JP6026319B2 - Manufacturing method of sintered bearing - Google Patents
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Description
本発明は、耐食性および耐摩耗性に優れ、高強度を有する焼結軸受の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a sintered bearing having excellent corrosion resistance and wear resistance and high strength.
従来、例えば、燃料としてガソリンや軽油などを用いるエンジンにはモータ式燃料ポンプが使用されている。近年、ガソリンや軽油などの燃料を用いるモータ式燃料ポンプを備えたエンジンは、世界各地で広く使用されており、使用されるガソリンや軽油などの品質は世界の各地域で異なっており、粗悪なガソリンが使用されている地域も多い。粗悪なガソリンの一種として有機酸を含むガソリンが知られているが、モータ式燃料ポンプに銅系焼結軸受を使用した場合、このような粗悪ガソリンに含まれている有機酸により、銅系焼結軸受が腐食される。この腐食は、軸受表面に開口する気孔の開口部周辺およびこの気孔の内面、さらには軸受の内部に内在し、かつ表面から内部に連通している気孔の内面などに進行して軸受の強度を低下させ、銅系焼結軸受の寿命が短くなる。 Conventionally, for example, motor fuel pumps are used in engines that use gasoline, light oil, or the like as fuel. In recent years, engines equipped with motor-type fuel pumps using fuels such as gasoline and light oil have been widely used in various parts of the world, and the quality of gasoline and light oil used is different in each region of the world. There are many areas where gasoline is used. Gasoline containing organic acids is known as a kind of poor gasoline, but when copper-based sintered bearings are used in motor-type fuel pumps, copper-based sintering is caused by organic acids contained in such bad gasoline. The bearing is corroded. This corrosion progresses to the periphery of the pore opening that opens on the bearing surface and the inner surface of the pore, and further to the inner surface of the pore that exists inside the bearing and communicates from the surface to the inner surface. The life of the copper-based sintered bearing is shortened.
さらに、近年、自動車などのエンジンの小型化、軽量化はめざましく、これに伴って、燃料ポンプにも小型化および軽量化が求められ、これに組込まれる焼結軸受もコンパクト化が求められる。例えば、モータ式燃料ポンプでは、吐出性能を確保しつつ小型化するには、回転数を高める必要があり、これに伴い、燃料ポンプ内に取り込まれたガソリンなどの燃料が狭い隙間の流通路を高圧かつ高速で通過することになり、このような条件下では、焼結軸受にコンパクト化と共に一層の高強度と耐摩耗性が要求されることになる。このため、従来の銅系焼結軸受は、高強度を有するが、耐摩耗性については十分ではない。 Furthermore, in recent years, engines such as automobiles have been remarkably reduced in size and weight, and accordingly, fuel pumps are also required to be reduced in size and weight, and sintered bearings incorporated therein are also required to be reduced in size. For example, in a motor-type fuel pump, it is necessary to increase the number of rotations in order to reduce the size while ensuring discharge performance. Accordingly, fuel such as gasoline taken into the fuel pump has a narrow gap flow passage. Under such conditions, the sintered bearing is required to be compact and have higher strength and wear resistance. For this reason, the conventional copper-based sintered bearing has high strength but is not sufficient in terms of wear resistance.
このような用途に使用する焼結軸受として、例えば、特許文献1には、Cu−Ni−Sn−C−P系の焼結軸受が公開されている。
As a sintered bearing used for such an application, for example,
一方、機械的特性と耐食性に優れた焼結軸受として、アルミニウム青銅系の焼結軸受が知られている。この焼結軸受では、焼結時に生成されるアルミニウム含有銅合金粉末の表面を被覆する酸化アルミニウムが焼結を阻害するために十分な強度を有する焼結体を容易に得ることができないという問題がある。特許文献2には、前記問題を改良するために、焼結アルミニウム含有銅合金用混合粉末およびその製造方法に関する技術が公開されている。
On the other hand, an aluminum bronze sintered bearing is known as a sintered bearing having excellent mechanical properties and corrosion resistance. In this sintered bearing, there is a problem in that it is not possible to easily obtain a sintered body having sufficient strength for the aluminum oxide covering the surface of the aluminum-containing copper alloy powder produced during sintering to inhibit the sintering. is there.
特許文献1に記載されたCu−Ni−Sn−C−P系の焼結軸受では、強度や耐摩耗性は向上するが、耐食性の面では十分なものとはいえない。また、希少金属であるNiを含有するので、コスト面でも問題がある。
The Cu—Ni—Sn—C—P based sintered bearing described in
特許文献2に記載されたアルミニウム含有銅合金粉末は成形性および焼結性に優れたものであるが、当該アルミニウム含有銅合金粉末を用いたアルミニウム青銅系焼結軸受として、安定した機械的特性、コンパクト化、低コスト化を満たす多量生産に適した製品を得るためには、更なる検討が必要である。
The aluminum-containing copper alloy powder described in
従来の問題に鑑み、本発明は、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適なアルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the conventional problems, an object of the present invention is to provide a method for producing an aluminum bronze sintered bearing that is good in productivity, low in cost, and suitable for mass production.
本発明者は、上記の目的を達成するために種々検討した結果、アルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法として、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適な製造方法を実現するために、焼結による膨張を有効利用するという新規な着想に至った。 As a result of various investigations to achieve the above object, the present inventor has achieved a high productivity, low cost, and suitable manufacturing method for mass production as a manufacturing method of an aluminum bronze sintered bearing. This led to a new idea of effectively utilizing expansion due to sintering.
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、3〜12質量%のアルミニウムおよび0.05〜0.5質量%の燐を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避不純物を含んだ焼結軸受の製造方法であって、この製造方法が、少なくとも、原料粉末に焼結助剤が添加された圧粉体を成形する圧粉工程と、前記圧粉体からアルミニウム−銅合金が焼結された組織を有する焼結体を得る焼結工程と、前記焼結体を寸法整形するサイジング工程とを含んでおり、前記サイジング工程の金型がダイス、一対のパンチおよびコアから構成され、前記パンチとダイスにより焼結体の軸方向両側と外径側から圧縮されることにより、前記焼結体の内径側がコアにより整形され、前記ダイスの内径寸法と前記焼結体の外径寸法との寸法差および前記コアの外径寸法と前記焼結体の内径寸法との寸法差を加減することにより、前記焼結体の表面の気孔の大きさを設定することを特徴とする。これにより、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適なアルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を実現することができる。これにより製造された焼結軸受は、耐食性および強度、耐摩耗性などの機械的特性や油膜形成性、保油性を向上させると共に、コンパクト化を図ることができる。上記のサイジング工程の金型をダイス、一対のパンチおよびコアから構成し、パンチとダイスにより焼結体の軸方向両側と外径側から圧縮することにより、焼結体の内径側をコアにより整形することが好ましい。これにより、アルミニウム銅系焼結軸受の焼結による膨張を有効利用し、焼結軸受の寸法整形と共に所望の気孔を形成することができる。3〜12質量%のアルミニウムおよび0.05〜0.5質量%の燐を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避不純物を含んだ焼結軸受の製造方法であって、この製造方法が、少なくとも、前記アルミニウム、燐、残部の主成分を銅とする原料粉末および不可避不純物の合計100質量%に対して、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムが合計で0.05〜0.2質量%、並びに黒鉛が1〜5質量%添加された圧粉体を成形する圧粉工程と、前記圧粉体からアルミニウム−銅合金が焼結された組織を有する焼結体を得る焼結工程と、前記焼結体を寸法整形するサイジング工程とを含んでいることを特徴とすることにより、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適なアルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を実現することができる。これにより製造された焼結軸受は、耐食性および強度、耐摩耗性などの機械的特性や油膜形成性、保油性を向上させると共に、コンパクト化を図ることができる。 As a technical means for achieving the above-mentioned object, the present invention contains 3 to 12% by mass of aluminum and 0.05 to 0.5% by mass of phosphorus, with the balance being copper as an inevitable impurity. A method for producing a sintered bearing comprising: a green compact step of forming a green compact obtained by adding a sintering aid to a raw material powder; and an aluminum-copper from the green compact. A sintering process for obtaining a sintered body having a structure in which the alloy is sintered, and a sizing process for sizing the sintered body, wherein a die for the sizing process is formed from a die, a pair of punches, and a core. The inner diameter side of the sintered body is shaped by the core by being compressed from both the axial side and the outer diameter side of the sintered body by the punch and the die, and the inner diameter dimension of the die and the outer diameter of the sintered body are Dimensional difference from the diameter The size of pores on the surface of the sintered body is set by adjusting the difference in size between the outer diameter of the sintered body and the inner diameter of the sintered body. Thereby, it is possible to realize a manufacturing method of an aluminum bronze-based sintered bearing that is good in productivity, low in cost, and suitable for mass production. The sintered bearing thus manufactured can improve mechanical properties such as corrosion resistance, strength, and wear resistance, oil film formation, and oil retention, and can be made compact. The die for the above sizing process is composed of a die, a pair of punches and a core, and the inner diameter side of the sintered body is shaped by the core by compressing the sintered body from both sides in the axial direction and the outer diameter side with the punch and the die. It is preferable to do. Thereby, the expansion | swelling by sintering of an aluminum copper type sintered bearing can be utilized effectively, and a desired pore can be formed with the dimension shaping of a sintered bearing. A method of manufacturing a sintered bearing containing 3 to 12% by mass of aluminum and 0.05 to 0.5% by mass of phosphorus, the remaining main component being copper and containing inevitable impurities, , At least 0.05 to 0.2% by mass in total of aluminum fluoride and calcium fluoride with respect to 100% by mass in total of the aluminum, phosphorus, raw material powder having copper as the main component and the inevitable impurities. In addition, a compacting step of forming a green compact to which 1 to 5% by mass of graphite is added, a sintering step of obtaining a sintered body having a structure in which an aluminum-copper alloy is sintered from the green compact, from particular characterized in that it comprises a sizing step of dimensional shaping a sintered body, good productivity, at low cost, to realize a method of manufacturing a suitable aluminum bronze based sintered bearings mass production Can do. The sintered bearing thus manufactured can improve mechanical properties such as corrosion resistance, strength, and wear resistance, oil film formation, and oil retention, and can be made compact.
アルミニウムの含有量は3〜12質量%が好ましい。アルミニウムの含有量が3質量%未満では、アルミニウム青銅系焼結軸受としての耐食性、耐摩耗性の効果が得られず、焼結体の膨張も小さく、一方、12質量%を越えると、焼結しにくくなり強度が低下し、焼結体の膨張が大きくなりすぎるので好ましくない。 The content of aluminum is preferably 3 to 12% by mass. If the aluminum content is less than 3% by mass, the effects of corrosion resistance and wear resistance as an aluminum bronze sintered bearing cannot be obtained, and the expansion of the sintered body is small. This is not preferable because the strength of the sintered body is reduced and the expansion of the sintered body becomes too large.
燐の配合量は、0.05〜0.5質量%が好ましい。0.05質量%未満では固液相間の焼結促進効果が乏しく、一方、0.5質量%を越えると、焼結が進み過ぎてアルミニウムが偏析しγ相の析出が増大し焼結体が脆くなるので好ましくない。銅とアルミニウムの合金相で、β相が共析温度(565℃)でγ相に変態する。 The compounding amount of phosphorus is preferably 0.05 to 0.5% by mass. If it is less than 0.05% by mass, the effect of promoting the sintering between the solid and liquid phases is poor. On the other hand, if it exceeds 0.5% by mass, the sintering proceeds so much that the aluminum is segregated and the precipitation of the γ phase increases. Is not preferable because it becomes brittle. This is an alloy phase of copper and aluminum, and the β phase is transformed into a γ phase at the eutectoid temperature (565 ° C.).
焼結助剤として、アルミニウム、燐、残部の主成分を銅とする原料粉末および不可避不純物の合計100質量%に対して、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で0.05〜0.2質量%添加することにより、焼結の昇温時に生成する酸化アルミニウムと反応して酸化アルミニウム皮膜を破壊し焼結を促進させることができる。フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムの合計配合量は0.05〜0.2質量%が好ましい。0.05量%未満では、焼結助剤としての効果が不十分となり、緻密で適宜の硬さを有する焼結体が得られない。一方、0.2質量%を越えると、それ以上添加しても焼結助剤としての効果は頭打ちとなり、コスト的な観点から0.2質量%以下に止めることが好ましい。上記の原料粉末および不可避不純物の合計100質量%に対して、1〜5質量%の黒鉛を添加することができる。これにより、分散分布する気孔内に遊離黒鉛として存在し、焼結軸受に優れた潤滑性を付与し、耐摩耗性の一段の向上を図ることができる。黒鉛の配合上は1〜5質量%が好ましい。1質量%未満では黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、5質量%を越えると、強度が低下し好ましくない。As a sintering aid, a total of 0.05 to 0.2 mass of aluminum fluoride and calcium fluoride with respect to a total of 100 mass% of aluminum, phosphorus, the raw material powder having copper as the main component and the inevitable impurities. By adding%, the aluminum oxide film can be broken by reacting with the aluminum oxide generated at the time of increasing the temperature of sintering to promote the sintering. The total amount of aluminum fluoride and calcium fluoride is preferably 0.05 to 0.2% by mass. If it is less than 0.05% by weight, the effect as a sintering aid is insufficient, and a dense sintered body having an appropriate hardness cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.2% by mass, the effect as a sintering aid will reach its peak even if it is added more, and it is preferable to keep it to 0.2% by mass or less from the viewpoint of cost. 1 to 5% by mass of graphite can be added to the total of 100% by mass of the above raw material powder and inevitable impurities. Thereby, it exists as a free graphite in the pores distributed and distributed, and imparts excellent lubricity to the sintered bearing, thereby further improving the wear resistance. The amount of graphite is preferably 1 to 5% by mass. If it is less than 1% by mass, the effect of improving the lubricity and wear resistance by adding graphite cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 5% by mass, the strength decreases, which is not preferable.
上記のフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを焼結助剤とした場合、亜鉛が2〜4質量%添加されていることが好ましい。亜鉛は、融点が低く、銅、アルミニウムの焼結を促進、また、アルミニウムの拡散を促進する。さらに、耐食性に優れる。亜鉛の配合量は2質量%未満では、銅、アルミニウムの焼結促進やアルミニウムの拡散促進の効果が得られない。一方、4質量%を越えると、焼結時に亜鉛が蒸発し焼結炉を汚すと共に、アルミニウムが偏析し、拡散が阻害され好ましくない。 When the above aluminum fluoride and calcium fluoride are used as sintering aids, it is preferable that 2 to 4% by mass of zinc is added. Zinc has a low melting point, promotes the sintering of copper and aluminum, and promotes the diffusion of aluminum. Furthermore, it is excellent in corrosion resistance. If the blending amount of zinc is less than 2 % by mass, the effect of promoting the sintering of copper and aluminum and the effect of promoting the diffusion of aluminum cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 4% by mass, zinc evaporates during sintering and the sintering furnace is fouled, and aluminum is segregated and diffusion is hindered.
さらに、珪素が0.5〜3質量%添加されていることが好ましい。珪素は、焼結過程で形成された焼結進行阻害相に対して、銅珪素系液相を発生させ、焼結を促進させる。珪素は、焼結過程でアルミニウムの拡散を増進するので、アルミニウム量を減らし、γ相を削減できる。珪素の配合量は0.5〜3質量%が好ましい。0.5質量%未満では、焼結過程でアルミニウムの拡散を増進効果が不十分であり、これに伴いγ相の削減効果が不十分となる。一方、3質量%を越えると、焼結の昇温時に珪素が反応しアルミニウムが黒く酸化し、変色不具合が生じる。 Furthermore, it is preferable that 0.5-3 mass% of silicon is added. Silicon generates a copper silicon-based liquid phase for the sintering progress-inhibiting phase formed in the sintering process and promotes the sintering. Since silicon increases the diffusion of aluminum during the sintering process, the amount of aluminum can be reduced and the γ phase can be reduced. The blending amount of silicon is preferably 0.5 to 3% by mass. If it is less than 0.5% by mass, the effect of enhancing the diffusion of aluminum in the sintering process is insufficient, and accordingly, the effect of reducing the γ phase becomes insufficient. On the other hand, if it exceeds 3% by mass, silicon reacts when the temperature rises during sintering, and aluminum is oxidized black, resulting in a discoloration defect.
上記の銅の原料粉末が電解銅粉を主体とすることが好ましい。電解銅粉は、樹枝状であるので、銅にアルミニウムを十分に拡散させることができ、成形性、焼結性、摺動特性に優れる。 It is preferable that the copper raw material powder is mainly composed of electrolytic copper powder . Since the electrolytic copper powder has a dendritic shape, aluminum can be sufficiently diffused into copper, and the moldability, sinterability, and sliding properties are excellent.
上記の焼結工程にメッシュベルト式連続炉を適用したことにより、一層の生産性の向上、コスト低減が図れると共に焼結軸受の機能面では、強度は十分確保することができる。具体的には、焼結工程における焼結温度を850〜950℃とし、焼結雰囲気を還元雰囲気とし、焼結時間を10〜60分としたことにより、メッシュベルト式連続炉の負荷が軽減され、安定した品質、製造方法を実現することができる。By applying a mesh belt type continuous furnace to the above-mentioned sintering process, further improvement in productivity and cost reduction can be achieved, and sufficient strength can be secured in terms of the function of the sintered bearing. Specifically, the load of the mesh belt type continuous furnace is reduced by setting the sintering temperature in the sintering step to 850 to 950 ° C., the sintering atmosphere to be a reducing atmosphere, and the sintering time to be 10 to 60 minutes. Stable quality, manufacturing method can be realized.
上記のダイスの内径寸法と焼結体の外径寸法との寸法差およびコアの外径寸法と焼結体の内径寸法との寸法差を加減することにより、焼結体の表面の気孔の大きさを設定することができる。これにより、焼結軸受の表面の気孔の大きさを容易にコントロールすることができる。 By adjusting the dimensional difference between the inner diameter dimension of the die and the outer diameter dimension of the sintered body and the dimensional difference between the outer diameter dimension of the core and the inner diameter dimension of the sintered body, the pore size on the surface of the sintered body is increased. Can be set. Thereby, the size of the pores on the surface of the sintered bearing can be easily controlled.
本発明によれば、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適なアルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を実現することができる。また、本発明の製造方法に基づく焼結軸受は、耐食性および強度、耐摩耗性などの機械的特性や油膜形成性、保油性を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to realize a method for producing an aluminum bronze-based sintered bearing that is good in productivity, low in cost, and suitable for mass production. Moreover, the sintered bearing based on the manufacturing method of this invention can improve mechanical characteristics, such as corrosion resistance and intensity | strength, abrasion resistance, oil film formation property, and oil retention.
以下、本発明の第1の実施形態を添付図面に基づいて説明する。本発明の第1の実施形態に係る製造方法を図3〜図8に示し、この製造方法に基づく焼結軸受を図1および図2に示す。はじめに、本製造方法に基づく焼結軸受を図1および図2に基づいて説明し、続いて、製造方法を図3〜図8に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. A manufacturing method according to the first embodiment of the present invention is shown in FIGS. 3 to 8, and a sintered bearing based on this manufacturing method is shown in FIGS. First, the sintered bearing based on this manufacturing method is demonstrated based on FIG. 1 and FIG. 2, and a manufacturing method is demonstrated based on FIGS.
図1に示すように、焼結軸受1は、内周に軸受面1aを有する円筒状に形成される。焼結軸受1の内周に軸2を挿入し、その状態で軸2を回転させと、焼結軸受1の無数の空孔に保持された潤滑油が温度上昇に伴って軸受面1aに滲み出す。この滲み出した潤滑油によって、軸2の外周面と軸受面1aの間の軸受隙間に油膜が形成され、軸2が軸受1によって相対回転可能に支持される。
As shown in FIG. 1, the
焼結軸受1は、各種粉末を混合した原料粉末を金型に充填し、これを圧縮して圧粉体を成形した後、圧粉体を焼結することで形成される。
The
原料粉末は、銅粉末、銅、アルミニウムおよびアルミニウム銅合金組成からなる粉末、珪素粉末、錫粉末、燐合金粉末、黒鉛粉末を主成分とする混合粉末である。各粉末の詳細を以下に述べる。 The raw material powder is a mixed powder mainly composed of copper powder, powder composed of copper, aluminum, and aluminum-copper alloy, silicon powder, tin powder, phosphorus alloy powder, and graphite powder. Details of each powder are described below.
[銅粉末]
銅粉末は、焼結軸受用として汎用されている球状や樹枝状の銅粉が使用可能であり、例えば、還元粉、電解粉、水アトマイズ粉等が用いられる。粒度は、100mesh通過粉末で350mesh通過粉末比率が40%以下である。
[Copper powder]
As the copper powder, spherical or dendritic copper powder that is widely used for sintered bearings can be used. For example, reduced powder, electrolytic powder, water atomized powder, and the like are used. The particle size is 100 mesh passing powder and 350 mesh passing powder ratio is 40% or less.
[銅、アルミニウムおよびアルミニウム銅合金組成からなる粉末]
40〜60質量%のアルミニウム粉末と残部を銅粉末とした混合粉末を還元性又は不活性雰囲気中において加熱処理した後、粉砕し、粒度調整した銅、アルミニウムおよびアルミニウム銅合金組成からなる粉末(以下、アルミニウム−銅合金粉末という)である。アルミニウム−銅合金粉末の好ましい粒度は、80mesh通過粉末で350mesh通過粉末比率が60%以下である。アルミニウム−銅合金粉末を用いることにより、粉末の硬さに起因する成形性の低下による圧粉体の強度不足の問題が改善され、比重の小さいアルミニウム単体粒子の飛散に伴う取り扱い上の問題はない。
[Powder composed of copper, aluminum and aluminum copper alloy composition]
40% to 60% by mass of aluminum powder and the remaining powder mixed with copper powder are heat-treated in a reducing or inert atmosphere and then pulverized to adjust the particle size, and the powder composed of copper, aluminum and aluminum copper alloy composition An aluminum-copper alloy powder). The preferable particle size of the aluminum-copper alloy powder is 80 mesh passing powder and 350 mesh passing powder ratio is 60% or less. By using the aluminum-copper alloy powder, the problem of insufficient strength of the green compact due to the decrease in formability due to the hardness of the powder is improved, and there is no problem in handling due to scattering of single aluminum particles having a small specific gravity. .
アルミニウム−銅合金粉末の組成は40〜60質量%のアルミニウムの範囲が好ましい。40質量%未満のアルミニウムを含有する粉末は、銅粉末混合比率の減少による加圧成形時の圧粉体密度の低下と融点の高い合金相生成による低温焼結下での銅珪素系液相の発生量を減少させ、焼結促進元素の添加効果が小さくなる。一方、60質量%を越えるアルミニウムを含有する粉末は、銅粒子と未反応のアルミニウム粒子の増加により、未反応アルミニウム粒子が飛散し、これに対する取り扱い上の問題が生じる。 The composition of the aluminum-copper alloy powder is preferably in the range of 40-60 mass% aluminum. Powder containing aluminum of less than 40% by mass is a copper-silicon liquid phase under low-temperature sintering due to a reduction in green compact density during pressure forming due to a decrease in the copper powder mixing ratio and an alloy phase with a high melting point. The generation amount is reduced, and the effect of adding the sintering promoting element is reduced. On the other hand, in the powder containing aluminum exceeding 60% by mass, the unreacted aluminum particles are scattered due to the increase of the copper particles and the unreacted aluminum particles, which causes a problem in handling.
本実施形態では、アルミニウム含有量が3〜10質量%、珪素が1〜4質量%、錫が0.5〜2質量%および燐が0.05〜0.5質量%で、残部の主成分が銅となるような割合で、銅粉末、アルミニウム−銅合金粉末、および後述する燐合金粉末、珪素粉末、錫粉末を混合し、この合計100質量%に対して、黒鉛の配合量が1〜5質量%になるように黒鉛粉末を混合して原料粉末とする。 In this embodiment, the aluminum content is 3 to 10% by mass, silicon is 1 to 4% by mass, tin is 0.5 to 2% by mass and phosphorus is 0.05 to 0.5% by mass, and the remaining main components Are mixed in a ratio such that copper becomes copper, aluminum-copper alloy powder, and phosphorus alloy powder, silicon powder, and tin powder, which will be described later, and the total amount of graphite is 1 to 100% by mass. Graphite powder is mixed so as to be 5% by mass to obtain a raw material powder.
[燐合金粉末]
燐は、焼結時の固液相間の濡れ性を高め、珪素粉末添加により生ずる液相発生温度を低温側へ移行させる窒化物被膜生成を抑制する。燐の配合量は、0.05〜0.5質量%が好ましい。0.05質量%未満では固液相間の焼結促進効果が乏しく、一方、0.5質量%を越えると、焼結が進み過ぎてアルミニウムが偏析しγ相が増え焼結体が脆くなる。
[Phosphorus alloy powder]
Phosphorous improves the wettability between the solid and liquid phases during sintering, and suppresses the formation of a nitride film that shifts the liquid phase generation temperature caused by the addition of silicon powder to the low temperature side. The compounding amount of phosphorus is preferably 0.05 to 0.5% by mass. If it is less than 0.05% by mass, the effect of promoting the sintering between the solid and liquid phases is poor. On the other hand, if it exceeds 0.5% by mass, the sintering proceeds so much that the aluminum segregates and the γ phase increases and the sintered body becomes brittle. .
[珪素粉末]
珪素は焼結助剤として添加する。珪素は、焼結過程で形成された焼結進行阻害相に対して、銅珪素系液相を発生させ、焼結を促進させる。珪素の配合量は1〜4質量%が好ましい。1質量%未満では、発生する液相量が少なく低温下での液相焼結促進効果が不十分となり、緻密で適宜の硬さを有する焼結体が得られない。一方、4質量%を越えると、焼結が進み過ぎてアルミニウムが偏析しγ相が増え焼結体が脆くなる。
[Silicon powder]
Silicon is added as a sintering aid. Silicon generates a copper silicon-based liquid phase for the sintering progress-inhibiting phase formed in the sintering process and promotes the sintering. As for the compounding quantity of silicon, 1-4 mass% is preferable. If the amount is less than 1% by mass, the amount of generated liquid phase is small, and the effect of promoting liquid phase sintering at low temperatures becomes insufficient, and a dense sintered body having an appropriate hardness cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 4% by mass, the sintering proceeds too much, so that aluminum is segregated and the γ phase increases and the sintered body becomes brittle.
[錫粉末]
錫は焼結助剤として添加する。錫は、珪素粉末添加に伴う成形性の低下を補い、さらに燐と同様に珪素粉末添加により生成される液相発生温度を低下させる効果がある。錫の配合量は0.5〜2質量%が好ましい。0.5質量%未満では錫粉末添加による圧粉密度の上昇効果が得られず、一方、2質量%を越えると、粒界に高濃度の錫が析出し、焼結体の外観品質の低下をきたし好ましくない。
[Tin powder]
Tin is added as a sintering aid. Tin compensates for the decrease in moldability associated with the addition of silicon powder, and has the effect of lowering the liquid phase generation temperature produced by the addition of silicon powder, as with phosphorus. As for the compounding quantity of tin, 0.5-2 mass% is preferable. If the amount is less than 0.5% by mass, the powder density cannot be increased by adding tin powder. On the other hand, if the amount exceeds 2% by mass, high-concentration tin is precipitated at the grain boundaries, resulting in a deterioration in the appearance quality of the sintered body. This is undesirable.
[黒鉛粉末]
黒鉛は、主として素地に分散分布する気孔内に遊離黒鉛として存在し、焼結軸受に優れた潤滑性を付与し、耐摩耗性の向上に寄与する。黒鉛の配合量は、アルミニウム、珪素、錫、燐、銅および不可避不純物の合計100質量%に対して、1〜5質量%が好ましい。1質量%未満では黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、5質量%を越えると、強度が低下し好ましくない。
[Graphite powder]
Graphite exists mainly as free graphite in pores dispersed and distributed in the base material, imparts excellent lubricity to the sintered bearing, and contributes to improvement of wear resistance. As for the compounding quantity of graphite, 1-5 mass% is preferable with respect to a total of 100 mass% of aluminum, silicon, tin, phosphorus, copper, and an unavoidable impurity. If it is less than 1% by mass, the effect of improving the lubricity and wear resistance by adding graphite cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 5% by mass, the strength decreases, which is not preferable.
図2に焼結軸受の断面の金属組織の模式図を示す。図2(a)は図1のA部を拡大した図である。同様に、図2(b)は図1のB部を、図2(c)は図1のC部を、それぞれ、拡大した図である。すなわち、図2(a)は内径側の軸受面の表層部の金属組織を示し、図2(b)は内部の金属組織を示し、図2(c)は外径面の表層部の金属組織を示す。図2(a)、(b)、(c)に示すように、ハッチングを付した3がアルミニウム−銅合金組織で、表面および内部気孔の周りに酸化アルミニウム皮膜4が存在する。このため、耐食性および耐摩耗性に優れる。図示は省略するが、アルミニウム−銅合金組織3の粒界部には錫、燐が多くあり、珪素は点在している。気孔内には遊離黒鉛5が分布しているので、潤滑性、耐摩耗性に優れる。
FIG. 2 shows a schematic diagram of the metal structure of the cross section of the sintered bearing. FIG. 2A is an enlarged view of part A in FIG. Similarly, FIG. 2B is an enlarged view of the portion B in FIG. 1, and FIG. 2C is an enlarged view of the portion C in FIG. 2A shows the metal structure of the surface layer portion of the bearing surface on the inner diameter side, FIG. 2B shows the metal structure of the inner surface, and FIG. 2C shows the metal structure of the surface layer portion of the outer diameter surface. Indicates. As shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C, hatched 3 is an aluminum-copper alloy structure, and an
図2(a)に示すように、内径側の軸受面に形成された開放気孔db1と軸受面の表層の内部気孔db2が形成されている。図2(b)に示すように軸受内部には気孔diが形成され、図2(c)に示すように外径面に形成された解放気孔do1と外径面の表層に形成された内部気孔do2が形成されている。軸受面に形成された開放気孔db1、軸受面の表層の内部気孔db2、軸受内部の気孔di、外径面に形成された解放気孔do1および外径面の表層に形成された内部気孔do2は、それぞれ連通している。 As shown in FIG. 2 (a), an open hole db1 formed on the bearing surface on the inner diameter side and an internal hole db2 on the surface layer of the bearing surface are formed. As shown in FIG. 2 (b), pores di are formed inside the bearing. As shown in FIG. 2 (c), open pores do1 formed on the outer diameter surface and internal pores formed on the surface layer of the outer diameter surface. do2 is formed. The open pore db1 formed on the bearing surface, the internal pore db2 on the surface of the bearing surface, the pore di inside the bearing, the release pore do1 formed on the outer diameter surface, and the internal pore do2 formed on the outer surface of the outer diameter surface are: Each communicates.
焼結軸受1は、後述する製造方法(図7参照)において、焼結後に軸受の外径面1bと内径側の軸受面1aの両方がサイジング加工されている。そして、アルミニウム青銅系焼結軸受は、焼結することにより膨張するので、軸受の外径面1bが内径側の軸受面1aよりも大きな量でサイジングされる。そのため、外径面1b側の表層部の気孔do(図2(c)参照)は、軸受面1a側の表層部の気孔db(図2(a)参照)よりも多くつぶされる。外径面1b側の表層部の気孔do、軸受面1a側の表層部の気孔dbおよびつぶされない軸受内部の気孔di(図2(b)参照)の大きさを比較すると、do<db<diの関係になる。このような関係になっているので、軸受面1a側では、耐食性、油膜形成性を向上させることができ、一方、封孔状態に近い外径面1b側や端面1c側では、耐食性、保油性を向上させることができる。
The
焼結軸受1の気孔do、db、di内には、潤滑油が含浸されている。これにより、運転開始時より良好な潤滑状態を得ることができる。潤滑油としては鉱油、ポリαオレフィン(PAO)、エステル、液状グリース等を使用することができる。ただし、軸受の使用用途にとっては、必ずしも潤滑油を含浸する必要はない。
Lubricating oil is impregnated in the pores do, db, and di of the
図1に焼結軸受1の表層の圧縮層をハッチングで示す。ハッチングは、軸受1の半径方向の上側半分にだけに付して、下側半分は図示を省略する。焼結軸受1の表層は圧縮層を有する。外径面1b側の表層の圧縮層Poの密度比αoおよび軸受面1a側の表層の圧縮層Pbの密度比αbは、いずれも内部の密度比αiより高く、密度比αo、αbのいずれもが80%≦αoおよびαb≦95%の範囲に設定されている。密度比αoおよびαbが80%未満では軸受強度が不十分となり、一方、95%を越えると含油量が不足し、好ましくない。本明細書では、αoおよびαbを総称してαという。
FIG. 1 shows the surface compression layer of the
そして、外径面1b側の表層の圧縮層Poの深さの平均値をTo、軸受面1a側の表層の圧縮層Pbの深さの平均値をTbとし、軸受面の内径寸法D1との比をそれぞれTo/D1およびTb/D1とすると、1/100≦To/D1およびTb/D1≦1/15に設定することが好ましい。ここで、密度比αは次式で表される。
α(%)=(ρ1/ρ0)×100
ただし、ρ1:多孔質体の密度、ρ0:その多孔質体に細孔がないと仮定した場合の密度
To/D1およびTb/D1が1/100未満では気孔のつぶれが不十分となり、一方、1/15を越えると気孔がつぶれ過ぎて好ましくない。なお、本明細書ではToおよびTbを総称してTという。
The average value of the depth of the compression layer Po of the surface layer on the
α (%) = (ρ1 / ρ0) × 100
However, ρ1: the density of the porous body, ρ0: the density To / D1 and Tb / D1 when the porous body is assumed to have no pores are less than 1/100, the collapse of the pores is insufficient, If it exceeds 1/15, the pores are too crushed, which is not preferable. In this specification, To and Tb are collectively referred to as T.
次に、本発明の第1の実施形態である焼結軸受の製造方法について説明する。図3に示すような原料粉末準備工程S1、圧粉工程S2、焼結工程S3、サイジング工程S4、含油工程S5を経て製造される。 Next, the manufacturing method of the sintered bearing which is the 1st Embodiment of this invention is demonstrated. It is manufactured through a raw material powder preparation step S1, a compacting step S2, a sintering step S3, a sizing step S4, and an oil impregnation step S5 as shown in FIG.
[原料粉末準備工程S1]
原料粉末準備工程S1では、焼結軸受1の原料粉末が準備・生成される。原料粉末は、銅粉末を81質量%、50質量%アルミニウム−銅合金粉末を12質量%、珪素粉末を3質量%、錫粉末を1質量%、8質量%燐−銅合金粉末を3質量%とする合計100質量%に対して、黒鉛粉末を3質量%、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を0.5質量%添加した。潤滑剤を添加することにより、後述する圧粉体をスムーズに離型することができ、離型に伴う圧粉体の形状の崩れを回避することができる。具体的には、上記の原料粉末Mを、例えば、図4に示すV型混合機10の缶体11に投入し、缶体11を回転させて均一に混合する。
[Raw material powder preparation step S1]
In the raw material powder preparation step S1, the raw material powder of the
[圧粉工程S2]
圧粉工程S2では、上記の原料粉末を圧粉することにより、焼結軸受1の形状をなした圧粉体1’(図7参照)を形成する。圧粉体1’は、焼結温度以上で加熱することにより形成される焼結体1”の密度比αが70%以上で80%以下となるように圧縮成形される。図7では、簡便的に、圧粉体には符号1’、焼結体には符号1”を併記している。
[Green compaction process S2]
In the compacting step S2, a compact 1 '(see FIG. 7) having the shape of the
具体的には、例えばサーボモータを駆動源としたCNCプレス機に圧粉体形状に倣ったキャビティを画成してなる成形金型をセットし、キャビティ内に充填した上記の原料粉末を200〜700MPaの加圧力で圧縮することにより圧粉体1’を成形する。圧粉体1’の成形時において、成形金型は70℃以上に加温してもよい。
Specifically, for example, a molding die that defines a cavity that follows the shape of a green compact is set in a CNC press machine that uses a servo motor as a drive source, and the above-described raw material powder filled in the cavity is 200 to The
本実施形態の焼結軸受1の製造方法では、アルミニウム源として、アルミニウム銅合金粉末を用いることにより、流動性に起因する成形性の低下による圧粉体の強度不足の問題が改善され、比重の小さいアルミニウム単体粒子の飛散に伴う取り扱い上の問題はない。また、生産効率がよく多量生産に好適である。
In the method for manufacturing the
[焼結工程S3]
焼結工程S3では、圧粉体1’を焼結温度で加熱し、隣接する原料粉末同士を焼結結合させることによって焼結体1”を形成する。図5に示すメッシュベルト式連続炉15を使用し、メッシュベルト16に圧粉体1’を多量に投入し、酸化を可及的に防止するために還元雰囲気である窒素ガスおよび水素ガスの混合ガス雰囲気下、あるいは、窒素ガス雰囲気下で、圧粉体1’を850〜950℃(例えば900℃)で10〜60分間加熱することにより焼結体1”を形成する。これにより、メッシュベルト式連続炉の負荷が軽減され、安定した品質、製造方法を実現することができる。
[Sintering step S3]
In the sintering step S3, the
アルミニウム−銅合金粉末は、共晶温度548℃以上になると様々な液相が発生する。液相が発生すると膨張し、発生した液相により焼結ネックが形成され、緻密化に至り、寸法が収縮していく。本実施形態では、メッシュベルト式連続炉15で焼結することにより、焼結体1”の表面が酸化され、焼結が阻害されることにより緻密化に至らず、寸法が膨張したままとなる。ただし、焼結体1”の内部は、酸化されず焼結されるため、焼結体1”の強度は十分確保することができる。メッシュベルト式連続炉15を使用したので、圧粉体1’の投入から取出しまで焼結時間を短く多量生産でき、コスト低減を図ることができる。また、焼結軸受の機能面では、強度は十分確保することができる。
The aluminum-copper alloy powder generates various liquid phases when the eutectic temperature is 548 ° C. or higher. When the liquid phase is generated, the liquid phase expands, and a sintered neck is formed by the generated liquid phase, leading to densification and shrinking of dimensions. In the present embodiment, by sintering in the mesh belt type
上記の焼結工程においては、添加された燐合金粉末、錫粉末、珪素粉末、黒鉛粉末が以下に述べる相乗効果を発揮することにより、良質の焼結体を形成することができる。まず、燐により、焼結時の固液相間の濡れ性を高め、珪素粉末添加により生ずる液相発生温度を低温側へ移行させる効果があるので、良好な焼結体が得られる。燐の配合量としては、0.05〜0.5質量%が好ましい。0.05質量%未満では固液相間の焼結促進効果が乏しく、一方、0.5質量%を越えると、得られた焼結体が脆くなる。また、焼結助剤としての珪素は、焼結過程で形成された焼結進行阻害相に対して、銅珪素系液相を発生させ、焼結を促進させる。珪素の配合量は1〜4質量%が好ましい。1質量%未満では、発生する液相量が少なく低温下での液相焼結促進効果が不十分となり、緻密で適宜の硬さを有する焼結体が得られない。一方、4質量%を越えると、得られた焼結体は硬くて脆くなる。 In the above sintering step, the added phosphorus alloy powder, tin powder, silicon powder, and graphite powder exhibit a synergistic effect described below, whereby a high-quality sintered body can be formed. First, phosphorus has the effect of increasing the wettability between the solid and liquid phases during sintering and shifting the liquid phase generation temperature generated by the addition of silicon powder to the low temperature side, so that a good sintered body can be obtained. As a compounding quantity of phosphorus, 0.05-0.5 mass% is preferable. If it is less than 0.05% by mass, the effect of promoting the sintering between the solid and liquid phases is poor, whereas if it exceeds 0.5% by mass, the obtained sintered body becomes brittle. Moreover, silicon as a sintering aid generates a copper silicon-based liquid phase and promotes sintering with respect to the sintering progress-inhibiting phase formed in the sintering process. As for the compounding quantity of silicon, 1-4 mass% is preferable. If the amount is less than 1% by mass, the amount of generated liquid phase is small, and the effect of promoting liquid phase sintering at low temperatures becomes insufficient, and a dense sintered body having an appropriate hardness cannot be obtained. On the other hand, when it exceeds 4 mass%, the obtained sintered body becomes hard and brittle.
加えて、焼結助剤としての錫は、珪素粉末添加に伴う成形性の低下を補い、さらに燐と同様に珪素粉末添加により生成される液相発生温度を低下させる効果を発揮する。錫の配合量は0.5〜2質量%が好ましい。0.5質量%未満では錫粉末添加による圧粉密度の上昇効果が得られず、一方、2質量%を越えると、粒界に高濃度の錫が析出し、アルミニウムの拡散を阻害し好ましくない。 In addition, tin as a sintering aid compensates for the decrease in formability associated with the addition of silicon powder, and also exhibits the effect of lowering the liquid phase generation temperature generated by the addition of silicon powder in the same manner as phosphorus. As for the compounding quantity of tin, 0.5-2 mass% is preferable. If the amount is less than 0.5% by mass, the effect of increasing the density of the compacted powder due to the addition of tin powder cannot be obtained. On the other hand, if the amount exceeds 2% by mass, a high concentration of tin precipitates at the grain boundaries, which is not preferable because it inhibits aluminum diffusion. .
上記のように原料粉末Mに焼結助剤が添加されているので、アルミニウム−銅合金が焼結された組織を有する焼結体1”を得ることができ、強度と耐腐蝕性を向上させることができる。
Since the sintering aid is added to the raw material powder M as described above, a
さらに、黒鉛は、主として素地に分散分布する気孔内に遊離黒鉛として存在し、焼結軸受に優れた潤滑性を付与し、耐摩耗性の向上に寄与する。黒鉛の配合量は、アルミニウム、珪素、錫、燐、銅および不可避不純物の合計100質量%に対して、1〜5質量%が好ましい。1質量%未満では黒鉛粉末添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、5質量%を越えると、強度が低下し好ましくない。 Further, graphite is present as free graphite mainly in pores dispersed and distributed in the base material, imparts excellent lubricity to the sintered bearing, and contributes to improvement of wear resistance. As for the compounding quantity of graphite, 1-5 mass% is preferable with respect to a total of 100 mass% of aluminum, silicon, tin, phosphorus, copper, and an unavoidable impurity. If it is less than 1% by mass, the effect of improving the lubricity and wear resistance by adding graphite powder cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 5% by mass, the strength decreases, which is not preferable.
[サイジング工程S4]
サイジング工程S4では、焼結により圧粉体1’と比較して膨張した焼結体1”を寸法整形する。図6にサイジング工程S4の詳細を示す。サイジング加工の金型は、ダイス20、上パンチ21、下パンチ22およびコア23とからなる。図6(a)に示すように、コア23と上パンチ21が上方に後退した状態で、下パンチ22上に焼結体1”をセットする。図6(b)に示すように、最初にコア23が焼結体1”の内径に入り、その後、図6(c)に示すように、上パンチ21により焼結体1”がダイス20に押し込まれ、上下パンチ21、22により圧縮される。これにより、焼結体1”の表面が寸法整形される。サイジング加工により、膨張した焼結体1”の表層の気孔をつぶし、製品内部と表層部に密度差が生じる。
[Sizing Step S4]
In the sizing step S4, the sintered body 1 '' expanded as compared with the
図7にサイジング加工により焼結体1”が圧縮される状態を示す。サイジング加工前の焼結体1”を2点鎖線で示し、サイジング加工後の製品1を実線で示す。2点鎖線で示すように、焼結体1”は径方向および幅方向に膨張している。このため、焼結体1”は、外径面1bを内径側の軸受面1aより多く圧縮される。その結果、外径面1b側の表層の気孔do(図2(c)参照)は、内径側の軸受面1bの表層の気孔db(図2(a)参照)よりも多くつぶされ、つぶされない軸受内部の気孔di(図2(b)参照)に対して、do<db<diの関係になる。このような関係になっているので、内径側の軸受面1aでは、耐食性、油膜形成性を向上させることができる。一方、封孔状態に近い外径面1bや端面1cでは、耐食性、保油性を向上させることができる。
FIG. 7 shows a state in which the
上記のサイジング工程の金型をダイス20、一対のパンチ21、22およびコア23から構成し、パンチ21、22とダイス20により焼結体1”の軸方向両側と外径側から圧縮することにより、焼結体1”の内径側をコア23により整形することにより、アルミニウム青銅系焼結軸受の焼結による膨張を有効利用し、焼結軸受1の寸法整形と共に所望の気孔を形成することができる。
A die for the above sizing process is composed of a die 20, a pair of
また、上記のダイス20の内径寸法と焼結体1”の外径寸法との寸法差およびコア23の外径寸法と焼結体1”の内径寸法との寸法差を加減することにより、焼結体1”の表面の気孔の大きさを設定することができる。これにより、焼結軸受1の表面の気孔の大きさを容易にコントロールすることができる。
Further, by adjusting the dimensional difference between the inner diameter dimension of the
[含油工程S5]
含油工程S5は、製品1(焼結軸受)に潤滑油を含浸する工程である。図8に含油装置を示す。含油装置25のタンク26内に製品1を投入し、その後、潤滑油27をタンク26内に注入する。そして、タンク26内を減圧することにより、製品1の気孔do、db、di(図2参照)内に潤滑油27を含浸する。これにより、運転開始時より良好な潤滑状態を得ることができる。潤滑油としては鉱油、ポリαオレフィン(PAO)、エステル、液状グリース等を使用することができる。ただし、軸受の使用用途にとっては、必ずしも潤滑油を含浸する必要はない。したがって、含油工程S6は、必要に応じて実施すればよく、必ずしも実施する必要はない。
[Oil impregnation step S5]
The oil impregnation step S5 is a step in which the product 1 (sintered bearing) is impregnated with lubricating oil. FIG. 8 shows an oil retaining device. The
本実施形態の製造方法は以上のような工程を有し、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適な焼結軸受の製造方法を実現することができる。また、本実施形態の製造方法に基づく焼結軸受は、耐食性および強度、耐摩耗性などの機械的特性や油膜形成性、保油性を向上させることができる。 The manufacturing method of the present embodiment includes the above-described steps, and can realize a manufacturing method of a sintered bearing suitable for mass production with good productivity, low cost, and low cost. In addition, the sintered bearing based on the manufacturing method of the present embodiment can improve mechanical properties such as corrosion resistance and strength, wear resistance, oil film formation, and oil retention.
次に本発明の第2の実施形態に係る焼結軸受の製造方法について説明する。第1の実施形態における原料粉末Mに添加された焼結助剤が珪素および錫であるに対して、本実施形態では焼結助剤をフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムとした点が異なる。 Next, the manufacturing method of the sintered bearing which concerns on the 2nd Embodiment of this invention is demonstrated. Whereas the sintering aid added to the raw material powder M in the first embodiment is silicon and tin, the present embodiment is different in that the sintering aid is aluminum fluoride and calcium fluoride.
本実施形態の製造方法における原料粉末は、第1の実施形態で用いた銅粉末、アルミニウム−銅合金粉末、燐合金粉末および黒鉛粉末に、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを主成分とする混合粉末である。銅粉末、アルミニウム−銅合金粉末、燐合金粉末および黒鉛粉末の内容については、第1の実施形態と同じであるので重複説明を省略する。 The raw material powder in the manufacturing method of the present embodiment is prepared by adding aluminum fluoride and calcium fluoride as sintering aids to the copper powder, aluminum-copper alloy powder, phosphorus alloy powder and graphite powder used in the first embodiment. It is a mixed powder with the main component. Since the contents of the copper powder, the aluminum-copper alloy powder, the phosphorus alloy powder, and the graphite powder are the same as those in the first embodiment, a duplicate description is omitted.
第2の実施形態の製造方法においては、アルミニウム含有量が7〜12質量%、燐が0.05〜0.5質量%で、残部の主成分が銅となるような割合で、銅粉末、アルミニウム−銅合金粉末および燐合金粉末を混合し、この合計100質量%に対して、焼結助剤としてのフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で0.05〜0.2質量%、黒鉛を1〜5質量%混合して原料粉末とする。 In the manufacturing method of the second embodiment, the aluminum content is 7 to 12% by mass, the phosphorus is 0.05 to 0.5% by mass, and the remaining main component is copper, and the copper powder, Aluminum-copper alloy powder and phosphorus alloy powder are mixed, and 0.05 to 0.2% by mass in total of aluminum fluoride and calcium fluoride as a sintering aid are added to 100% by mass in total, and graphite is added. 1-5 mass% is mixed and it is set as raw material powder.
[フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウム]
アルミニウム含有銅系合金粉末は、焼結時にその表面に生成する酸化アルミニウムの皮膜が焼結を著しく阻害するが、焼結助剤としてのフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、アルミニウム含有銅系合金粉末の焼結温度である850〜900℃で溶融しながら徐々に蒸発し、アルミニウム含有銅系合金粉末の表面を保護して酸化アルミニウムの生成を抑制することにより、焼結を促進しアルミニウムの拡散を増進させる。フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、焼結時に蒸発、揮散するので、焼結軸受の完成品には殆ど残らない。
[Aluminum fluoride and calcium fluoride]
The aluminum-containing copper-based alloy powder has an aluminum oxide film formed on its surface during sintering that significantly inhibits the sintering, but aluminum fluoride and calcium fluoride as sintering aids are aluminum-containing copper-based alloy powders. It gradually evaporates while melting at a sintering temperature of 850 to 900 ° C., and protects the surface of the aluminum-containing copper-based alloy powder to suppress the formation of aluminum oxide, thereby promoting sintering and diffusion of aluminum. Improve. Aluminum fluoride and calcium fluoride evaporate and volatilize during sintering, and therefore hardly remain in the finished product of the sintered bearing.
焼結助剤としてのフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、アルミニウム、燐、残部の主成分を銅とする原料粉末および不可避不純物の合計100質量%に対して、合計で0.05〜0.2質量%程度で添加することが好ましい。0.05量%未満では、焼結助剤としての効果が不十分となり、緻密で適宜の硬さを有する焼結体が得られない。一方、0.2質量%を越えると、それ以上添加しても焼結助剤としての効果は頭打ちとなり、コスト的な観点から0.2質量%以下に止めることが好ましい。 Aluminum fluoride and calcium fluoride as a sintering aid are 0.05 to 0.2 in total with respect to a total of 100% by mass of aluminum, phosphorus, the raw material powder having copper as the main component and the inevitable impurities. It is preferable to add at about mass%. If it is less than 0.05% by weight, the effect as a sintering aid is insufficient, and a dense sintered body having an appropriate hardness cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.2% by mass, the effect as a sintering aid will reach its peak even if it is added more, and it is preferable to keep it to 0.2% by mass or less from the viewpoint of cost.
本実施形態の製造方法に基づく焼結軸受の断面の金属組織は、図2の模式図で示した第1の実施形態と同様であるので、主な部分のみを説明し、その他の部分については重複説明を省略する。本実施形態の製造方法に基づく焼結軸受1は、図2(a)、(b)、(c)に示すように、ハッチングを付した3がアルミニウム−銅合金組織で、表面および内部気孔の周りに酸化アルミニウム皮膜4が存在する。このため、耐食性および耐摩耗性に優れる。図示は省略するが、アルミニウム−銅合金組織3の粒界部には燐が存在する。気孔内には遊離黒鉛5が分布しているので、潤滑性、耐摩耗性に優れる。
Since the metal structure of the cross section of the sintered bearing based on the manufacturing method of this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in the schematic diagram of FIG. 2, only the main part will be described, and the other parts will be described. Duplicate explanation is omitted. As shown in FIGS. 2 (a), (b), and (c), the
また、本実施形態の製造方法に基づく焼結軸受1においても、図7に示すように、焼結後に軸受の外径面1bと内径側の軸受面1aの両方がサイジング加工されている。そして、アルミニウム銅系焼結軸受は、焼結することにより膨張するので、軸受の外径面1bが内径側の軸受面1aよりも大きな量でサイジングされる。そのため、外径面1b側の表層部の気孔do(図2(c)参照)は、軸受面1a側の表層部の気孔db(図2(a)参照)よりも多くつぶされる。外径面1b側の表層部の気孔do、軸受面1a側の表層部の気孔dbおよびつぶされない軸受内部の気孔di(図2(b)参照)の大きさを比較すると、do<db<diの関係になる。このような関係になっているので、軸受面1a側では、耐食性、油膜形成性を向上させることができ、一方、封孔状態に近い外径面1b側や端面1c側では、耐食性、保油性を向上させることができる。焼結軸受1の気孔do、db、di内には、潤滑油が含浸されている。これにより、運転開始時より良好な潤滑状態を得ることができる。潤滑油としては鉱油、ポリαオレフィン(PAO)、エステル、液状グリース等を使用することができる。ただし、軸受の使用用途にとっては、必ずしも潤滑油を含浸する必要はない。
Also in the
さらに、第2の実施形態の製造方法に基づく焼結軸受1の表層の圧縮層の状態も、図1に示す第1の実施形態と同様である。すなわち、本実施形態の製造方法に基づく焼結軸受1においても図1に示すように、焼結軸受1の表層はハッチングを付した圧縮層を有する。前述した密度比αの式で表すと、外径面1b側の表層の圧縮層Poの密度比αoおよび軸受面1a側の表層の圧縮層Pbの密度比αbは、いずれも内部の密度比αiより高く、密度比αo、αbのいずれもが80%≦αoおよびαb≦95%の範囲に設定されている。
Furthermore, the state of the compression layer of the surface layer of the
そして、外径面1b側の表層の圧縮層Poの深さの平均値をTo、軸受面1a側の表層の圧縮層Pbの深さの平均値をTbとし、軸受面の内径寸法D1との比をそれぞれTo/D1およびTb/D1とすると、1/100≦To/D1およびTb/D1≦1/15に設定されている。
The average value of the depth of the compression layer Po of the surface layer on the
第2の実施形態の製造工程についても、図3に示す第1の実施形態と同様であるので、原料粉末準備工程S1および焼結工程S3における具体的な内容で相違するところのみを説明する。 Since the manufacturing process of the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 3, only the differences in the specific contents of the raw material powder preparation process S1 and the sintering process S3 will be described.
[原料粉末準備工程S1]
原料粉末は、銅粉末を残質量%、40〜60質量%アルミニウム−銅合金粉末を14〜20質量%、8質量%燐−銅合金粉末を2〜4質量%とする合計100質量%に対して、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で0.05〜0.2質量%、黒鉛粉末を1〜5質量%、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を0.5質量%添加した。
[Raw material powder preparation step S1]
The raw material powder is based on 100% by mass of copper powder remaining mass%, 40-60% by mass aluminum-copper alloy powder 14-20% by mass, and 8% by mass phosphorous-copper alloy powder 2-4% by mass. As a sintering aid, a total of 0.05 to 0.2% by mass of aluminum fluoride and calcium fluoride, 1 to 5% by mass of graphite powder, zinc stearate, 0.5% by mass of a lubricant such as calcium phosphate was added.
[焼結工程S3]
焼結工程において、添加された燐合金粉末、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムが以下に述べる効果を発揮することにより、良質の焼結体を形成することができる。まず、燐により、焼結時の固液相間の濡れ性を高める効果があるので、良好な焼結体が得られる。燐の配合量としては、0.05〜0.5質量%が好ましい。0.05質量%未満では固液相間の焼結促進効果が乏しく、一方、0.5質量%を越えると、得られた焼結体が脆くなる。また、焼結助剤としてのフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、アルミニウム含有銅系合金粉末の焼結温度である850〜900℃で溶融しながら徐々に蒸発し、アルミニウム含有銅系合金粉末の表面を保護して酸化アルミニウムの生成を抑制することにより、焼結を可能にする。フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、焼結時に蒸発、揮散するので、焼結軸受の完成品には殆ど残らない。尚、蒸発、揮散するので、圧粉体をケース等に入れて焼結する。焼結助剤としてのフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、アルミニウム、燐、残部の主成分を銅とする原料粉末および不可避不純物の合計100質量%に対して、合計で0.05〜0.2質量%程度で添加することが好ましい。
[Sintering step S3]
In the sintering step, the added phosphorus alloy powder, aluminum fluoride, and calcium fluoride exhibit the effects described below, whereby a high-quality sintered body can be formed. First, since phosphorus has an effect of improving the wettability between the solid and liquid phases during sintering, a good sintered body can be obtained. As a compounding quantity of phosphorus, 0.05-0.5 mass% is preferable. If it is less than 0.05% by mass, the effect of promoting the sintering between the solid and liquid phases is poor, whereas if it exceeds 0.5% by mass, the obtained sintered body becomes brittle. In addition, aluminum fluoride and calcium fluoride as sintering aids gradually evaporate while melting at 850 to 900 ° C. which is the sintering temperature of the aluminum-containing copper-based alloy powder, and the surface of the aluminum-containing copper-based alloy powder Sintering is enabled by protecting the formation of aluminum oxide and protecting aluminum. Aluminum fluoride and calcium fluoride evaporate and volatilize during sintering, and therefore hardly remain in the finished product of the sintered bearing. Since it evaporates and volatilizes, the green compact is placed in a case or the like and sintered. Aluminum fluoride and calcium fluoride as a sintering aid are 0.05 to 0.2 in total with respect to a total of 100% by mass of aluminum, phosphorus, the raw material powder having copper as the main component and the inevitable impurities. It is preferable to add at about mass%.
本実施形態においても、第1の実施形態と同様、図6に示すように、サイジング工程でパンチ21、22とダイス20により焼結体1”の軸方向両側と外径側から圧縮することにより、焼結体1”の内径側をコア23により整形することにより、アルミニウム青銅系焼結軸受の焼結による膨張を有効利用し、焼結軸受1の寸法整形と共に所望の気孔を形成することができる。また、上記のダイス20の内径寸法と焼結体1”の外径寸法との寸法差およびコア23の外径寸法と焼結体1”の内径寸法との寸法差を加減することにより、焼結体1”の表面の気孔の大きさを設定することができる。これにより、焼結軸受1の表面の気孔の大きさを容易にコントロールすることができる。
Also in the present embodiment, as in the first embodiment, as shown in FIG. 6, in the sizing process, the
以上説明した第2の実施形態の製造方法においても、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適な焼結軸受の製造方法を実現することができる。また、本実施形態の製造方法に基づく焼結軸受は、耐食性および強度、耐摩耗性などの機械的特性や油膜形成性、保油性を向上させることができる。 Also in the manufacturing method of the second embodiment described above, it is possible to realize a manufacturing method of a sintered bearing that is good in productivity, low in cost, and suitable for mass production. In addition, the sintered bearing based on the manufacturing method of the present embodiment can improve mechanical properties such as corrosion resistance and strength, wear resistance, oil film formation, and oil retention.
本発明の第3の実施形態に係る製造方法について説明する。本実施形態の製造方法に基づく焼結軸受は、自動車エンジンの燃料ポンプ用に特化したもので、粗悪なガソリンによる硫化腐食および有機酸腐食を抑制し、かつ、初期なじみ、耐久性等の性能に優れる。 A manufacturing method according to the third embodiment of the present invention will be described. The sintered bearing based on the manufacturing method of the present embodiment is specialized for a fuel pump of an automobile engine, suppresses sulfidation corrosion and organic acid corrosion due to poor gasoline, and has performance such as initial familiarity and durability. Excellent.
第3の実施形態の製造方法に基づく焼結軸受を組み込んだ自動車エンジンの燃料ポンプの一例を図9に示す。この燃料ポンプ40では、焼結軸受1が回転側に設けられる。具体的には、液体入口41a及び液体出口41bを有するケーシング41と、ケーシング41に固定され、ケーシング41の内部空間に突出した固定軸2と、固定軸2に対して回転自在に設けられたインペラ42と、モータ43と、インペラ42に取り付けられたマグネット44と、モータ43の回転軸に取り付けられ、インペラ42側のマグネット44と半径方向に対向したマグネット45とを備える。焼結軸受1は、インペラ42の内周面に固定され、焼結軸受1の内周面(軸受面1a、図1参照)と固定軸2の外周面とが回転方向に摺動自在に嵌合している。モータ43を回転駆動すると、モータ43側のマグネット45とインペラ42側のマグネット44との間の吸引力により、インペラ42が回転する。これにより、液体入口41aからケーシング41の内部空間に流入した燃料を、液体出口41bから送り出す。
An example of a fuel pump for an automobile engine incorporating a sintered bearing based on the manufacturing method of the third embodiment is shown in FIG. In the
上記のような常にガソリン34と接触する環境下において、粗悪なガソリンによる硫化腐食および有機酸腐食を抑制し、かつ、初期なじみ、耐久性等の性能を確保するために、種々の検討と試験評価を行い、以下の知見により本実施形態に至った。
(1)アルミニウム配合量と耐腐食性の関係では、アルミニウムの量が増えると銅へ拡散が増進し耐腐食性効果が大きい。
(2)焼結温度と耐腐食性の関係では、焼結温度を高くするとアルミニウムの拡散が増進し耐腐食性効果が大きい。
(3)焼結軸受の密度と耐腐食性の関係では、密度を高くすると耐腐食性効果が僅かに向上する。
(4)添加剤(燐、亜鉛、珪素)は、焼結過程でのアルミニウムの拡散の促進で、アルミニウム量を減らすことができ耐腐食性と初期なじみを劣化するアルミニウム組織のγ相の析出を削減できる。
Various studies and test evaluations are performed in order to suppress sulfidation corrosion and organic acid corrosion due to poor gasoline and to ensure performance such as initial familiarity and durability in an environment where the
(1) Regarding the relationship between the amount of aluminum blended and the corrosion resistance, when the amount of aluminum increases, the diffusion to copper increases and the corrosion resistance effect is large.
(2) Regarding the relationship between the sintering temperature and the corrosion resistance, when the sintering temperature is increased, the diffusion of aluminum is enhanced and the corrosion resistance effect is large.
(3) With respect to the relationship between the density of the sintered bearing and the corrosion resistance, if the density is increased, the corrosion resistance effect is slightly improved.
(4) Additives (phosphorus, zinc, silicon) promote the diffusion of aluminum during the sintering process, which can reduce the amount of aluminum and reduce the corrosion resistance and initial familiarity. Can be reduced.
燃料ポンプ用焼結軸受として、硫化腐食および有機酸腐食を抑制し、かつ、初期なじみ、耐久性等の性能を向上させるため、本実施形態においては、アルミニウム含有量が8〜9質量%、燐が0.05〜0.5質量%、珪素が0.5〜3質量%、亜鉛が2〜4質量%で、残部の主成分が銅となるような割合で、銅粉末、アルミニウム−銅合金粉末、燐合金粉末、珪素粉末および亜鉛合金粉末を混合し、この合計100質量%に対して、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で0.05〜0.2質量%、黒鉛を1〜5質量%混合して原料粉末とする。原料粉末については、前述した第1および第2の実施形態と同様の部分もあるが、各粉末の詳細を以下に述べる。 As a sintered bearing for a fuel pump, in order to suppress sulfide corrosion and organic acid corrosion and improve performance such as initial familiarity and durability, in this embodiment, the aluminum content is 8 to 9% by mass, phosphorus Is 0.05 to 0.5 mass%, silicon is 0.5 to 3 mass%, zinc is 2 to 4 mass%, and the remaining main component is copper, copper powder, aluminum-copper alloy Powder, phosphorus alloy powder, silicon powder and zinc alloy powder are mixed, and 0.05 to 0.2% by mass of aluminum fluoride and calcium fluoride and 1 to 5% of graphite are added to the total of 100% by mass. Mix by mass to make raw material powder. The raw material powder has the same parts as those in the first and second embodiments described above, but details of each powder will be described below.
[銅粉末]
銅粉末は、アトマイズ粉、電解粉、粉砕粉があるが、銅にアルミニウムを十分に拡散させるには、樹枝状の電解粉が有効であり、成形性、焼結性、摺動特性に優れる。そのため、本実施形態では、銅粉として電解粉を用いた。粒度は、100mesh通過粉末で350mesh通過粉末比率が40%以下である。
[Copper powder]
Copper powder includes atomized powder, electrolytic powder, and pulverized powder. Dendritic electrolytic powder is effective for sufficiently diffusing aluminum in copper, and is excellent in moldability, sinterability, and sliding characteristics. Therefore, in this embodiment, electrolytic powder was used as copper powder. The particle size is 100 mesh passing powder and 350 mesh passing powder ratio is 40% or less.
[アルミニウム−銅合金粉末]
50質量%アルミニウム−銅合金粉末を粉砕し、粒度調整した。アルミニウム銅合金粉末の好ましい粒度は145mesh通過粉末で350mesh通過粉末比率が60%以上である。アルミニウム−銅合金粉末を用いることで、黒鉛、燐、亜鉛等の添加剤の効果を引き出し、焼結軸受材として耐腐食性、強度、摺動特性等に優れる。また、合金化されているので、比重の小さいアルミニウム単体粉体の飛散に伴う取り扱い上の問題はない。
[Aluminum-copper alloy powder]
50 mass% aluminum-copper alloy powder was pulverized and the particle size was adjusted. The preferable particle size of the aluminum copper alloy powder is 145 mesh passing powder and the ratio of 350 mesh passing powder is 60% or more. By using the aluminum-copper alloy powder, the effects of additives such as graphite, phosphorus, and zinc are drawn, and the sintered bearing material is excellent in corrosion resistance, strength, sliding characteristics, and the like. Moreover, since it is alloyed, there is no problem in handling due to the scattering of the single powder of aluminum having a small specific gravity.
アルミニウム組織は、α相が最も硫化腐食、有機酸腐食に対する耐腐食性および初期なじみに優れる。50質量%アルミニウム−銅合金粉末を用いることで、黒鉛が添加されても強度が得られ焼結軸受が製造可能となる。組織がγ相になると、耐摩耗性には優れるが、耐腐食性および初期なじみが劣化する。 As for the aluminum structure, the α phase is most excellent in sulfidation corrosion, corrosion resistance against organic acid corrosion, and initial familiarity. By using 50 mass% aluminum-copper alloy powder, strength can be obtained even when graphite is added, and a sintered bearing can be manufactured. When the structure is in the γ phase, the wear resistance is excellent, but the corrosion resistance and initial familiarity deteriorate.
そして、銅とアルミニウムの焼結を促進させるために、燐合金粉末、亜鉛合金粉末、フッ化物(フッ化アルミニウム、フッ化カルシウム)を添加する。これにより、液相焼結、固相焼結において銅に対するアルミニウムの拡散を増進する。アルミニウムの拡散が増進すると、耐腐食性が向上する。 And in order to promote sintering of copper and aluminum, phosphorus alloy powder, zinc alloy powder, and fluoride (aluminum fluoride, calcium fluoride) are added. Thereby, diffusion of aluminum to copper is enhanced in liquid phase sintering and solid phase sintering. As the diffusion of aluminum increases, the corrosion resistance improves.
[燐合金粉末]
燐合金粉末は、前述した第1および第2の実施形態と同様、8質量%燐−銅合金粉末を用いた。燐は、焼結時の固液相間の濡れ性を高め、珪素粉末添加により生ずる液相発生温度を低温側へ移行させる効果がある。燐の配合量は、0.05〜0.5質量%が好ましい。0.05質量%未満では固液相間の焼結促進効果が乏しく、一方、0.5質量%を越えると、焼結が進み過ぎてアルミニウムが偏析しγ相の析出が増え焼結体が脆くなる。
[Phosphor alloy powder]
As the phosphorus alloy powder, 8% by mass phosphorus-copper alloy powder was used as in the first and second embodiments. Phosphorus has the effect of increasing the wettability between the solid and liquid phases during sintering and shifting the liquid phase generation temperature generated by the addition of silicon powder to the low temperature side. The compounding amount of phosphorus is preferably 0.05 to 0.5% by mass. If the amount is less than 0.05% by mass, the effect of promoting the sintering between the solid and liquid phases is poor. On the other hand, if the amount exceeds 0.5% by mass, the sintering proceeds too much, so that the aluminum is segregated and the γ phase is precipitated, resulting in a sintered body. It becomes brittle.
[亜鉛合金粉末]
亜鉛合金粉末として、亜鉛−銅合金粉末を用いた。亜鉛は、融点が低く、銅、アルミニウムの焼結を促進、また、アルミニウムの拡散を促進する。さらに、耐食性に優れる。
亜鉛の配合量は、1質量%〜5質量%が好ましい。1質量%未満では、銅、アルミニウムの焼結促進やアルミニウムの拡散促進の効果が得られない。一方、5質量%を越えると、焼結時に亜鉛が蒸発し焼結炉を汚すと共に、焼結が進み過ぎてアルミニウムが偏析しアルミニウムの拡散が阻害される。
[Zinc alloy powder]
Zinc-copper alloy powder was used as the zinc alloy powder. Zinc has a low melting point, promotes the sintering of copper and aluminum, and promotes the diffusion of aluminum. Furthermore, it is excellent in corrosion resistance.
As for the compounding quantity of zinc, 1 mass%-5 mass% are preferable. If it is less than 1% by mass, the effect of promoting the sintering of copper and aluminum and the effect of promoting the diffusion of aluminum cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 5% by mass, zinc evaporates during sintering and the sintering furnace is fouled, and sintering progresses too much, so that aluminum is segregated and diffusion of aluminum is inhibited.
[珪素粉末]
珪素は焼結助剤として添加する。珪素は、焼結過程で形成された焼結進行阻害相に対して、銅珪素系液相を発生させ、焼結を促進させる。珪素は、焼結過程でアルミニウムの拡散を増進するので、アルミニウム量を減らし、γ相を削減できる。珪素の配合量は0.5〜3質量%が好ましい。0.5質量%未満では、焼結過程でアルミニウムの拡散を増進効果が不十分であり、これに伴いγ相の削減効果が不十分となる。一方、3質量%を越えると、焼結の昇温時に珪素が反応しアルミニウムが黒く酸化し、変色不具合が生じる。
[Silicon powder]
Silicon is added as a sintering aid. Silicon generates a copper silicon-based liquid phase for the sintering progress-inhibiting phase formed in the sintering process and promotes the sintering. Since silicon increases the diffusion of aluminum during the sintering process, the amount of aluminum can be reduced and the γ phase can be reduced. The blending amount of silicon is preferably 0.5 to 3% by mass. If it is less than 0.5% by mass, the effect of enhancing the diffusion of aluminum in the sintering process is insufficient, and accordingly, the effect of reducing the γ phase becomes insufficient. On the other hand, if it exceeds 3% by mass, silicon reacts when the temperature rises during sintering, and aluminum is oxidized black, resulting in a discoloration defect.
[黒鉛粉末]
黒鉛は、主として素地に分散分布する気孔内に遊離黒鉛として存在し、焼結軸受に優れた潤滑性を付与し、耐摩耗性の向上に寄与する。黒鉛の配合量は、アルミニウム、珪素、錫、燐、銅および不可避不純物の合計100質量%に対して、1〜5質量%が好ましい。1質量%未満では黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、5質量%を越えると、強度が低下し好ましくない。
[Graphite powder]
Graphite exists mainly as free graphite in pores dispersed and distributed in the base material, imparts excellent lubricity to the sintered bearing, and contributes to improvement of wear resistance. As for the compounding quantity of graphite, 1-5 mass% is preferable with respect to a total of 100 mass% of aluminum, silicon, tin, phosphorus, copper, and an unavoidable impurity. If it is less than 1% by mass, the effect of improving the lubricity and wear resistance by adding graphite cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 5% by mass, the strength decreases, which is not preferable.
[フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウム]
フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、前述した第2の実施形態と同様であるので、重複説明を省略する。
[Aluminum fluoride and calcium fluoride]
Since aluminum fluoride and calcium fluoride are the same as those in the second embodiment described above, duplicate description is omitted.
本実施形態の製造方法に基づく焼結軸受の断面の金属組織も、図2の模式図で示した第1および第2の実施形態と同様であるので、主な部分のみを説明し、その他の部分については重複説明を省略する。本実施形態の焼結軸受1は、図2(a)、(b)、(c)に示すように、ハッチングを付した3がアルミニウム−銅合金組織で、表面および内部気孔の周りに酸化アルミニウム皮膜4が存在する。このため、耐食性および耐摩耗性に優れる。図示は省略するが、アルミニウム−銅合金組織3の粒界部には燐が存在する。気孔内には遊離黒鉛5が分布しているので、潤滑性、耐摩耗性に優れる。
Since the metal structure of the cross section of the sintered bearing based on the manufacturing method of the present embodiment is also the same as that of the first and second embodiments shown in the schematic diagram of FIG. The duplicate description is omitted for the portion. As shown in FIGS. 2 (a), 2 (b), and 2 (c), the
また、本実施形態の製造方法に基づく焼結軸受1においても、図7に示すように、焼結後に軸受の外径面1bと内径側の軸受面1aの両方がサイジング加工されている。そして、アルミニウム銅系焼結軸受は、焼結することにより膨張するので、軸受の外径面1bが内径側の軸受面1aよりも大きな量でサイジングされる。そのため、外径面1b側の表層部の気孔do(図2(c)参照)は、軸受面1a側の表層部の気孔db(図2(a)参照)よりも多くつぶされる。外径面1b側の表層部の気孔do、軸受面1a側の表層部の気孔dbおよびつぶされない軸受内部の気孔di(図2(b)参照)の大きさを比較すると、do<db<diの関係になる。このような関係になっているので、軸受面1a側では、耐食性、油膜形成性を向上させることができ、一方、封孔状態に近い外径面1b側や端面1c側では、耐食性、保油性を向上させることができる。焼結軸受1の気孔do、db、di内には、潤滑油が含浸されている。これにより、運転開始時より良好な潤滑状態を得ることができる。潤滑油としては鉱油、ポリαオレフィン(PAO)、エステル、液状グリース等を使用することができる。ただし、軸受の使用用途にとっては、必ずしも潤滑油を含浸する必要はない。
Also in the
さらに、本実施形態の製造方法に基づく焼結軸受1の表層の圧縮層の状態も、図1に示す第1および第2の実施形態の製造方法に基づく焼結軸受と同様である。すなわち、本実施形態の製造方法に基づく焼結軸受1においても図1に示すように、焼結軸受1の表層はハッチングを付した圧縮層を有する。前述した密度比αの式で表すと、外径面1b側の表層の圧縮層Poの密度比αoおよび軸受面1a側の表層の圧縮層Pbの密度比αbは、いずれも内部の密度比αiより高く、密度比αo、αbのいずれもが80%≦αoおよびαb≦95%の範囲に設定されている。
Furthermore, the state of the compression layer of the surface layer of the
そして、外径面1b側の表層の圧縮層Poの深さの平均値をTo、軸受面1a側の表層の圧縮層Pbの深さの平均値をTbとし、軸受面の内径寸法D1との比をそれぞれTo/D1およびTb/D1とすると、1/100≦To/D1およびTb/D1≦1/15に設定されている。
The average value of the depth of the compression layer Po of the surface layer on the
第3の実施形態の製造方法についても、図3に示す第1および第2の実施形態の製造方法と同様であるので、原料粉末準備工程S1、焼結工程S3およびサイジング工程S4における具体的な内容で相違するところのみを説明する。 Since the manufacturing method of the third embodiment is also the same as the manufacturing method of the first and second embodiments shown in FIG. 3, the specific steps in the raw material powder preparation step S1, the sintering step S3, and the sizing step S4 are described. Only the differences will be described.
[原料粉末準備工程S1]
原料粉末は、電解銅粉末を残質量%、40〜60質量%アルミニウム−銅の合金粉末を14〜20質量%、8質量%燐−銅合金粉末を2〜4質量%、珪素粉末を1〜3質量%および20〜40質量%亜鉛−銅合金粉末を6〜8質量%とする合計100質量%に対して、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で0.05〜0.2質量%、黒鉛粉末を1〜5質量%、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を0.5質量%添加した。
[Raw material powder preparation step S1]
The raw material powders are electrolytic copper powder remaining mass%, 40-60 mass% aluminum-copper alloy powder 14-20 mass%, 8 mass% phosphorus-copper alloy powder 2-4 mass%,
[焼結工程S3]
焼結工程において重要なことは、銅にアルミニウムを十分拡散させ耐腐食性を向上させることと、アルミニウム組織をα相にすることで、耐腐食性と軸受性能(初期なじみ)を向上させることである。γ相になると硬くなり、耐摩耗性には優れるが、耐腐食性は低下する。そのため、できる限りγ相の析出は抑えるようにアルミニウム量を減らすことが必要であることが判明した。
[Sintering step S3]
What is important in the sintering process is to improve the corrosion resistance and bearing performance (initial familiarity) by sufficiently diffusing aluminum into copper and improving the corrosion resistance, and by making the aluminum structure alpha phase. is there. When it becomes the γ phase, it becomes hard and has excellent wear resistance, but the corrosion resistance decreases. Therefore, it has been found that it is necessary to reduce the amount of aluminum so as to suppress the precipitation of the γ phase as much as possible.
上記を満足する焼結条件として、焼結温度は900〜950℃が好ましく、さらに、燃料ポンプ用焼結軸受としては、900〜920℃(例えば、920℃)が好ましい。また、雰囲気ガスは、水素ガス、窒素ガスあるいはこれらの混合ガスとし、焼結時間は、長くした方が耐腐食性に良く、燃料ポンプ用焼結軸受では20〜60分(例えば、30分)が好ましい。 As a sintering condition that satisfies the above, the sintering temperature is preferably 900 to 950 ° C, and more preferably 900 to 920 ° C (for example, 920 ° C) as a sintered bearing for a fuel pump. The atmosphere gas may be hydrogen gas, nitrogen gas or a mixed gas thereof, and the sintering time may be longer for better corrosion resistance. For a sintered bearing for a fuel pump, 20 to 60 minutes (for example, 30 minutes) Is preferred.
[サイジング工程S4]
本実施形態の焼結軸受においても、第1および第2の実施形態と同様、図6に示すように、サイジング工程でパンチ21、22とダイス20により焼結体1”の軸方向両側と外径側から圧縮することにより、焼結体1”の内径側をコア23により整形することにより、アルミニウム青銅系焼結軸受の焼結による膨張を有効利用し、焼結軸受1の寸法整形と共に所望の気孔を形成することができる。また、上記のダイス20の内径寸法と焼結体1”の外径寸法との寸法差およびコア23の外径寸法と焼結体1”の内径寸法との寸法差を加減することにより、焼結体1”の表面の気孔の大きさを設定することができる。これにより、焼結軸受1の表面の気孔の大きさを容易にコントロールすることができる。さらに、図示は省略するが、軸受面1a(図7参照)を回転サイジングすることで、軸受面1aの気孔を小さくすることができる。
[Sizing process S4]
Also in the sintered bearing of the present embodiment, as in the first and second embodiments, as shown in FIG. 6, both sides of the
第3の実施形態の製造方法においても、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適な焼結軸受の製造方法を実現することができる。また、本実施形態の製造方法に基づく焼結軸受においても、耐食性および強度、耐摩耗性などの機械的特性や油膜形成性、保油性を向上させると共に、コンパクト化、低コスト化を図ることができる。特に、燃料ポンプ用焼結軸受として、粗悪なガソリンによる硫化腐食および有機酸腐食を抑制し、かつ、初期なじみ、耐久性等の性能に優れる。 Also in the manufacturing method of the third embodiment, it is possible to realize a method for manufacturing a sintered bearing that is good in productivity, low in cost, and suitable for mass production. In addition, in the sintered bearing based on the manufacturing method of the present embodiment, it is possible to improve mechanical properties such as corrosion resistance, strength, wear resistance, oil film formation, oil retention, and to achieve compactness and cost reduction. it can. In particular, as a sintered bearing for a fuel pump, it suppresses sulfidation corrosion and organic acid corrosion due to poor gasoline, and is excellent in performance such as initial familiarity and durability.
以上の実施形態の製造方法に基づく焼結軸受の用途として、燃料ポンプを例示したが、これに限られず、例えば、排気ガス再循環装置(EGR)や釣具のリールなどの耐腐食性が要求される用途の焼結軸受の製造方法に適宜適用することができる。 Although the fuel pump is illustrated as an application of the sintered bearing based on the manufacturing method of the above embodiment, the present invention is not limited to this. For example, corrosion resistance such as an exhaust gas recirculation device (EGR) or a fishing reel is required. The method can be appropriately applied to a method for manufacturing a sintered bearing for a particular application.
なお、以上の説明では、各実施形態の製造方法に基づく焼結軸受を、軸受面1aを真円形状とした真円軸受に適用する場合を例示したが、本発明の製造方法に基づく焼結軸受は真円軸受に限らず、軸受面1aや軸2の外周面にヘリングボーン溝、スパイラル溝等の動圧発生部を設けた流体動圧軸受にも同様に適用することができる。
In the above description, the case where the sintered bearing based on the manufacturing method of each embodiment is applied to a perfect circle bearing with the bearing surface 1a having a perfect circle shape is exemplified. However, the sintering based on the production method of the present invention is exemplified. The bearing is not limited to a perfect circle bearing, and can be similarly applied to a fluid dynamic pressure bearing in which a dynamic pressure generating portion such as a herringbone groove or a spiral groove is provided on the outer peripheral surface of the bearing surface 1a or the
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can of course be implemented in various forms without departing from the scope of the present invention. The scope of the present invention is not limited to patents. It includes the equivalent meanings recited in the claims and the equivalents recited in the claims, and all modifications within the scope.
1 焼結軸受
1’ 圧粉体
1” 焼結体
1a 軸受面
1b 外径面
1c 端面
2 軸
3 アルミニウム銅合金組織
4 酸化アルミニウム皮膜
5 遊離黒鉛
15 メッシュベルト式連続炉
20 ダイス
21 上パンチ
22 下パンチ
23 コア
40 燃料ポンプ
D1 軸受面の内径寸法
db 気孔
di 気孔
do 気孔
Ti 圧縮層
To 圧縮層
DESCRIPTION OF
Claims (1)
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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