KR20100053813A - 분할압착 분말성형체를 이용한 복층 미끄럼베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분할압착 분말성형체를 이용한 미끄럼베어링에 관한 것으로, 강철기재 철계소결재 미끄럼베어링의 접동측 표면상에 형성된 소결층에 있어서, 상기 소결층이, 철계금속분말과 고체윤활제의 혼합분말로 전체 소결층의 일부분을 이루도록 냉간 압착되고, 강철기재 접동측 표면에 전체 소결층 크기 및 형상으로 적층되어 소결된 다수의 분할압착 분말성형체로 구성된 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의하면, 강철기재에 사이즈(부피, 윤활면의 길이, 윤활면의 면적)가 큰 소결층을 형성하는 경우에도 소결층 전체의 소결금속조직이 균일하며, 소결층의 치수 및 형상의 정밀도가 우수할 뿐만 아니라, 윤활유 함침량을 늘릴 수 있고, 소결층과 강철기재간의 접합력을 크게 하는 효과가 있다.

미끄럼베어링, 고체윤활제, 분말성형체, 소결층

Description

분할압착 분말성형체를 이용한 복층 미끄럼베어링{SINTERED SLIDING BEARING WITH STEEL BASE COMPRISING OF PARTLY PRESSED POWDER BODY}

본 발명은 복층 미끄럼베어링에 관한 것으로, 더 상세하게는 강철기재의 접동측 표면에 철계금속분말과 고체윤활제의 혼합분말로 소결층을 형성함에 있어서 미리 성형한 분할압착 분말성형체를 다수 조합하여 가압하면서 소결층을 형성한 복층 미끄럼베어링에 관한 것이다.

일반적으로 미끄럼베어링은 강철기재나 철계소결층의 접동측 표면(상대재와 접촉하는 측 표면)에 철계합금, 동계합금, 알루미늄계 합금, 구리-납계 합금, 합성수지 복합재 등의 오버레이층을 형성한 기계 요소로, 주로 자동차, 사출금형, 중장비, 프레스, 공작기계, 산업 기계 등에서 저널, 가이드, 왕복 장치의 지지부 또는 슬라이딩부 등으로 사용되며, 그 형태 및 기능에 따라 부시형(원통형, 반원통형)과 평판형으로 나누어 진다. 이 가운데 본 발명은 특히 강철기재의 접동측 표면에 철계금속분말과 고체윤활제로 이루어진 소결재 오버레이층을 형성함으로써, 고하중을 견디도록 한 강철기재 철계소결재 미끄럼베어링에 관한 것이다.

종래, 강철기재 철계소결재 미끄럼베어링은 탄소강 또는 스테인레스강 등으로 된 강철기재 표면에 철계금속분말(철분말을 중심으로 동분말을 혼합하고, 여기에 니켈, 주석 등 다른 금속분말을 선택적으로 혼합한 것)과 고체윤활제(흑연, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐 등) 분말을 혼합한 소결재료를 프레스 또는 압연롤러 등으로 냉간압착(cold press)하여, 전체 소결층의 형상 및 크기와 동일하게 단일의 분말성형체를 만든 후, 이 분말성형체를 강철기재와 함께 소결로 내부에 넣고 가스분위기하에서 고온으로 소결하여, 강철기재 표면에 전체 소결층을 성형하였다.

그러나, 철계금속분말과 고체윤활제로 이루어진 소결재료를 냉간 압착하여 전체 소결층을 이룰 분말성형체를 만든 후 이를 소결로로 옮겨 소결성형한 종래의 강철기재 철계소결재 미끄럼베어링은 미끄럼베어링의 소결층의 사이즈(부피, 윤활면의 길이, 윤활면의 면적)가 클 경우 매우 부적합한 방법이다. 철계금속분말과 고체윤활제의 혼합분말로 사이즈가 큰 냉간 압착 분말성형체를 만들게 되면, 매우 고압으로 압착하는 경우에도 분말성형체의 각 부분의 밀도가 달라져 균일한 밀도의 조직을 얻기 어렵다. 즉, 고압 압착에 의하여도 일정한 부피 또는 일정한 길이 이상의 냉간 압착 분말성형체는 그 밀도를 전체적으로 균일하게 성형하기 어려운 것이다. 이 것은 소결재료가 경도 및 강도가 매우 큰 분상의 금속으로 이루어져 있고, 각 금속 분말 사이에 공극이 불규칙하게 분포되어 있어 압력 전달이 잘 안되기 때문이다. 이처럼 냉간 압착 성형체가 불균일한 밀도를 갖게 되면 이를 소결하여 성형되는 소결층도 부분적으로 취약하고 전체적으로 불균일하여 내하중성 또는 내마모성이 떨어질 수 밖에 없다. 게다가, 냉간 압착 성형체를 만드는데 시간이 많이 소요되고, 제품의 불량률이 높아 미끄럼베어링의 생산성도 떨어지게 된다. 뿐만아니라, 미끄럼베어링의 소결층의 사이즈가 클 경우, 전체 소결층을 형성할 소결재료(철계금속분말과 고체윤활제)를 하나의 분말성형체로 압착성형할 경우, 소결 과정에서 수축 및 변형이 크게 일어나 치수 및 형상의 정밀도가 큰 소결층을 얻기 어려운 단점이 있다. 소결 과정에서는 구리 등 저융점 금속 분말이 용융되어 치밀화가 이루어지고 이 과정에서 전체적인 수축이 일어나게 되는 데, 부피가 크거나 길이가 긴 냉간압착 분말성형체를 일시에 소결할 경우, 그 부피나 길이에 비례하여 수축량도 커지게 되기 때문이다. 특히, 냉간 압착 성형체 내부 각 부분의 온도가 균일하게 유지되기 어렵고, 소결재료의 밀도도 균일하지 않아, 저융점 금속 분말의 용융량 및 용융정도도 각 부분 마다 차이가 있게 되어, 각 부분 마다 수축량에 차이가 있게 되며, 이는 냉간 압착 분말성형체가 갖는 원래의 형태성에 변형을 가져와 정밀한 형상의 소결층을 얻기 어렵게 되는 것을 의미하는 것이다. 또한, 전체 소결층을 형성할 소결재료를 일시에 압착하여 전체 소결층에 해당하는 냉간 압착 분말성형체를 만들고, 이를 소결하여 소결층을 형성하게 되면, 소결층의 부피, 윤활면의 길이 또는 윤활면의 면적에 따른 다양한 종류의 냉간 압착 분말성형체 성형용 금형을 구비하여야 하므로, 미끄럼베어링 수요자의 다양한 사이즈 요구에 즉시 대처하여 미끄럼베어링을 제공하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 강철기재에 사이즈(부피, 윤활면의 길이, 윤활면의 면적)가 큰 소결층을 형성하는 경우에도 소결층 전체의 소결조직이 균일하며 강철기재와의 접합력이 큰 복층 미끄럼베어링을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 강철기재에 사이즈가 큰 소결층을 형성하는 경우에도, 소결층의 치수 및 형상의 정밀도가 우수한 복층 미끄럼베어링을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 적은 생산 비용으로 다양한 사이즈의 수요에 즉시적으로 대체하여 신속하고 용이하게 생산할 수 있는 복층 미끄럼베어링을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 목적은 강철기재 철계소결재 미끄럼베어링의 접동측 표면상에 소결층을 형성함에 있어, 철계금속분말과 고체윤활제의 혼합분말을 이용하여 전체 소결층의 일부분을 이루는 분할압착 분말성형체를 냉간 압착하고, 이렇게 형성된 다수의 분할압착 분말성형체를 강철기재 접동측 표면에 전체 소결층 크기 및 형상이 되도록 적층하여, 분말성형체 내부, 분말성형체간의 접합면 및 분말성형체와 강철 기재간의 접합면을 소결 접합한 데 있다.

또한, 본 발명은 상기 다수의 분할압착 분말성형체의 접합면 및 분할압착 분말성형체와 강철기재의 접합면은 소결 중 외부 압력에 의하여 밀착되어 접합면에서 금속용융접합이 이루어지게 하는 것을 특징으로 한다.

상기 분할압착 분말성형체를 구성하는 철계금속분말은 동분말 10 - 50중량%, 니켈, 티타늄, 규소, 알루미늄, 코발트, 크롬, 망간 또는 주석 가운데서 선택된 1 또는 2 이상의 금속분말을 0.1-30중량%, 나머지는 철분말을 믹서를 이용하여 균일하게 혼합한 것이다. 상기 철계금속분말 가운데 특히 철분말은 250메시 이하로 미분화(微粉化)된 철분말을 사용할 경우, 소결층의 소결금속 조직을 치밀하고, 강철기재에의 소결접합시 접합성이 좋아진다. 상기 분할압착 분말성형체에서 동분말의 함유량은 큰 제한이 없는데, 필요한 소결금속조직의 치밀도에 따라 10-50중량% 범위 내에서 선택적으로 적용할 수 있다. 동 함유량이 10중량%보다 적으면 소결금속의 치밀화 정도가 떨어지고, 50중량%를 이상이면 소결금속중 철계 금속 입자가 구리 입자에 의하여 완전히 포위되어 철계소결재 본래의 강도 특성 및 마찰 특성을 발휘할 수 없게 된다.

상기 철계금속분말에는 니켈, 티타늄, 규소, 알루미늄, 코발트, 크롬, 망간 또는 주석 가운데서 선택된 1 또는 2 이상의 금속분말을 0.5-30중량% 더 첨가하면, 내 고하중성을 얻음과 동시에 분할압착 분말성형체와 강철기재간의 접합 소결시 분할압착 분말성형체와 강철기재 사이의 용융접합성이 좋아진다.

또한, 상기 철계금속분말에는 상대재에 대한 철응착성을 경감하고 윤활성을 좋게 하기 위하여 아연, 납, 주석, 텅스텐, 몰리브덴 가운데서 선택된 1 또는 2 이상의 금속분말을 2-20중량% 더 첨가할 수 있다.

상기 분할압착 분말성형체를 구성하는 고체윤활제는 분말형태로 상기 철계금속분말에 균일하게 혼합되는데, 흑연(graphite), 이황화몰리브덴(MoS₂) 또는 이황화텅스텐(WS₂) 가운데서 선택된 1 또는 2이상의 고체윤활제를 선택하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 고체윤활제분말의 함량은 철계금속분말에 대하여 0.1중량%-20중량%의 범위 내에서 미끄럼베어링의 사용 용도에 따라 선택적으로 적용할 수 있다. 본 발명에 따른 분할압착 분말성형체는 소형 사이즈로 성형되므로, 고체윤활제가 비교적 많은 양이 함유되어도 소결 과정에서 소결 방해 물질로 크게 작용하지 않는다.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 강철기재에 사이즈(부피, 윤활면의 길이, 윤활면의 면적)가 큰 소결층을 형성하는 경우에도 소결층 전체의 소결금속조직이 균일하며, 소결층의 치수 및 형상의 정밀도가 우수할 뿐만 아니라, 윤활유 함침량 을 늘릴 수 있고, 소결층과 강철기재간의 접합력을 크게 하는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 다양한 사이즈의 미끄럼베어링을 수요자의 요구 즉시 적은 생산 비용으로 제공할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 분할압착 분말성형체를 이용한 강철기재 철계소결재 미끄럼베어링의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 분할압착 분말성형체를 이용한 강철기재 철계소결재 미끄럼베어링의 제조 공정도를, 도 2a 및 도 2b는 철계금속분말과 고체윤활제의 혼합분말을 냉간 압착하여 분할압착 분말성형체를 성형하는 방법을 개략적으로 보여주는 단면도를, 도 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분할압착 분말성형체의 사시도를, 도 3은 강철기재 접동측 표면에 다수의 분말성형체를 적층하는 방법을 보여주는 사시도를, 도 4는 소결 도중 분말성형체들간의 접합면 및 분말성형체와 강철기재의 접합면을 외부 압력으로 밀착시키는 방법을 보여주는 단면도를 각각 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 복층 미끄럼베어링을 제조하기 위하여, 상술한 철계금속분말과 고체윤활제의 혼합분말(이하, 단순히 "혼합분말"이라고 한다)을 얻는 단계(100)와, 전체 소결층의 일부를 이룰 크기 및 형상의 분말성형체로 분할하 여 냉간 압착하는 단계(101)와, 이렇게 얻은 다수의 분말성형체를 강철기재 접동측 표면에 적층하는 단계(102)와, 강철기재에 적층된 분말성형체를 소결로 내에서 소결시켜 분말성형체들간의 접합면 및 분말성형체와 강철기재의 접합면을 외부 압력으로 밀착시키면서 소결시키는 단계(103)를 거침을 알 수 있다.

도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 분할압착 분말성형체(1)는 이에 맞는 케비티가 형성된 하부금형(5)과 캐비티에 채워진 혼합분말(3)을 가압할 수 있는 상부금형(7)을 제작하고, 하부금형(5)의 캐비티에 혼합분말(3)을 채운 후 상부금형(7)을 프레스(9a)에 연결하여 냉각 압착함으로써 얻어진다.

이렇게 얻어진 분할압착 분말성형체(1)는 도 3에 도시된 바와 같이 강철기재(11)의 접동측 표면에 접하도록 다수개가 적층된다. 적층 개수는 전체 소결층을 형성할 수 있는 개수이다. 이 때 분할압착 분말 성형체(1)를 강철기재 접동측 표면에 적층하기 위하여 프레스(9a)를 사용할 수도 있다. 상기 분할압착 분말성형체(1)는 그 사이즈를 전체 소결층에 비하여 매우 작게 함으로써, 그 소결 조직을 매우 균일하게 할 수 있으며, 치수 및 형상의 정밀도를 높일 수 있다.

본 발명의 특징은 분할압착 분말성형체(1)를 소결하지 않고, 강철기재(11)의 접동측 표면에 적층한 후, 비로소 소결하는 데 있다. 이렇게 할 경우 소결층이 지나치게 치밀해지는 것을 막을 수 있고, 윤활유를 함침할 수 있는 기공을 많이 형성할 수 있게 된다.

분할압착 분말성형체(1)를 강철기재(11) 적층한 후에 이를 소결로 내에서 소결하게 되는 이 때, 도 4에 도시된 바와 같이, 분할압착 분말성형체(1)들간의 접합면(a)과 분말성형체(1) 및 강철기재(11)간의 접합면(b) 사이가 밀착되도록 말단에 지그(13)가 부착된 프레스(9b)로 가압하거나, 팽창재(15) 등에 의하여 가압한다. 도 4에서 프레스(9a)는 분할압착 분말성형체(1)들간의 밀착을 위하여 사용되었고, 팽창재(15)는 분할압착 분말성형체(1)와 강철기재(11)간의 밀착을 위하여 사용되었다.

이 때 상기 팽창재(15)로는 스테인레스관 또는 스테인레스봉을 사용할 수 있다. 소결 도중 강철기재(11)의 내면은 팽창에 의하여 내측 방향의 힘을 가하고, 팽창재(15)는 팽창에 의하여 외측 방향의 힘을 가하게 되므로, 분할압착 분말성형체(1)와 강철기재(11)간의 소결접합이 견고해 진다. 이 때 팽창재(15) 표면에는 공지의 이형재(17)를 도포하여 소결 후 팽창재(15)를 분리하기 쉽게 하는 것이 바람직하다. 상기 이형제(17)로는 실리콘수지, 왁스, 탄소분말 등을 사용한다.

이상 본 발명을 첨부한 도면에 도시된 실시 예에 의하여 설명하였으나, 본 발명의 보호 범위를 이에 한정하고자 하는 것은 아니며, 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 기재된 사항 및 이에 균등한 모든 실시 예에 미친다고 해석하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 분할압착 분말성형체를 이용한 복층 미끄럼베어링의 제조 공정도이다.

도 2a 및 도 2b는 철계금속분말과 고체윤활제의 혼합분말을 냉간 압착하여 분할압착 분말성형체를 성형하는 방법을 개략적으로 보여주는 단면도이다.

도 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분할압착 분말성형체의 사시도이다.

도 3은 강철기재 접동측 표면에 다수의 분말성형체를 적층하는 방법을 보여주는 사시도이다.

도 4는 소결 도중 분말성형체들간의 접합면 및 분말성형체와 강철기재의 접합면을 외부 압력으로 밀착시키는 방법을 보여주는 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 분할압착 분말성형체 3 : 혼합분말

5, 7 : 금형 9a, 9b : 프레스

11 : 강철기재 13 : 지그

15 : 팽창재 17 : 이형제

Claims (2)

1. 강철기재 철계소결재 미끄럼베어링의 접동측 표면상에 소결층을 형성함에 있어, 철계금속분말과 고체윤활제의 혼합분말을 이용하여 전체 소결층의 일부분을 이루는 분할압착 분말성형체를 냉간 압착하고, 이렇게 형성된 다수의 분할압착 분말성형체를 강철기재 접동측 표면에 전체 소결층 크기 및 형상이 되도록 적층하여, 분말성형체 내부, 분말성형체간의 접합면 및 분말성형체와 강철기재간의 접합면을 동시에 소결 접합한 것을 특징으로 하는 분할압착 분말성형체를 이용한 복층 미끄럼베어링.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 다수의 분할압착 분말성형체의 접합면 및 분할압착 분말성형체와 강철기재의 접합면은 소결 중 외부 압력에 의하여 밀착되어 접합면에서 금속용융접합이 이루어지게 하는 것을 특징으로 하는 분할압착 분말성형체를 이용한 복층 미끄럼베어링.

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