KR102309320B1 - 구리 합금, 구리 합금의 용도, 구리 합금을 가지는 베어링, 및 구리 합금으로 이루어진 베어링의 제조 방법 - Google Patents

구리 합금, 구리 합금의 용도, 구리 합금을 가지는 베어링, 및 구리 합금으로 이루어진 베어링의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 예를 들면, CuNi6Sn5Fe2P0.15와 같은 구리 합금에 관한 것으로, 이것은 예를 들면 Fe3P 또는 Fe2P와 같은 경질 입자와 선택적으로 예를 들면 육방정 질화 보론이나 흑연과 같은 고체 윤활제를 가진다. 나아가 본 발명은 상기 구리 합금의 베어링으로서의 용도 및 상기 구리 합금을 가지는 베어링에 관한 것이다. 나아가 본 발명은 또한 구리 합금을 가지는 베어링의 제조 방법에 관한 것이며, 여기서는 예를 들면 용융 애터마이제이션에 의해 금속 분말을 제조하고, 선택적으로 상기 분말에 경질 입자와 선택적인 고체 윤활제를 첨가하며, 분말을 기판 위로 소결한다. 최종적으로, 본 발명은 베어링을 제조하는 대안적인 방법에 관한 것이며, 여기서는 구리 합금이 주조나 도금에 의해 기판에 적용되거나 베어링 전체가 구리 합금으로 만들어진다.

Description

구리 합금, 구리 합금의 용도, 구리 합금을 가지는 베어링, 및 구리 합금으로 이루어진 베어링의 제조 방법{Copper alloy, use of a copper alloy, bearing having a copper alloy, and method for producing a bearing composed of a copper alloy}
본 발명은 경질 입자와 선택적인 고체 윤활제를 포함하는 구리 합금, 상기 구리 합금의 베어링으로서의 용도, 상기 구리 합금으로 만들어진 베어링, 및 상기 베어링의 제조 방법에 관한 것이다.
철과 인을 포함하는 무연 구리 합금은 전기 공학에서 고성능 재료로 알려져 있다.
예를 들어, US　2009/0010797　A1은 구리 합금으로 만들어진 스트립을 개시하는데, 이것은 중량으로 0.01 내지 3.0%의 Fe와 중량으로 0.01 내지 0.3%의 인을 포함하는 근본적으로 Cu-Fe-P 타입의 합금이고, 소량의 Zn, Sn, Mn, Mg 및 Ca를 더 포함할 수 있다. 목적은 예를 들어 회로 기판에서의 사용을 위하여, 높은 전기 전도도, 고강도 및 양호한 유연성을 가진 재료를 제공하는 것이다.
US　2006/0091792　A1은 구리 합금으로 만들어진 박막을 개시하는데, 이것은 Fe 및 P를 포함하고 박면 스크린(flat screens)에서 사용된다. 더욱이, 상응하는 박막의 제조를 위한 스퍼터 기판이 제공되어 있다.
더욱이, "Wieland - K65" 에 관한 데이터 시트뿐만 아니라 독일 구리 협회(Deutsches Kupferinstitut)의 "CuFe2P" 재료 데이터 시트도 전자 부품을 위한 상응하는 구리 합금을 개시한다.
하지만, 구리 합금은 예컨대 "베어링 청동(bearing bronzes)"의 형태로, 베어링 재료 및 슬라이딩 요소에도 널리 사용된다. 이러한 합금의 내마모성은 예컨대 이러한 목적을 위하여 특별히 선택된 합금계 안에서의 석출 경화(precipitation hardening)에 의해서나 경질 재료의 첨가에 의해 증가될 수 있다.
이와 관련하여, DE 10 2007 049 383 A1은 복합 재료, 특히 마찰 복합 재료를 개시한다. 이것은 강철 재료로 된 기판 재료와 구리 합금층을 포함한다. 목적은 몰드 부품으로 쉽게 성형될 수 있고 내마모성 마찰층을 포함하는 재료를 제공하는 것이다. 내마모성은 경화 가능한 구리 합금, 예컨대 CuNiSi, CuNiSiMg, Cu-Cr, Cu-Fe, Cu-(Fe, Co, Ni)-P, CuBe 또는 CuMg로 이루어지는 그 구리 합금층에서 달성된다. 기판 재료로서, 예를 들어 탄소강, 내열주강(heat-resistant steel), 표면경화강(case-hardened steel) 또는 질화처리강(nitrided steel)이 사용될 수 있다. 더욱이, 그 복합체를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 여기서는 구리 합금이 기판 재료 위로 필름상으로서 압연-도금되고(roll-plated) 다양한 열처리를 거친다. 석출 경화에 의해 복합체를 마찰체로 형성한 이후에야 내마모성 표면이 생성된다.
DE 10 2005 014 302 A1은 특히 양호한 슬라이딩 표면을 제공하기 위한 목적으로 슬라이딩 베어링뿐만 아니라 슬라이딩 베어링 제조 방법도 개시한다. 이것은 슬라이딩 표면의 재료로부터 특정 상이 선택적으로 용해되어 나오고 다른 상은 표면 상에 남는, 에칭 공정에 의해 달성된다. 이러한 목적을 위하여, 구조 안에 적어도 두 개의 서로 다른 상 구성성분을 가지는 구리 다성분 합금이 사용된다. 이러한 상은 석출을 통해 형성할 수 있다. Fe, Ni, Mn, Zn 및 Si도 함유하는 구리 알루미늄 다성분 청동뿐 아니라 CuAl13Fe4, 5CoMn, CuAl15Fe4, 5CoMn 및 CuAl10Ni5Fe4가 적합한 재료의 예들로서 언급되어 있다. 에칭용 산의 선택에 따라, 표면 상에 경질상 또는 연질상이 남을 것인지 결정할 수 있고, 이는 슬라이딩 요소의 사용 목적에 맞게 수정을 허용한다. 생성된 에칭 구조는 마모-저감 윤활제 저장기(lubricant reservoir)가 형성될 수 있도록 더 허용한다.
EP 0 962 541 A1은 중간경도 및 고경도 경질 재료 입자의 첨가를 특징으로 하는 소결된 구리계 슬라이딩 재료를 개시한다. 순수 구리나 구리 합금이 기본 재료로 제시되어 있다. Cu-Ag계 합금 혹은 Cu-Pb-Ag계 합금이 구리 합금으로서 사용될 수 있다. 더 나아가, 이들 합금은 다음 첨가제 Ni, Sn, P, Al, Si, Bi, Mn, Zn, Fe 및 Sb를 중량으로 총 50%까지 함유할 수 있다. 슬라이딩 재료는 금속 산화물, 붕소화물, 카바이드 및 질화물 그룹으로부터의 고경도 입자 및 예를 들어 Fe3P, Fe2P, Fe3B, TiSi2, ZrSi2 또는 NiP와 같은 중간경도 입자를 특별히 첨가하는 것에 의해, 양호한 슬라이딩 물성과, 동시에, 양호한 가공성을 달성할 수 있다. 고경도 입자는 중량으로 0.01 내지 15%의 양으로 첨가되고 평균 입자 직경이 0.5　㎛ 이상이다. 중간경도 입자는 중량으로 0.5 내지 20%의 양으로 첨가되고 평균 입자 직경이 50　㎛ 이하이다.
베어링 재료 자체는 예컨대 애터마이제이션(atomization)에 의해 생성된 구리-함유 분말을 경질 재료 입자와 혼합하고 후속적으로 강철 스트립 상에 도포하여 소결함으로써 제조된다.
WO 2008/140100 A1은 Fe3P, Fe2P, FeB, NiB 및 AlN 그룹으로부터이고 평균 그레인 크기가 1.5 내지 70　㎛인 경질 재료 입자를 중량으로 1 내지 10% 포함할 뿐 아니라 Ag-Bi 공정(eutectic) 및 더 나아가 Ni, P, Zn 원소를 포함하는 무연 구리계 슬라이딩 재료를 개시한다.
본 발명의 목적은 개선된 구리 합금을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 청구항 제1항 내지 제7항에 기재된 구리 합금을 베어링으로서 사용하는 것이며, 청구항 제1항 내지 제7항에 따른 구리 합금을 포함하는 베어링을 제공하는 것이다.
더욱이, 본 발명의 또 다른 목적은 청구항 제1항 내지 제7항에 따른 구리 합금을 포함하는 베어링의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 최종 목적은 청구항 제1항 내지 제7항에 따른 구리 합금을 포함하는 베어링을 제조하는 대안적인 방법을 제공하는 것이다.
이러한 본 발명의 목적은, 청구항 제1항에 따른 합금에 의해 해결된다. 본 발명의 더욱 바람직한 실시예에 대해서는 이와 관련한 종속항들로부터 명확히 알 수 있다.
본 발명의 다른 목적들은 청구항 제8항 및 제9항에 의해 해결된다.
본 발명의 또 다른 목적은 청구항 제10항의 주제에 의해 해결되고, 방법의 더욱 바람직한 실시예에 대해서는 각 종속항 제11항 내지 제13항으로부터 명확히 알 수 있다.
본 발명의 최종 목적은 청구항 제14항에 따른 방법에 의해 해결된다.
본 발명에 따르면, 경질 입자와 선택적인 고체 윤활제를 포함하는 구리 합금과, 이러한 구리 합금으로 만들어진 베어링, 및 이러한 베어링의 제조 방법을 얻을 수 있다.
도 1은 마모 테스트 장비 안에서의 평균 중량 손실을 경질 재료 입자를 첨가하거나 첨가하지 않은 세 구리 합금에 대해 비교하여 보여준다.
도 2는 고체 윤활제를 첨가하거나 첨가하지 않은 구리 합금을 포함하는 슬라이딩 요소의 평균 마찰 계수를 테스트 지속시간에 따라 비교하여 보여준다.
본 발명에 따른 합금은 경질 입자와 선택적인 고체 윤활제뿐 아니라 다음의 합금 원소를 포함하는 구리 합금이다: 중량으로 약 10까지, 바람직하게는 약 8까지, 더욱 바람직하게는 약 6%까지의 니켈(Ni); 중량으로 약 10까지, 바람직하게는 약 8까지, 더욱 바람직하게는 약 6%까지의 주석(Sn); 중량으로 약 10까지, 바람직하게는 약 5까지, 더욱 바람직하게는 약 3까지, 더욱더 바람직하게는 약 2%까지의 철(Fe); 중량으로 0.01 내지 약 5까지, 바람직하게는 약 3까지, 더욱 바람직하게는 약 0.5%까지의 인(P); 선택적으로, 중량으로 약 10까지, 바람직하게는 약 7까지, 더욱 바람직하게는 약 2%까지의 알루미늄(Al); 선택적으로, 중량으로 약 5까지, 바람직하게는 약 3까지, 더욱 바람직하게는 약 1%까지의 아연(Zn); 및 잔부로서의 구리(Cu)와 불가피한 불순물들.
이와 관련하여, 상술한 농도 범위 중 상한만 가지는 것은 해당 원소가 합금 안에 상당한 농도로 함유되어 있다는 것으로 이해되어야 한다. 비교할만한 구리 합금의 통상적인 불순물 레벨 위의 농도가 각각의 하한이라고 추정할 수 있다. 예를 들어, 개별 원소에 대하여는 중량으로 약 0.01%보다 작고, 모든 불순물 원소의 합에 대하여는 중량으로 약 0.2%보다 작다.
그런 구리 합금은 그들의 구조적 형태 및 그들의 물리적 물성 덕분에 베어링 응용에 특히 적합하다. 도 1의 서로 다른 구리 합금 비교로부터 명백한 바와 같이, 경질 (재료) 입자의 존재는 합금 매트릭스의 강도가 증가되고 내마모성이 개선된다는 점에서 구리 합금의 물성을 더 개선한다. 더욱이, 도 2에 도시한 바와 같이, 선택적으로 존재하는 고체 윤활제는 마찰 조건을 감소시킴으로써 합금의 슬라이드 가능성을 개선한다. 대체로, 본 발명에 따른 합금은 예컨대 종래의 무연 소결 재료인 CuSn8Ni1 및 CuSn10Bi3.5와 비교하여, 상당히 개선된 내부식성과, 동시에, 고피로 강도 및 더 나은 슬라이딩 물성이 특징이다. 피로 강도의 개선 또한 상술한 합금의 더 높은 열 전도도 때문이다. 따라서, 사용 중 발생한 열이 더 잘 발산되어 열적 부하가 감소된다.
합금 원소의 함량을 미세하게 수정하면 구리 합금 사용에 있어서의 서로 다른 조건에 맞게 합금 물성을 특히 수정할 수 있고, 특히 내부식성, 피로 강도, 슬라이딩 물성 및 첨가된 경질 (재료) 입자 및 선택적인 고체 윤활제와의 상호작용 관점에서 그러하다. 따라서, 주어진 농도 범위 안에서 예를 들어, 니켈을 첨가하면 내부식성을 개선한다. 이것은 재료 표면 상에 더 높은 농도의 니켈을 초래할 수 있다. 이와 같이 형성된 층은 피팅(pitting) 및/또는 표면 부식을 효과적으로 방지한다. 철과 인은 내마모성을 증가시키는 추가적인 경질 입자를 형성한다. 주석은 매트릭스의 경도를 증가시킨다. 선택적인 알루미늄과 아연은 니켈처럼 내부식성을 증가시킨다.
상술한 농도 범위에 관하여, 다음 구리 합금이 특히 바람직하다: 약 5.5 내지 약 6.4%까지의 Ni, 약 4.5 내지 약 5.4%까지의 Sn, 약 1.5 내지 약 2.4%까지의 Fe, 약 0.145 내지 약 0.154%까지의 P 및 잔부로서의 구리(Cu)와 불가피한 불순물들을 포함하는 CuNi6Sn5Fe2P0.15뿐만 아니라, 약 4.5 내지 약 5.4%까지의 Sn, 약 3.5 내지 약 4.4%까지의 Ni, 약 1.5 내지 약 2.4%까지의 Fe, 약 0.145 내지 약 0.154%까지의 P 및 잔부로서의 Cu와 불가피한 불순물들을 포함하는 CuSn5Ni4Fe2P0.15. 이러한 바람직한 합금들은 경도(주석 함량)와 내부식성(니켈 함량) 사이에 유리한 절충을 보이며, 고성능 연접봉 부싱(connecting-rod bushings)에 특히 적합하다. 더 적은 주석은 연접봉 부싱으로 사용하기에는 낮은 피로 강도를 초래한다. 반면에, 더 적은 니켈은 합금의 내부식성을 감소시키는데, 더 많은 니켈은 합금 비용을 증가시킬 뿐 내부식성을 더 증가시키는 데에 거의 기여하지 않는다.
바람직하게, 구리 합금 안에 함유되는 경질 입자는 산화물, 카바이드 및/또는 질화물, 예컨대 c-BN, SiO2, Al2O3, ZrO2, SiC 및/또는 Si3N4을 포함한다. 내재적으로 형성된 경질 입자, 예컨대 Fe-P 경질 입자도 가능하다. 경질 입자는 합금 매트릭스의 경도보다 더 큰 경도를 가지는 것이 특징이고, 이에 따라 재료 전부의 내마모성을 증가시킨다. 나아가, 비교적 연질인 매트릭스, 예컨대 본 발명에 따른 구리 합금 안으로 고경도 입자를 매립(embed)하는 것이 유리한데, 이것은 입자에 작용하는 힘을 최적으로 보상할 수 있고 입자를 확실하게 매립하기 때문이다.
더욱이, 경질 입자는 약 15　㎛ 미만의 입자 크기를 가지는 것이 바람직하다. 입자의 바람직한 크기 범위는 상기 입자의 합금 매트릭스 안에서의 양호한 분산과 내마모성 및 매트릭스 강도의 최적의 증가 사이에서 최상의 절충을 나타낸다. 입자 크기의 하한은 약 100　nm이다. 입자가 너무 크면, 다시 말해 약 15　㎛보다 크면, 베어링을 손상시키고 윤활 간극(lubrication gap)으로부터 내몰릴 것이다. 입자가 약 100nm보다 작으면, 내마모성에 비하여 강도 증가가 우세하다. 하지만, 중량비에 따라서는, 베어링의 상대-부품을 손상시키는 연마 효과(polishing effect)가 발생할 수 있다. 매우 미세한 입자는, 반면에, 강한 응착력으로 인해 응집하려는 경향이 있다. 이러한 메커니즘은 입자 크기가 감소할 때 강화된다. 하지만, 입자의 최상의 효과를 위해, 균일한 분포가 필요하다. 이것은 밀링(milling) 및 혼합(mixing) 공정에 의해 달성된다. 그러나, 그레인 크기의 특정한 하한에서는, 첨가제를 합금 매트릭스 안에 고르게 분포시키고 응집을 방지하기에 밀링과 전단력(shear force)이 더 이상 충분하지 않다.
구리 합금은 중량으로 약 10%까지의 경질 입자 및/또는 중량으로 약 10%까지의 고체 윤활제를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 우선, 경질 입자의 함량은 내마모성과 매트릭스 강도의 측정할만한 개선을 달성하기 충분한 경질 입자가 존재한다는 것을 보장한다. 다음, 경질 입자의 너무 높은 함량 때문에 합금 매트릭스의 유리한 물성이 불리하게 변화하지는 않는다는 것을 보증한다. 더욱이, 바람직한 농도 범위는 재료 물성의 특별한 수정을 허용한다. 사용 분야에서의 특정 요구조건에 따라, 구리 합금 안의 경질 입자 함량이 더 높거나 더 낮게 정해질 수 있다. 예를 들어, 중량으로 각각 0.01%의 값 또는 중량으로 0.2%의 합이 경질 입자 함량의 하한으로 추정될 수 있다.
구리 합금 안에 선택적으로 존재하는 고체 윤활제는 바람직하게 육방정 질화 보론(h-BN) 및/또는 흑연이다. 본 발명에 따른 함량은 마찰 조건의 원하는 감소를 달성하는 것을 보장하는 반면에, 너무 높은 함량 때문에 기계적으로 약화되고 내마모성이 감소하는 것은 방지된다. 두 재료, h-BN과 흑연은, 영구적인 윤활을 위해 구리 합금 안으로 함입(incorporate)될 수 있는 그들의 원자 구조에 기인하여 뛰어난 윤활제이며, 최적의 슬라이딩 물성의 설정을 허용한다. 특히, h-BN은 고온저항성과 내산화성이 특징이며, 이에 따라 넓은 온도 범위에 걸쳐 양호한 윤활 물성을 유지한다.
마지막으로, 구리 합금은 무연인 것이 바람직하다. 특히 친환경성 및 리사이클 문제면에서 환경에 해로운 납을 포기하는 것이 유리하다.
이미 설명한 바와 같이, 마모 및 슬라이딩 물성에 관한 구리 합금 고유의 양호한 물성은 경질 입자와 선택적인 고체 윤활제의 함입에 의해 더 개선된다. 따라서, 본 발명에 따른 합금은 베어링, 예를 들어 부싱, 특히 연접봉 부싱과 같은 베어링 및 슬라이딩 요소에서의 사용에 매우 적합하다. 그 결과, 설명한 구리 합금을 포함하는 베어링을 제공하는 것도 유리하다. 합금이 베어링 사용에 있어서의 서로 다른 조건들에 상당히 조절 가능하다는 것이 상술한 바람직한 구리 합금의 실시예들로부터 명백하다. 합금 원소, 경질 입자와 고체 윤활제의 함량을 정함으로써, 예컨대 높은 경도와 저항성을 가지는 베어링 또는 특히 최적화된 슬라이딩 물성을 가지는 베어링이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 금속 분말을 제조하는 단계, 경질 (재료) 입자와 선택적인 고체 윤활제를 이 분말에 혼합하는 선택적인 단계, 구리 합금 안에 내재성(intrinsic) 경질 입자를 제조하는 선택적인 단계, 제1 소결 단계와 제2 소결 단계 사이에 합금 원소, 바람직하게는 알루미늄을 침투(infiltration)시키는 선택적인 단계, 그리고, 혼합 분말을 기판 위로 소결하는 단계를 포함한다.
이와 같이, 소결 공정을 통해, 유리한 구리 합금으로 코팅된 기판이 형성되고, 이것으로부터 베어링이 제조될 수 있다. 다양한 혼합 및 밀링 유닛을 통해, 후속의 소결 공정에 최적으로 구성된 분말이 제조될 수 있다. 더욱이, 경질 입자와 선택적인 고체 윤활제가 (선택적인 다른 합금 원소도) 쉽게 제어할 수 있는 방식으로 이렇게 첨가될 수 있고, 혼합 분말 안 및 이후의 구리 합금 안에서의 균질한 분포가 보장될 수 있다. 대신에, 예컨대 구리 합금 내부에서의 야금학 공정에 의해, 경질 입자를 내재적으로 제조하는 것도 가능하다. 예컨대 Fe와 P가 존재함으로써 구리 합금 안에서 Fe-P 경질 입자가 직접 형성될 수 있음이 가능하고, 경질 입자의 외부 첨가가 일절 필요하지 않을 수 있지만, 그럼에도 불구하고 선택적으로 수행할 수 있다. 기능성 입자 (경질 입자와 선택적인 고체 윤활제)의 첨가가 특히 쉬운 방식으로 제어될 수 있고, 용융 공정에 비하여 분포에 관한 문제를 피할 수 있다는 점에서, 소결 공정과 혼합 분말의 대응 생산이 유리하다. 더욱이, 얻어진 재료는 후속적인 어떠한 압연이나 열 처리 단계를 요구하지 않고, 이것은 전체 공정의 단축에 관련된다.
바람직하게, 금속 분말의 제조는 용융 애터마이제이션에 의해 수행된다. 이 애터마이제이션 공정은 후속 단계에서 더 가공될 수 있는 전-합금화 분말을 초래한다. 예를 들어, 패시베이션 경향이 없고 소결조제의 첨가 없이 사용될 수 있는 CuNiFePSn 분말이 생산될 수 있다. 애터마이제이션에 의해, 금속 분말 안의 증가된 미세 분율(<5㎛)도 달성될 수 있고, 이에 따라 소결 온도가 유리하게 감소될 수 있다. 더욱이, 원칙적으로 애터마이제이션은 순수 원소의 사용을 허용하므로 사용된 재료를 위한 비용을 최소화할 수 있게 한다.
더욱이, 합금 원소, 예컨대 선택적인 알루미늄은 용융 애터마이제이션 이후에 첨가되는 것이 바람직하다. 아연과 알루미늄은 용융 애터마이제이션 안에서 합금에 이미 첨가되어 있으면 소결 분말을 패시베이션하는 내화성 산화물을 형성한다. 반면에, 원소 분말의 분리된 첨가는 이들이 더 잘 소결될 수 있다는 것을 의미한다.
선택적인 침투시키는 공정에 관하여, 제1 소결 단계에서는 그 안으로 합금 분말이 도입되는 다공성 매트릭스가 생성된다. 후속의 제2 소결 단계에서는, 해당 합금 원소가 매트릭스 안으로 유동/확산된다. 이러한 침투 단계의 장점은 이로써 합금 원소가 합금 안에 매우 고르게 분포된다는 것이다.
마지막으로, 혼합 분말이 그 위로 소결이 되는 기판은 금속 스트립, 바람직하게는 강철 스트립인 것이 바람직하다. 강철은 다용도이고 기술적으로 매우 잘 묘사된 재료이며, 예컨대 슬라이딩 요소를 위한 기본 재료로 광범위하게 사용되고 있다. 설명한 구리 합금은 강철 기본 재료와 양호한 접합을 형성하므로, 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된, 금속 기판과 구리 합금의 복합체는 종래의 방법을 가지고 고성능의 베어링으로 더 가공될 수 있다.
본 발명의 대안적인 방법에 따라서, 소결 외에도, 설명한 구리 합금은 용융 상태로부터 기본 재료 위로 적용되거나 필름으로서 기본 재료 위로 도금될 수도 있다. 더욱이, 전체가 상술한 구리 합금인 베어링을 제공할 수 있다. 이를 위해서는, 상기 구리 합금이 주조되고, 선택적으로 열처리, 압연되어 베어링으로 더 가공된다.
적절하다면, 이 대안적인 방법들은 소결 단계와 이에 따라 필수적인 분말의 제조를 통해 베어링을 제조하는 것을 피할 수 있게 한다. 더욱이, 전체가 구리 합금인 베어링의 제조가 가능해진다. 이러한 대안적인 방법들은 최적으로 성립되어 있고 기술적 세부에 관해 잘 알려진 기존의 제조 수단을 가지고 본 발명에 따른 특히 유리한 구리 합금으로 이루어진 베어링을 제조하는 것을 허용한다. 따라서, 비교적 짧은 리드 타임(lead time)과 테스트 기간을 가진 베어링을 최적화된 비용으로 구현할 수 있다.
경질 입자 및/또는 고체 윤활제를 포함하는 구리 합금의 슬라이딩 및 피로 물성을 테스트하기 위하여 서로 다른 마찰학 테스트를 수행하였다.
도 1에서, Cu 합금의 내마모성이 예컨대 산화물인 경질 입자의 첨가에 의해 얼마나 분명히 개선이 되는지 보여지는데, 좌측의 막대를 중앙의 막대와 비교하면 명백해진다.
더욱이, 합금 매트릭스가 더 변화하면 시너지 효과를 달성할 수 있다. 합금의 강도를 증가시키는 동시에 경질 입자를 첨가함으로써, 슬라이딩 요소는 더 개선된 피로 강도와 내마모성을 가지는데, 중앙의 막대를 우측의 막대와 비교하면 명백해진다.
도 2에서, 예컨대 h-BN과 같은 고체 윤활제의 함입이 슬라이딩 요소의 마찰을 감소시켜 슬라이딩 물성이 상당히 개선되는 것이 보여진다. 높은 마찰 계수를 가리키는 위쪽의 그래프는 표준 구리 합금을 나타낸다. h-BN의 첨가는 아래쪽 그래프에 의해 도시된 바와 같이, 상당히 낮은 평균 마찰 계수 쪽으로의 천이를 일으키고, 이것은 고체 윤활제의 효험을 인상적으로 입증한다.

Claims (14)

  1. 경질 입자와 선택적인 고체 윤활제를 포함하는 구리 합금으로서,
    상기 구리 합금은 5.5 내지 6.4%까지의 니켈(Ni), 4.5 내지 5.4%까지의 주석(Sn), 1.5 내지 2.4%까지의 철(Fe), 0.145 내지 0.154%까지의 인(P) 및 잔부로서의 구리(Cu)와 불가피한 불순물들을 포함하는 CuNi6Sn5Fe2P0.15 타입의 구리 합금이거나, 4.5 내지 5.4%까지의 Sn, 3.5 내지 4.4%까지의 Ni, 1.5 내지 2.4%까지의 Fe, 0.145 내지 0.154%까지의 P 및 잔부로서의 구리와 불가피한 불순물들을 포함하는 CuSn5Ni4Fe2P0.15 타입의 구리 합금이고, 상기 경질 입자가 Fe-P 경질 입자인 것인 구리 합금.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 경질 입자는 15　㎛ 미만의 입자 크기를 가지는 것인 구리 합금.
  4. 제1항에 있어서, 중량으로 10%까지의 경질 입자 및/또는 중량으로 10%까지의 고체 윤활제를 포함하는 것인 구리 합금.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고체 윤활제는 육방정 질화 보론(h-BN) 및/또는 흑연을 포함하는 것인 구리 합금.
  6. 제1항에 있어서, 상기 구리 합금은 무연(lead-free)인 것인 구리 합금.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 구리 합금을 포함하는 베어링.
  10. 제1항 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 구리 합금을 포함하는 베어링의 제조 방법으로서, 다음을 포함하는 제조 방법:
    - 금속 분말을 제조하는 단계,
    - 경질 입자와 선택적인 고체 윤활제를 상기 금속 분말에 혼합하는 선택적인 단계,
    - 구리 합금 안에 내재성(intrinsic) 경질 입자를 제조하는 선택적인 단계,
    - 제1 소결 단계와 제2 소결 단계 사이에 적어도 하나의 합금 원소를 침투시키는 선택적인 단계,
    - 상기 분말을 기판 위로 소결하는 단계, 여기서
    상기 제1 소결 단계는 경질 입자와 고체 윤활제가 선택적으로 혼합되어 있을 수 있는 상기 금속 분말을 소결하는 단계이고,
    상기 제2 소결 단계는 상기 적어도 하나의 합금 원소와 상기 경질 입자와 고체 윤활제가 선택적으로 혼합되어 있을 수 있는 상기 금속 분말을 소결하는 단계이며,
    상기 기판 위로 소결하는 상기 분말은 상기 경질 입자와 고체 윤활제가 선택적으로 혼합되어 있을 수 있는 상기 금속 분말이거나 상기 적어도 하나의 합금 원소와 상기 경질 입자와 고체 윤활제가 선택적으로 혼합되어 있을 수 있는 상기 금속 분말임.
  11. 제10항에 있어서, 상기 금속 분말의 제조는 용융 애터마이제이션에 의해 수행되는 것인 베어링의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 합금 원소는 부분적으로 상기 용융 애터마이제이션 이후에 첨가되는 것인 베어링의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 기판은 금속 스트립, 예컨대 강철 스트립인 것인 베어링의 제조 방법.
  14. 제1항 또는 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 구리 합금을 포함하는 베어링의 제조 방법으로서, 상기 구리 합금은 기본 재료 위로 주조(casting) 또는 도금(plating)에 의해 적용된 것이거나 상기 구리 합금이 주조되고 선택적으로 열처리되고 압연(roll)된 것이며, 상기 베어링은 이와 같이 제조된 구리 합금으로 전체가 만들어진 것인 제조 방법.
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