KR20110118283A

KR20110118283A - 무급유 방청 소결 베어링

Info

Publication number: KR20110118283A
Application number: KR1020100037787A
Authority: KR
Inventors: 김성희; 최원호
Original assignee: 주식회사 에스지오
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2011-10-31

Abstract

본 발명은 양수 발전소 등에서와 같이 녹이 슬기 쉬운 환경에서 장시간 사용할 수 있는 무급유 방청 소결 베어링에 관한 것으로, 원통형 스테인레스 강재 내면에 동(銅) 도금층을 형성하고, 상기 원통형 스테인레스 강재 내경에, 니켈(Ni) 2-45중량%, 주석(Sn) 1-20중량%, 카본(C) 분말 1-20중량%, 이유화몰리브덴(MoS₂) 1-5중량%, 인(P) 0.5-5%중량%, 인청동합금 분말 1-10중량%, 나머지는 구리(Cu)인 비철계 소결분말로 된 원통형 분말 성형체를 긴밀히 삽입하여 소결(燒結)함으로써, 원통형 스테인레스 강재 내면에 비철계 고체 윤활층을 형성한 것을 특징으로 한다.

Description

무급유 방청 소결 베어링{NON OIL SUPPLYING AND ANTIRUST SINTERRED BEARING}

본 발명은 무급유 방청 소결 베어링에 관한 것으로, 더 상세하게는 양수 발전소 등에서와 같이 녹이 슬기 쉬운 환경에서 장시간 사용할 수 있는 무급유 방청 소결 베어링에 관한 것이다.

종래, 고내하중성(혹은 고강도) 및 고내마모성을 달성하기 위하여, 탄소강 또는 강철강 등으로 된 강철기재 표면에 철계금속분말(철분말을 중심으로 동분말을 혼합하고, 여기에 니켈, 주석 등 다른 금속분말을 선택적으로 혼합한 것)과 흑연, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐 등 고체윤활제의 미세분말을 혼합한 혼합분말을 프레스 또는 압연롤러 등으로 냉간 압착 성형한 후 소결로 내부에 넣고 가스분위기하에서 고온으로 소결(燒結)하여 만들어지는 강철기재 철계소결재 고상소결층을 갖는 미끄럼베어링이 다수 소개되어 있다.

일 예가 한국특허공보 등록번호 제10-286246호 발명에 기재되어 있다. 제10-286246호 발명은 "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 것"을 특징으로 하는 미끄럼 베어링을 개시하고 있다.

다른 예가 한국특허공보 등록번호 제10-707694호 발명에 기재되어 있다. 제10-707694호 발명은 "강철기재의 마찰측 표면상에 철계금속분말 및 고체윤활제분말의 혼합분말을 도포하여 소결층을 형성한 미끄럼베어링에 있어서, 상기 소결층은 소결로 내에 장치한 금형 내부에서 600℃-1060℃의 온도로 고상소결하되, 고상소결진행 도중에 금형 내부에서 압착수단에 의하여 일정한 압력 범위로 가압하여 성형한 것을 특징으로 하는 고상소결층을 갖는 미끄럼베어링"을 개시하고 있다.

이들 미끄럼베어링은 소결층에 포함된 고체윤활제분말에 의하여 윤활기능을 수행한다.

그러나, 이러한 철계금속분말을 이용하여 소결층을 형성한 이들 미끄럼베어링들은 양수 발전소 등 수중에서 운용되는 장치나 기계의 부품으로 사용할 경우 소결층에 단기간에 녹이 슬어 윤활기능을 수행할 수 없는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 소결 베어링의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수중(水中)에서, 특히 양수 발전소 등에서와 같이 녹이 슬기 쉬운 환경에서 장시간 사용하는 경우에도 녹이 슬지 않고 윤활기능을 유지할 수 있는 무급유 소결 베어링을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 과제는, 원통형 스테인레스 강재 내면에 동(銅) 도금층을 형성하고, 상기 원통형 스테인레스 강재 내경에, 니켈(Ni) 2-45중량%, 주석(Sn) 1-20중량%, 카본(C) 분말 1-20중량%, 이유화몰리브덴(MoS₂) 1-5중량%, 인(P) 0.5-5%중량%, 인청동합금 분말 1-10중량%, 나머지는 구리(Cu)인 비철계 소결분말로 된 원통형 분말 성형체를 긴밀히 삽입하여 소결(燒結)함으로써, 원통형 스테인레스 강재 내면에 비철계 윤활성 소결층을 형성한 무급유 방청 소결 베어링에 의하여 해결된다.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 용도는 수중에서 또는 양수 발전소 등 녹이 슬기 쉬운 환경에서 운용되는 장비나 기계에 소결 베어링이 사용되는 경우에도, 소결층에 녹이 슬지 않아 윤활기능을 장시간 유지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 소결 과정에서 스테인레스 강재와 소결층간에 금속 결합이 이루어지기 때문에, 사용 중 소결 베어링에 충격 및 진동이 심하게 가해지거나 고열이 가해져도 스테인레스 강재 내면과 소결층이 분리될 위험성이 없고, 윤활제를 내부 기공에 함침할 경우, 강재 내면과 소결층간의 접합면을 통하여 윤활제의 누출이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 소결층을 기계 가공을 할 때에도 소결층의 박리 염려 없이 안전하게 가공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따라 내면에 동도금을 한 원통형 스테인레스 강재에 대한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따라 비철계 소결분말로 형성한 원통형 분말 성형체의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 무급유 방청 소결 베어링의 소결 과정에서 사용되는 가압지그에 대한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 무급유 방청 소결 베어링의 소결 방법을 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 무급유 방청 소결 베어링의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 무급유 방청 소결 베어링의 제조 공정도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 무급유 방청 소결 베어링은, 원통형 스테인레스 강재(1) 내면에 동(銅) 도금층(3)을 형성하고, 상기 원통형 스테인레스 강재(1) 내경에, 니켈(Ni) 2-45중량%, 주석(Sn) 1-20중량%, 카본(C) 분말 1-20중량%, 이유화몰리브덴(MoS₂) 1-5중량%, 인(P) 0.5-5%중량%, 인청동합금 분말 1-10중량%, 나머지는 구리(Cu)인 비철계 소결분말로 된 원통형 분말 성형체(5)를 긴밀히 삽입하여 소결(燒結)함으로써, 원통형 스테인레스 강재(1) 내면에 비철계 고체 윤활층(21)을 형성한 것을 특징으로 한다.

도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 무급유 방청 소결 베어링을 제조하는 방법을 설명한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무급유 방청 소결 베어링을 제조하기 위하여는 원통형 스테인레스 강재(1), 비철계 소결 분말 및 가압지그(7, 9a, 9b)를 준비한다(101, 103, 105).

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 원통형 스테인레스 강재(1)의 내면에는 동도금층(3)을 형성한다. 본 발명에 따른 무급유 방청 소결 베어링의 기재(基材)로 스테인레스 강재를 사용하는 것은 스테인레스의 방청성 때문이다. 강재(1) 내면에 동도금층(3)을 형성하는 이유는 구리를 주요 구성요소로 하는 비철계 소결 분말과의 금속 결합을 위한 것이다.

상기 비철계 소결 분말은 수중에서도 방청이 되는 금속 분말들만으로 구성된다. 상기 비철계 소결 분말 성분은 니켈(Ni) 2-45중량%, 주석(Sn) 1-20중량%, 카본(C) 분말 1-20중량%, 이유화몰리브덴(MoS2) 1-5중량%, 인(P) 0.5-5%중량%, 인청동합금 분말 1-10중량%, 나머지가 구리(Cu)로 이루어진다. 특히, 인청동합금 분말을 사용함으로써 용접성 및 소결성을 향상시킬 수 있다. 인청동합금 분말은 주석(Sn) 5-20중량%, 인(P) 0.1-3중량%, 나머지가 구리(Cu) 분말로 이루어진다. 이와 같은 성분의 금속 분말은 철 분말이 포함되어 있지 않아 수중에서 장기간 사용하여도 녹이 슬지 않는 것이 특이 한 장점이다.

도 2 및 도 6을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 비철계 소결 분말을 냉간 압착하여 원통형 분말 성형체(5)를 형성한다. 상기 원통형 분말 성형체(5)의 내경은 상기 원통형 스테인레스 강재(1)의 내경에 긴밀히 삽입될 수 있는 크기이다.

도 3 및 도 6을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 상기 가압지그(7, 9a, 9b)는 상기 원통형 분말 성형체(5)의 내부에 삽입되는 1조의 반원통형 가압지그(9a, 9b)와 상기 1조의 반원통형 가압지그(9a, 9b)의 중간에 삽입되어 소결 중 상기 반원통형 가압지그(9a, 9b)를 외측으로 미는 쐐기형 가압지그(7)로 구성된다. 상기 반원통형 가압지그(9a, 9b) 내측에는 상기 쐐기형 가압지그(7)에 부합되는 쐐기형 공동(11a, 11b)이 형성된다. 상기 쐐기형 가압지그(7)의 외경은 상기 쐐기형 공동(11a, 11b) 내경보다 약간 크게 형성한다.

도 4 및 도 6을 참조하면 알 수 있는 바와 같이, 원통형 스테인레스 강재(1) 내부에 원통형 분말 성형체(5)를 삽입하고, 상기 원통형 분말 성형체(5) 내부에는 상기 가압지그(7, 9a, 9b)를 삽입한 후, 히터(15)에 의해 소결로(13) 내부 온도를 750℃ 내지 850℃를 유지하면서, 상기 쐐기형 가압지그(7)를 프레스의 펀처(19)로 서서히 가압하면서 소결한다. 상기 쐐기형 가압지그(7)가 하방으로 서서히 진행하면, 상기 반원통형 가압지그(9a, 9b)는 외부로 벌어지면서 원통형 분말 성형체(5)에 외경 방향의 압력을 가하게 되고, 가압이 이루지는 중에 비철계 소결 분말이 소결되며, 비철계 소결 분말의 금속이 원통형 스테인레스 강재(1)의 내면으로 확산하면서 금속 결합에 의한 접합이 이루어 지게 된다.

이렇게 함으로써 도 5에 도시된 바와 같은 비철계 고체 윤활층이 형성된다. 기공도는 1 체적% 내지 20 체적%가 바람직하다. 상기 기공에는 윤활제를 더 침투시킬 수 있다. 기공에 침투시킬 윤활제로는 기어유등의 윤활유를 선택할 수 있다. 또한, 고하중 저속용 소결 베어링의 경우는 상온에서 반고체 상태인 탄화수소 왁스(wax)를 고온에서 침투하여 사용할 수 있다. 탄화수소왁스가 기어유보다 양호한 특성을 보이는 것은, 탄화수소왁스는 윤활 막 강도가 높고 체팽창율이 기어유 보다 크기 때문이다. 즉 탄화수소왁스의 체팽창율은 18.8x10^-4/K로서 기어유의 체팽창율 7x10^-4/K 보다도 2.7배나 크므로 마찰열에 의해 스며나오는 윤활재의 양이 기어유 보다 많아서 윤활 상태가 양호하게 되는 것이다. 또, 기어유나 탄화 수소 왁스에 이유화몰리브덴 분말을 0.5-10체적% 혼합하여 사용하면 더욱 내구성이 향상되며 왁스의 경우가 기어유보다 내구성 상승 효과가 2.2배로 높아진다.

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.

1 : 원통형 스테인레스 강재 3 : 동도금층
5 : 원통형 분말 성형체 7 : 쐐기형 가압지그
9a, 9b : 반원통형 가압지그 11a, 11b : 쐐기형 공동(空洞)
13 : 소결로 15 : 히터
17 : 베이스 19 : 펀치
21 : 비철계 고체 윤활층

Claims

원통형 스테인레스 강재 내면에 동(銅) 도금층을 형성하고, 상기 원통형 스테인레스 강재 내경에, 니켈(Ni) 2-45중량%, 주석(Sn) 1-20중량%, 카본(C) 분말 1-20중량%, 이유화몰리브덴(MoS₂) 1-5중량%, 인(P) 0.5-5%중량%, 인청동합금 분말 1-10중량%, 나머지는 구리(Cu)인 비철계 소결분말로 된 원통형 분말 성형체를 긴밀히 삽입하여 소결(燒結)함으로써, 원통형 스테인레스 강재 내면에 비철계 고체 윤활층을 형성한 것을 특징으로 하는 무급유 방청 소결 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 인청동합금 분말은 주석(Sn) 5-20중량%, 인(P) 0.1-3중량%, 나머지는 구리(Cu) 분말로 이루어진 것을 특징으로 하는 무급유 방청 소결 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 비철계 고체 윤활층은 기공도 1-20 체적%의 기공을 가지며, 기공에 기어유 또는 탄화수소 왁스(wax)에서 선택된 윤활제를 침투시킨 것을 특징으로 하는 무급유 방청 소결 베어링.