 상기 제1 원통형 성형체에 대한 상기 제 1 분말 밀도는 6.5~7.5g/㎤, 바람직하기로는 7.0g/㎤의 분말 밀도로 설정되는 것이 바람직하고, 그리고 그 내측면의 상기 제2 원통형 성형체에 대한 상기 제2 분말 밀도는 제1 분말 밀도 보다 상대적으로 낮은 5.0~6.5g/㎤, 바람직하기로는 6.3/㎤의 분말 밀도로 설정되는 것이 바람직하다.

물론, 상기 제 1 원통형 성형체는 상기 제 1 원통형 성형체 초기 성형 단계, 및 원통형 복합 성형체 성형 단계의 2단계에 걸쳐서 성형되어서 원통형 복합 성형체를 형성하게 되는데, 제 1 원통형 성형체만 분말 성형되는 상기 제 1 원통형 성형체 초기 성형 단계에서는 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체가 4.0 ~ 5.0g/㎤의 분말 밀도로 성형되는 것이 바람직하다.

여기에서도, 상기 제 1 금속 분말은 중량비를 기준으로 제 1 금속 분말은 중량비를 기준으로 0.3중량% 내지 1.3중량%의 흑연과; 구리, 니켈, 망간, 몰리브덴니윰을 포함하는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 접합제로서 0.1중량% 내지 3.0중량%의 접합제, 그리고 나머지 기지부로 철을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하고, 그리고 상기 제 2 금속 분말은 중량비를 기준으로 15중량% 내지 30중량%의 구리 또는 구리합금과; 0.3중량% 내지 1.3중량%의 흑연과; 그리고 기지부로 철을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 나아가, 구리합금이 선택되는 경우에는, 상기 구리합금은 청동합금(Cu-Sn) 또는 황동합금(Cu-Zn) 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.

그리고, 상기 접합 소결 동시 수행 단계에서, 접합 소결 온도는 950℃ 내지 1200℃이고; 접합 소결 시간은 10분 내지 50분이고; 그리고 접합 소결 분위기는 환원성 분위기 또는 진공 분위기일 수 있다.

나아가, 본 발명의 추가적인 관점에 따르면, 위와 같은 과정을 통하여 제조되는 이중 구조의 환형 소결체를 이용하여 원통형 소결 오일리스 베어링을 제조하기 위한 방법으로서,

이중 구조의 환형 소결체를 열처리하는 단계와;

열처리된 상기 이중 구조의 환형 소결체에 오일을 함침시키는 단계와; 그리고

상기 오일이 함유된 상기 이중 구조의 환형 소결체를 절삭가공하는 단계를 추가적으로 포함하여 이루어지는 원통형 소결 오일리스 베어링의 제조 방법을 제공한다.

또한, 상기 열처리하는 단계는 고주파 열처리 또는 담금질 또는 침탄 또는 질화 열처리 중 선택되는 어느 하나로 진행될 수 있다.

또한, 상기 오일을 함침시키는 단계에서, 오일 함침 온도는 60℃ 내지 100℃이고, 그리고 오일 함침 분위기는 진공 분위기 또는 대기 분위기일 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따라서 제공되는 이중 구조의 환형 소결체에 의하면, 원통형 소결 오일리스 베어링을 구성하는 경우에 양호한 윤활성을 제공하도록 내주부 소결체를 형성하는 재료에만 고가의 구리 또는 구리 합금이 상당량 포함되도록 하고, 외주부는 보다 저가의 제 1 금속 분말로만 형성함으로써 재료 비용과 전체적인 제조 비용을 낮추는 효과를 제공하면서, 내주부 소결체와 외주부 소결체에서 내부 기공율과 같은 구조적 특성을 달리하도록 분말 가압 성형시에 성형 밀도를 조정함으로써 낮은 제조 비용으로도 내주부에는 양호한 윤활 특성을 제공하고 그리고 외주부에는 보다 양호한 강성과 내구성 및 내식성을 제공하는 효과를 얻게 된다.

도 1은 종래의 일반적인 원통형 소결 오일리스 베어링을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 구조의 환형 소결체를 나타낸 구성도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 구조의 환형 소결체를 구성하는 제 1 원통형 성형체를 성형하기 위한 제 1 성형 몰드를 도시한 분해 사시도이고, 도 3b는 제 1 성형 몰드의 조립 상태를 나타낸 단면도이다.
도 4a와 도 4b는 제 1 성형 몰드로써 제 1 금속 분말을 사용하여 제 1 원통형 성형체를 가압 성형하여 초기 성형체를 성형하는 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 구조의 환형 소결체를 구성하는 제 2 원통형 성형체를 제 1 원통형 성형체의 내측면에 성형하기 위한 제 2 성형 몰드를 도시한 분해 사시도이고, 도 5b는 제 2 성형 몰드와 제 1 원통형 성형체의 조립 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6a와 도 6b는 제 2 성형 몰드로써 제 2 금속 분말을 사용하여 제 1 원통형 성형체와 그 내측면의 제 2 원통형 성형체의 원통형 복합 성형체를 가압 성형하는 과정을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 이중 구조의 환형 소결체를 제조하는 방법과 그리고 이를 이용하여 고하중 저속용 베어링에 적합한 원통형 오일리스 소결 베어링을 제조하기 위한 방법의 바람직한 일 실시예를 도시한 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 구조의 환형 소결체를 나타낸 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이중 구조의 환형 소결체(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 금속 분말로 형성되는 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체(110a)로 1차 가압 성형되고 그리고 그 내측면에 제 2 금속 분말로서 제 2 원통형 성형체(120)가 추가적으로 가압 성형될 때 함께 가압되어 제 1 원통형 성형체(110)를 형성하고, 제 1 원통형 성형체(110)와 제 2 원통형 성형체(120)가 소결 접합되어 이중 구조의 환형 소결체(100)를 형성할 때 그 외주부를 이루는 제 1 원통형 소결체(110)와; 그리고 상기 제 1 원통형 소결체(110)를 형성하는 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체(110a)의 내측면에 상기 제 1 금속 분말과는 다른 분말 조성을 구비한 제 2 금속 분말로서 제 2 원통형 성형체(120)로 성형되어서 슬라이딩을 요하는 상대 습동 부재와 면접촉되는 이중 구조의 환형 소결체(100)의 내주부를 이루도록, 상기 제 1 원통형 소결체(110)와 동시에 소결되며 상기 제 1 원통형 소결체(110)의 내측면에 확산 접합되는 제 2 원통형 소결체(120)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내주부와 외주부의 금속 분말 조성을 달리한 이종 금속의 환형 소결 접합체로서 제공된다.

그리고, 다양한 규격의 이중 구조의 환형 소결체가 본 발명에 따라서 만들어지고 사용될 수 있지만, 발명의 용이한 이해를 돕기 위하여 도 2에 예시된 규격을 가진 하나의 바람직한 일 실시예를 설명하기로 한다.

도 2의 하단에 도시되고 그 규격이 예시된 이중 구조의 환형 소결체(100)에 따르면, 완성품의 규격 치수가 외경 105mm, 내경 90mm, 길이 60mm일 경우에, 먼저 제 1 금속 분말로서 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 외주부를 형성하게될 초기 성형체(110a)를 1차적으로 성형할 때 도 2의 상단에 도시된 바와 같이 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체(110a)의 외경(r0')은 106mm가 되고 그 내경(r1)은 96mm가 되도록 성형하며, 그 성형체 길이(Lout)는 110mm가 되도록 성형하며, 나아가 추가적으로 내주부를 형성하도록 제 2 금속 분말로서 제 2 원통형 성형체(120) 부분을 추가 성형할 때에는 내경 107mm의 제 2 성형 몰드의 외측 환형 다이(도 4a의 도면부호 '310' 참조) 내에서 앞서 1차 성형된 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체(110a)가 제 2 금속 분말과 함께 가압되면서 2차 성형되며, 이렇게 2차 성형되는 제 1 원통형 성형체(110)는 그 외경(r0)이 제 2 성형 몰드(300)의 외측 환형 다이(310)의 내경(R0)에 맞도록 107mm로 확대 변경되며, 제 1 원통형 성형체(110) 및 제 2 원통형 성형체(120)의 원통형 복합 성형체(100)의 전체 길이(Lf)는 62mm로 감소되게 된다. 한편, 1차 성형된 상기 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체(110a)의 내주면에 접하여 가압 성형되는 제 2 원통형 성형체(120)의 외경(r1)은 1차 성형된 초기 성형체(110a) 및 2차 성형되는 제 1 원통형 성형체(110)의 내경과 동일한 96mm가 되며, 그 내경(r2)은 지지되는 상대 습동 부재(미도시: 회전축 부재)의 외경에 맞는 최종 수치인 86mm에 더하여 추가적인 가공 여유 2mm를 고려하여 88mm로 성형된다.

여기에서, 상기 제 1 금속 분말은 중량비를 기준으로 0.3중량% 내지 1.3중량%의 흑연과; 구리, 니켈, 망간, 몰리브덴니윰을 포함하는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 접합제로서 0.1중량% 내지 3.0중량%의 접합제와, 그리고 나머지 기지부로 철을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하고, 그리고 상기 제 2 금속 분말은 중량비를 기준으로 15중량% 내지 30중량%의 구리 또는 구리합금과; 0.3중량% 내지 1.3중량%의 흑연과; 그리고 기지부로 철을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 나아가, 구리합금이 선택되는 경우에는, 상기 구리합금은 청동합금(Cu-Sn) 또는 황동합금(Cu-Zn) 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.

그리고, 내주부의 제 2 원통형 소결체와 외주부의 제 1 원통형 소결체에서 내부 기공율과 같은 구조적 특성을 달리하는 이중 구조의 환형 소결체를 구성하기 위하여, 2차 성형 과정을 마친 상기 제 1 원통형 성형체(110)는 6.5 ~ 7.5g/㎤, 바람직하기로는 7.0g/㎤의 분말 밀도로 성형되는 것이 바람직하고, 그리고 그 내측면의 상기 2 원통형 성형체(120)는 상기 제 1 원통형 성형체의 분말 밀도 보다 상대적으로 낮은 5.5 ~ 6.5g/㎤, 바람직하기로는 6.3/㎤의 분말 밀도로 성형되는 것이 바람직하다.

이와 같이 상대적으로 높은 성형 밀도의 제 1 원통형 성형체(110)의 분말 밀도는 원통형 복합 성형체(100) 및 그 소결체인 이중 구조의 환형 소결체(100)의 외주부에서 상대적으로 낮은 내부 기공율을 유도하면서 보다 양호한 강도 특성과 내구성 및 내식성을 제공한다는 관점에서 유리하고, 그리고 상대적으로 낮은 성형 밀도의 제 2 원통형 성형체(120)의 분말 밀도는 원통형 복합 성형체(100) 및 그 소결체인 이중 구조의 환형 소결체(100)의 내주부에서 상대적으로 높은 내부 기공율을 유도하면서 보다 양호한 윤활 특성을 제공한다는 관점에서 유리하다.

이하에서는 첨부 도면 도 3a 내지 도 6b와 그리고 도 7의 순서도를 참조하여, 본 발명에 따른 이중 구조의 환형 소결체를 제조하기 위한 방법을 설명하기로 한다.

즉, 본 발명에 따른 원통형 복합 소결 오일리스 베어링을 제조하기 위한 방법은, 도 7의 순서도에 나타낸 바와 같이,

제 1 금속 분말과 그리고 상기 제 1 금속 분말의 분말 조성과는 상이한 분말 조성을 구비한 제 2 금속 분말을 준비하는 금속 분말 준비 단계(S100)와;

제 1 성형 몰드(200)의 외측 환형 다이(210)와 내측 중심 코어(220) 사이의 공간부 내에 제 1 금속 분말을 투입하고 제1 분말 밀도에 도달하도록 가압 성형하는 제 1 원통형 성형체 초기 성형 단계(S200)와;

상기 제 1 원통형 성형체(110)를 제 2 성형 몰드(300)의 외측 환형 다이(310)와 내측 중심 코어(320) 사이의 공간부 중에서 외측부에 삽입 설치하고, 상기 제 1 원통형 성형체(110)와 제 2 성형 몰드(300)의 내측 중심 코어(320) 사이의 공간부에 제 2 원통형 성형체(120)를 형성하도록 제 2 금속 분말을 투입하고 제 2 원통형 성형체(120)가 상기 제 1 분말 밀도 보다 상대적으로 낮은 제2 분말 밀도에 도달하도록 가압 성형하는 원통형 복합 성형체 성형 단계(S300)와; 그리고

상기 제 1 원통형 성형체(110)와 그 내측면에 제 1 원통형 성형체 보다 상대적으로 낮은 분말 밀도로 가압 성형되는 제 2 원통형 성형체(120)를 포함하여 이루어지는 원통형 복합 성형체를 소결시켜서 이중 구조의 환형 소결체(100)로 상호 접합시키는 접합 소결 동시 수행 단계(S400)를 포함하여 이루어진다.

여기에서도, 상기 제 1 금속 분말은 중량비를 기준으로 0.3중량% 내지 1.3중량%의 흑연과; 구리, 니켈, 망간, 몰리브덴니윰을 포함하는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 접합제로서 0.1중량% 내지 3.0중량%의 접합제와, 그리고 나머지 기지부로 철을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하고, 그리고 상기 제 2 금속 분말은 중량비를 기준으로 15중량% 내지 30중량%의 구리 또는 구리합금과; 0.3중량% 내지 1.3중량%의 흑연과; 그리고 기지부로 철을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 나아가, 구리합금이 선택되는 경우에는, 상기 구리합금은 청동합금(Cu-Sn) 또는 황동합금(Cu-Zn) 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.

또한, 상기 제 1 원통형 성형체(110)에 대한 상기 제 1 분말 밀도는 6.5~7.5g/㎤, 바람직하기로는 7.0g/㎤의 분말 밀도로 설정되는 것이 바람직하고, 그리고 그 내측면의 상기 제 2 원통형 성형체(120)에 대한 상기 제2 분말 밀도는 제1 분말 밀도 보다 상대적으로 낮은 5.5~6.5g/㎤, 바람직하기로는 6.3/㎤의 분말 밀도로 설정되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 접합 소결 동시 수행 단계(S400)에서, 접합 소결 온도는 950℃ 내지 1200℃이고; 접합 소결 시간은 10분 내지 50분이고; 그리고 접합 소결 분위기는 환원성 분위기 또는 진공 분위기일 수 있다.

나아가, 상기한 방법으로 만들어진 이중 구조의 환형 소결체를 이용하여 고하중(고면압) 저속용의 원통형 소결 오일리스 베어링을 제조할 수 있는데. 그 구체적인 방법은,

앞서 설명된 바에 따라 만들어진 이중 구조의 환형 소결체(100)를 필요에 따라서 소성 가공하는 단계(S500)와;

소성 가공된 상기 이중 구조의 환형 소결체(100)를 열처리하는 단계(S600)와;

열처리된 상기 이중 구조의 환형 소결체(100)에 오일을 함침시키는 단계(S700)와; 그리고

상기 오일이 함유된 상기 이중 구조의 환형 소결체(100)를 절삭가공하는 단계(S800)를 추가적으로 포함한다.

여기에서, 상기 이중 구조의 환형 소결체(100)를 소성 가공하는 단계(S500)는 내주면의 강도를 높이거나 글루브 또는 단차부가 있는 구조물이나 딤플이 형성되는 제품을 제작하는 등의 경우에 열처리 단계 이전에 프레싱 공정, 압연 공정, 인발 공정 중 선택되는 어느 하나 또는 그 이상의 공정을 통하여 내외주 복합 접합체에 필요한 형상적인 변화를 가할 필요가 있는 경우에 수행되는 과정으로서 필수적인 과정은 아니고 필요에 따라서 수행될 수 있는 선택적인 과정이다.

또한, 상기 열처리하는 단계는 고주파 열처리 또는 담금질, 또는 침탄 또는 질화 열처리 중에서 선택되는 어느 하나로 진행될 수 있다.

또한, 상기 오일을 함침시키는 단계에서, 오일 함침 온도는 60℃ 내지 100℃이고, 그리고 오일 함침 분위기는 진공 분위기 또는 대기 분위기일 수 있다.

한편으로, 상기 이중 구조의 환형 소결체(100)를 절삭 가공하여 만들어지는 원통형 복합 소결 오일리스 베어링(100)의 내주면에는 고체 윤활제를 코팅하여 피막층을 형성하는 단계(S900)를 추가적으로 수행할 수도 있다.

여기에서, 제 1 성형 몰드(200)의 외측 환형 다이(210)와 내측 중심 코어(220) 사이의 공간부 내에 제 1 금속 분말을 투입하고 제1 분말 밀도에 도달하도록 가압 성형하는 제 1 원통형 성형체 초기 성형 단계(S200)를 첨부 도면 도 3a의 분해 사시도 및 도 3b의 조립 상태 단면도 및 도 4a와 도 4b에 연속적으로 도시된 동작 상태 단면도에 기초하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

앞서 설명된 바와 같이 이중 구조의 환형 소결체(100)와 이를 이용하여 만들어지는 원통형 복합 소결 오일리스 베어링(100)의 외주부를 형성하는 제 1 원통형 소결체(110)는 흑연, 즉 탄소 성분을 포함하는 철계 분말로 성형되고 보다 높은 분말 밀도로 소결되어서 내주부의 제 2 원통형 소결체(120) 보다 높은 강성을 가지기에 제 2 원통형 소결체(120)에 가해지는 하중을 지지하는 역할을 수행하게 된다.

여기에서, 제 2 원통형 소결체(120)에 가해지는 하중으로는 본 발명의 슬라이딩 타입의 오일리스 소결 베어링이 장착되는 산업 기계 자체의 하중이거나, 산업 기계가 동작될 때 발생되는 충격 하중일 수 있는데, 상기 제 1 원통형 소결체(110)는 제 2 원통형 소결체(120)를 외부에서 지지하며 강도 및 충격 특성을 향상시킨다.

도 3a의 분해 사시도 및 도 3b의 조립 상태 단면도에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 구조의 환형 소결체(100)를 구성하는 제 1 원통형 성형체를 성형하기 위해서는 제 1 성형 몰드(200)가 사용되는데, 이러한 제 1 성형 몰드(200)는 제 1 외측 환형 다이(210)와, 그 중심에 설정 간격 이격되어 설치되며 제 1 외측 환형 다이(210)와 함께 상하로 작동하는 제 1 중심 코어(220)와, 제 1 외측 환형 다이(210)와 제 1 중심 코어(220) 사이의 환형 공간부에 투입되는 제 1 금속 분말을 지지하고 가압하기 위하여 제공되는 제 1 하부 펀치(230) 및 제 1 상부 펀치(240)를 포함하여 이루어진다.

흑연을 포함하는 제 1 금속 분말로써 제 1 원통형 성형체(110a)를 성형하기 위해서는 이러한 제 1 성형 몰드(200)를 구성하는 제 1 외측 환형 다이(210)와 제 1 중심 코어(220) 사이의 환형 공간부에 제 1 금속 분말을 투입하고 환형 공간부로 삽입되는 제 1 하부 펀치(230)와 제 1 상부 펀치(240) 사이에서 제 1 금속 분말(Pw1)을 가압 성형하여 만들어지는데, 통상의 일반적인 프레스 장치를 이용하는 경우에 제 1 상부 펀치(240)가 하방으로 내려오면서 가압 성형하는 공정이 수행된다.

이렇게 가압 성형이 완료되면 제 1 상부 펀치(240)가 상방으로 다시 올라가고 그리고는 제 1 외측 환형 다이(210)와 제 1 중심 코어(220)가 하방으로 이동하면서 제 1 하부 펀치(230) 위의 제 1 원통형 성형체(110a)를 외부로 반출할 수 있게 되는데, 이러한 작동 과정은 도 4a 및 도 4b에 명확히 도시되어 있다.

이와 같이 제 1 성형 몰드(200)로부터 1차 가압 성형이 완료되어서 분리된 제 1 원통형 성형체(110a)는 앞서 설명한 바와 같이 원통형 복합 성형체 성형 단계(S300)를 통하여서 2차 가압 성형을 하기 위하여 도 5a 및 도 5b에 도시된 제 2 성형 몰드(300) 내부에 삽입 설치되게 되는데, 구체적으로는 상기 제 1 원통형 성형체(110a)를 제 2 성형 몰드(300)의 제 2 외측 환형 다이(310)와 제 2 내측 중심 코어(320) 사이의 공간부 중에서 외측부에 삽입 설치하게 된다.

그리고는, 도 6a에 도시된 바와 같이 상기 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체(110a)와 제 2 성형 몰드(300)의 제 2 내측 중심 코어(320) 사이의 공간부에 제 2 원통형 성형체(120)를 형성하도록 제 2 금속 분말(Pw2)을 투입하고서, 도 6b에 도시된 바와 같이 제 2 상부 펀치(340)를 제 2 하부 펀치(330) 방향으로 하강시켜서 제 2 원통형 성형체(120)의 분말 밀도가 이와 함께 가압 성형되는 제 1 원통형 성형체(110)의 제 1 분말 밀도(예컨대, 7.0g/㎤의 분말 밀도) 보다 상대적으로 낮은 제2 분말 밀도(예컨대, 6.3g/㎤의 분말 밀도)에 도달하도록 가압 성형하게 된다. 이러한 2차 가압 성형 과정 중에서, 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체(110a)의 직경은 늘어나고(예시된 실시예에서, 106mm에서 107mm로) 그 길이는 단축되는(예시된 실시예에서, 110mm에서 62mm로) 변형을 받게 되어서 2차 가압 성형이 완료된 제 1 원통형 성형체(110)가 된다.

또한, 이러한 2차에 걸친 프레스 장치 등을 이용한 가압 성형 공정이 완료되면, 제 2 상부 펀치(340)가 상방으로 다시 올라가고 그리고는 제 2 외측 환형 다이(310)와 제 1 중심 코어(320)가 하방으로 이동하면서 제 2 하부 펀치(330) 위에 위치하는 제 1 원통형 성형체(110)와 제 2 원통형 성형체(120)의 원통형 복합 성형체(100)를 제 2 성형 몰드(300) 외부로 반출할 수 있게 되는데, 이러한 작동 과정은 도 6a 및 도 6b에 명확히 도시되어 있다.

그리고는, 다음의 접합 소결 동시 수행 단계(S400)에서, 제 2 원통형 소결체(120)는 그 외주부의 제 1 원통형 소결체(110)와 함께 소결되면서 동시에 접합되고, 소결에 의해 형성된 내부 기공, 특히 제 2 원통형 소결체(120)의 내부 기공에는 오일이 함침되며, 그리고 원통형 복합 소결 오일리스 베어링(100)으로 완성되면 슬라이딩을 요하는 상대 습동 부재(미도시)와 면접촉하게 된다. 특히, 제 2 원통형 성형체(120)의 소결에 의해 제 2 원통형 소결체(120)에 형성되는 풍부한 내부 기공에 오일을 함침할 경우 오일리스(oilless) 소결 베어링을 구현할 수 있게 되므로, 잦은 오일 주입에 따른 산업 기계의 가동율 저하를 미연에 막을 수 있다. 또한, 기지부인 철(Fe)은 열처리시 흑연과 함께 경화되어 마르텐사이트(martensite) 조직으로 변화되므로, 제 2 원통형 소결체(120)의 내마모성도 향상시킬 수 있다. 또한, 별도의 납(Pb)이 사용되지 않아도 소결 및 오일 함침을 통해 윤활 특성을 향상시킬 수 있으므로 친환경적일 수 있다.

이하, 예컨대 철-구리계 합금 분말이 되는 제 2 금속 분말로 조성되는 제 2 원통형 소결체(120)의 성분을 구체적으로 설명한다.

철-구리계 합금의 습동층을 형성하는 제 2 원통형 소결체(120)는 그 조성물의 중량비를 기준으로, 15중량% 내지 30중량%의 구리(Cu) 또는 구리합금과, 0.3중량% 내지 1.0중량%의 흑연(Gr)과, 그리고 기지부로 철(Fe)을 포함한다. 이와 더불어, 제 2 원통형 소결체(120)는 0.1중량% 내지 3.0중량%의 기타 성분을 더 포함할 수 있고, 그리고 이러한 기타 성분은 니켈(Ni) 또는 은(Ag) 중 선택되는 어느 한 가지 또는 두 가지 모두일 수 있다.

보다 구체적으로, 제 2 금속 분말의 제 2 원통형 소결체(120)는 철 메트릭스(기지부로서 습동층의 강도를 확보하는 역할을 수행)에 인성과 소결능이 좋은 구리 또는 구리합금을 첨가하여 제조되는데, 주로 구리인 순수 동(Cu) 만을 첨가하거나, 구리합금인 청동 합금(Cu-Sn) 또는 황동 합금(Cu-Zn)을 첨가하여, 상대 습동 부재(미도시)와의 마찰 특성을 향상시키거나, 다기공 습동층으로 제공되는 제 2 원통형 소결체(120)의 소결능을 좋게 하여 강도를 향상시키게 된다. 일예로, 구리와 주석이 결합된 청동합금(Cu-Sn)은 소결 온도가 낮기 때문에 온도가 낮은 조건에서 소결(즉, 철-구리게 합금 분말 소결) 및 접합(즉, 지지 베이스와 철-구리계 합금 접합)을 요할 경우 첨가되는 것이 바람직하고, 다른 예로, 제 2 원통형 소결체(120) 부분에서 보다 높은 강도를 필요로 할 경우에는 황동합금(Cu-Zn)을 첨가하는 것이 바람직하다. 또 다른 예로, 고온의 열처리를 수행하는 경우에는 철 메드릭스에 순수 동(Cu)을 첨가하여 열처리 온도(대략 910℃ 내지 940℃)에서 용융이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 제 2 원통형 소결체(120)의 철 메트릭스에 흑연(Gr)이 첨가될 경우, 소결시 철 메트릭스에 확산되면서 철 메트릭스의 경화에 기여하고, 확산되지 않고 남은 흑연은 제 2 원통형 소결체(120)에 함침된 오일과 별도로 제 2 원통형 소결체(120)에 추가적인 윤활 작용을 제공하는 고체 윤활재로서의 역할을 수행한다.

또한, 외주부의 제 1 원통형 소결체(110)와의 접합 강도를 향상시키기 위하여, 상술한 기타 성분으로 접합 특성이 우수한 니켈(Ni) 또는 은(Ag)을 선택하여 제 2 원통형 소결체(120)의 철 메트릭스에 첨가할 수 있다.

본 발명에 따라 제조되는 이중 구조의 환형 소결체(100) 완성품에 대한 실험 결과에 의하면, 구리(Cu) 또는 구리합금(Cu-Sn 또는 Cu-Zn) 중 선택되는 어느 하나는 전체 조성물을 기준으로 15중량% 내지 30중량%로 조성되는 것이 가장 바람직한 것으로 나타났다. 즉, 구리(Cu) 또는 구리합금은 철(Fe) 보다 녹는점이 낮고, 윤활성이 우수하며, 확산계수가 커 확산이 용이한 바, 그 첨가량이 15중량% 보다 적으면, 제 1 원통형 소결체(110)와의 접합성이나, 윤활성, 내충격성을 저하시키고, 그 첨가량이 30중량% 보다 많으면, 제 1 원통형 소결체(110)와의 접합성이나 윤활성에는 효과적이나, 반면에 제 2 원통형 소결체(120) 자체의 강도나 내구성을 과도하게 저하시킨다. 따라서 실험 결과에 의하면, 제 2 원통형 소결체(120)의 강도 및 내구성을 최적의 상태로 유지시킬 수 있으면서 제 1 원통형 소결체(110)와의 접합성도 좋아질 수 있게 하는 구리(Cu)(또는 구리합금)의 첨가량은 15중량% 내지 30중량%로 나타났다.

또한, 위 실험 결과에 의하면, 흑연(Gr)은 전체 조성물을 기준으로 0.3중량% 내지 1.0중량%로 조성되는 것이 가장 바람직한 것으로 나타났다. 즉, 흑연(Gr)은 고온 접합시 일부는 철(Fe) 분말로 확산되어 철 분말을 경화시키고, 일부는 잔존하여 고체 윤활제 역할을 하는 바, 그 첨가량이 0.3중량% 보다 적으면, 철(Fe) 분말의 경화에 기여하지 못하고, 그 첨가량이 1.0중량% 보다 많으면, 습동층의 역할을 수행하는 제 2 원통형 소결체(120)의 강도를 저하시킨다. 이에 따라, 철(Fe) 분말을 경화시킬 수 있으면서 습동층의 역할을 수행하는 제 2 원통형 소결체(120)의 강도를 좋게 하는 최적정량의 흑연(Gr)을 첨가해야 된다. 따라서 실험 결과에 의하면, 철(Fe) 분말을 경화시킬 수 있으면서 제 2 원통형 소결체(120)의 강도를 좋게 하는 흑연(Gr)의 첨가량은 0.3중량% 내지 1.0중량%로 나타났다.

또한, 실험 결과에 의하면, 니켈(Ni) 또는 은(Ag) 등의 기타 성분은 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.1중량% 내지 3중량%로 제 2 원통형 소결체(120)에 더 첨가되면 제 2 원통형 소결체(120)와 제 1 원통형 소결체(110)의 접합 강도가 향상되는 것으로 나타났다. 구체적으로, 기타 성분의 첨가량이 3중량% 보다 많으면, 습동층(제 2 금속 분말이 소결되어 형성된 층) 내의 액상의 출현량이 높아서 변형량이 커서 가공량이 증가하게 되는 문제를 갖는 것으로 나타났고, 기타 성분의 첨가량이 0.1중량% 보다 작으면 습동층 내에 액상 출현량이 너무 적어서 습동층과 이를 지지하는 제 1 원통형 소결체(110)의 접합 강도의 향상이 미비하며 또한 습동층의 강도 향상에 기여하지 못하는 것으로 나타났다.

이와 같이 원통형 복합 성형체(100)가 접합 소결 동시 수행 단계(S400)에서 원통형 복합 소결체(100)로서 소결되면서 이중 구조의 환형 소결체(100)로 하나의 접합체가 되도록 하기 위해서, 환원성 분위기 또는 진공 분위기에서 소결 접합하게 된다. 특히, 소결 접합시 환원성 분위기 또는 진공 분위기를 유지하는 것은 제 1 원통형 성형체(110)와 제 2 원통형 성형체(120)의 표면에 형성될 수 있는 산화층을 환원시켜 접합 및 소결이 잘 되도록 활성화시키기 위함이다. 또한, 제 2 원통형 성형체(120)를 구성하는 제 2 금속 분말은 제 1 원통형 소결체(110)의 내측면에 소결되면서 확산 접합되어서 습동층이 된다. 진공 분위기 또는 환원성 분위기에서의 상술한 접합 및 소결이 이루어지기 위한 접합 소결 온도는 접합재 역할을 하는 구리(또는 구리합금) 분말의 액상 출현 온도인 950℃ 내지 1200℃이고, 상술한 접합 및 소결이 이루어지는데 걸리는 접합 소결 시간은 제 1 원통형 성형체(110)와 제 2 원통형 성형체(120)의 두께에 따라 다르지만 대략 10분 내지 50분 정도 소요된다.

그리고는, 이중 구조의 환형 소결체(100)를 이용하여 원통형 복합 소결 오일리스 베어링(100)으로 완성하기 위하여, 필요한 경우에는 선택적으로 제 2 원통형 소결체(120)의 강도를 향상시키거나 또는 필요한 특별한 형상 구조를 형성하도록 소성 가공 단계(S500)를 수행할 수도 있다.

나아가, 제 1 원통형 소결체(110)와 제 2 원통형 소결체(120)를 동시에 경화하여 강도 및 내마모성을 향상시키기 위하여 이중 구조의 환형 소결체(100)에 대한 열처리를 한다(S600). 열처리 방법에는 고주파, 침탄, 담금질, 질화 열처리 등이 있으며, 용도 및 기능에 따라 최적의 열처리 방법을 선택하여 열처리를 실시한다. 특히, 열처리 후에는 철 입자가 경화되어 마르텐사이트(Martensite) 조직이 나타나며, 이는 강도 및 내마모성을 향상시키는 역할을 수행한다.

열처리 작업이 완료되면, 본 발명에 따른 이중 구조의 환형 소결체(100)의 내측면으로부터 내부 기공에 오일을 함침시킨다(S700). 일예로, 본 발명에 따른이중 구조의 환형 소결체(100)가 고면압(고하중) 저속에서 사용될 경우, 제 2 원통형 소결체(120)의 내부 기공에 함유되는 오일은 그 점도가 220cst 이상인 기어 오일 상당한 오일이 채용되는 것이 바람직할 것이다. 나아가, 진공 분위기 또는 대기 분위기에서 오일을 함침시키게 되고, 이 때 요구되는 오일 함침 온도는 오일이 원활하게 유동할 수 있도록 60℃ 내지 100℃로 설정됨이 바람직할 것이다. 특히, 진공 분위기에서 오일을 함침시키게 되면 그 진공력에 의해 오일이 내부 기공으로 원활하게 함침될 수 있다.

이후에, 제 1 원통형 소결체(110) 및 제 2 원통형 소결체(120)으로 이루어진 이중 구조의 환형 소결체(100)를 해당 산업 기계의 슬라이딩 부(미도시)에 취부하기 위해, 해당 슬라이딩 부(회전축 부재 등)의 형상에 맞도록 절삭가공을 실시한다(S800). 이러한 절삭가공으로는 용도에 따라 밀링, 선반, 연마 방법이 사용될 수 있다.

한편, 앞서 언급한 바와 같이 상기 이중 구조의 환형 소결체(100)를 절삭 가공하여 만들어지는 원통형 복합 소결 오일리스 베어링(100)의 내주면에는 고체 윤활제를 코팅하여 피막층을 형성하는 단계(S900)를 추가적으로 수행할 수도 있다.

본 명세서에서 사용된 구성 요소들 중에서 구성요소의 명칭은 '제 1 원통형 성형체'과 관련하여 '초기 성형체'에 대해서는 도면 부호를 '110a'을 사용하고, 2차 가압 성형에 의한 변형 상태 이후에는 도면 부호를 '110'을 사용하였다. 반면에 도면 부호 '100'에 대응하는 구성요소들은 제조 단계에 따라 변화되는 형상적인 차이점을 도면에 나타내기 어려운 상황을 고려하여, '제 1 원통형 성형체(110)와 제 2 원통형 성형체(120)의 원통형 복합 성형체(100)', '원통형 복합 소결체(100)', '이중 구조의 환형 소결체(100)', 및 '원통형 복합 소결 오일리스 베어링(100)'와 같이 그 구성요소의 명칭은 제조 단계에 따라서 변경하여 사용하면서도 모두 동일한 도면부호 '100'을 공통적으로 사용하였음을 밝혀두는 바이다.

100: 원통형 복합 성형체, 원통형 복합 소결체, 이중 구조의 환형 소결체, 원통형 복합 소결 오일리스 베어링
110a: 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체
110: 제 1 원통형 성형체
120: 제 2 원통형 성형체
200: 제 1 성형 몰드
300: 제 2 성형 몰드

Claims (8)

1. 삭제
2. 내주부와 외주부의 금속 분말 조성을 달리한 이종 금속의 환형 소결 접합체로서,
   제 1 금속 분말로 형성되는 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체(110a)로 1차 가압 성형되고 그리고 그 내측면에 제 2 금속 분말로서 제 2 원통형 성형체(120)가 추가적으로 가압 성형될 때 함께 가압되어 제 1 원통형 성형체(110)를 형성하고, 제 1 원통형 성형체(110)와 제 2 원통형 성형체(120)가 소결 접합되어 이중 구조의 환형 소결체(100)를 형성할 때 그 외주부를 이루는 제 1 원통형 소결체(110)와; 그리고
   상기 제 1 원통형 소결체(110)를 형성하는 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체(110a)의 내측면에 상기 제 1 금속 분말과는 다른 분말 조성을 구비한 제 2 금속 분말로서 제 2 원통형 성형체(120)로 성형되어서 슬라이딩을 요하는 상대 습동 부재와 면접촉되는 이중 구조의 환형 소결체(100)의 내주부를 이루도록, 상기 제 1 원통형 소결체(110)와 동시에 소결되며 상기 제 1 원통형 소결체(110)의 내측면에 확산 접합되는 제 2 원통형 소결체(120)를 포함하여 이루어지고, 그리고
   상기 제 1 금속 분말은 중량비를 기준으로 0.3중량% 내지 1.3중량%의 흑연과; 구리, 니켈, 망간, 몰리브덴니윰을 포함하는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 접합제로서 0.1중량% 내지 3.0중량%의 접합제와, 그리고 나머지 기지부로 철을 포함하여 이루어지고,
   상기 제 2 금속 분말은 중량비를 기준으로 15중량% 내지 30중량%의 구리 또는 구리합금과; 0.3중량% 내지 1.3중량%의 흑연과; 그리고 기지부로 철을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 구조의 환형 소결체.
3. 제2항에 있어서, 상기 제 1 원통형 성형체(110)는 6.5 ~ 7.5g/㎤의 분말 밀도로 성형되고, 그리고 그 내측면의 상기 2 원통형 성형체(120)는 제 1 원통형 성형체(110)의 분말 밀도 보다 상대적으로 낮은 5.5 ~ 6.5g/㎤의 분말 밀도로 성형되는 것을 특징으로 하는 이중 구조의 환형 소결체.
4. 삭제
5. 이중 구조의 환형 소결체를 제조하기 위한 방법으로서,
   제 1 금속 분말과 그리고 상기 제 1 금속 분말의 분말 조성과는 상이한 분말 조성을 구비한 제 2 금속 분말을 준비하는 금속 분말 준비 단계(S100)와;
   제 1 성형 몰드의 외측 환형 다이와 내측 중심 코어 사이의 공간부 내에 제 1 금속 분말을 투입하고 가압 성형하여 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체를 형성하는 제 1 원통형 성형체 초기 성형 단계(S200)와;
   상기 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체를 제 2 성형 몰드의 외측 환형 다이와 내측 중심 코어 사이의 공간부 중에서 외측부에 삽입 설치하고, 상기 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체와 제 2 성형 몰드의 내측 중심 코어 사이의 공간부에 제 2 원통형 성형체를 형성하도록 제 2 금속 분말을 투입하고 가압하여 제 1 원통형 성형체와 제 2 원통형 성형체의 원통형 복합 성형체를 형성하되, 상기 제 1 원통형 성형체가 제 1 분말 밀도에 도달하고 그리고 그 내측면의 상기 제 2 원통형 성형체가 상기 제 1 원통형 성형체의 제 1 분말 밀도 보다 상대적으로 낮은 제2 분말 밀도에 도달하도록 가압 성형하는 원통형 복합 성형체 성형 단계(S300)와; 그리고
   상기 제 1 원통형 성형체와 그 내측면에 제 1 원통형 성형체 보다 상대적으로 낮은 분말 밀도로 가압 성형되는 제 2 원통형 성형체를 포함하여 이루어지는 원통형 복합 성형체를 소결시켜서 이중 구조의 환형 소결체로 상호 접합시키는 접합 소결 동시 수행 단계(S400)를 포함하여 이루어지고, 그리고
   상기 제 1 금속 분말은 중량비를 기준으로 0.3중량% 내지 1.3중량%의 흑연과; 구리, 니켈, 망간, 몰리브덴니윰을 포함하는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 접합제로서 0.1중량% 내지 3.0중량%의 접합제와, 그리고 나머지 기지부로 철을 포함하여 이루어지고,
   상기 제 2 금속 분말은 중량비를 기준으로 15중량% 내지 30중량%의 구리 또는 구리합금과; 0.3중량% 내지 1.3중량%의 흑연과; 그리고 기지부로 철을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중 구조의 환형 소결체의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 원통형 성형체에 대한 상기 제 1 분말 밀도는 6.5 ~ 7.5g/㎤의 분말 밀도로 설정되고, 그리고 그 내측면의 상기 제2 원통형 성형체에 대한 상기 제 2 분말 밀도는 제 1 분말 밀도 보다 상대적으로 낮은 5.5 ~ 6.5g/㎤의 분말 밀도로 설정되는 것을 특징으로 하는 이중 구조의 환형 소결체의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서, 제 1 원통형 성형체만 분말 성형되는 상기 제 1 원통형 성형체 초기 성형 단계(S200)에서는 제 1 원통형 성형체의 초기 성형체가 4.0 ~ 5.0g/㎤의 분말 밀도로 성형되는 것을 특징으로 하는 이중 구조의 환형 소결체의 제조 방법.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 접합 소결 동시 수행 단계(S400)에서의 접합 소결 온도는 950℃ 내지 1200℃이고, 접합 소결 시간은 10분 내지 50분이고, 그리고 접합 소결 분위기는 환원성 분위기 또는 진공 분위기인 것을 특징으로 하는 이중 구조의 환형 소결체의 제조 방법.

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