燃料泵用燒結軸承及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及耐蝕性和耐磨損性優異、具有高強度的燃料栗用燒結軸承及其制造方 法。
【背景技術】
[0002] 以往，例如，作為燃料使用汽油、輕油等的發動機使用電動燃料栗。近年來，具有使 用汽油、輕油等的燃料的電動燃料栗的發動機在世界各地得到廣泛使用，所使用的汽油、輕 油等的品質在世界各地區不同，使用低劣的汽油的地區也多。作為低劣的汽油的一種公知 有包含有機酸的汽油和生物燃料，而在電動燃料栗使用銅系燒結軸承的情況下，由于這樣 的低劣汽油內包含的有機酸、生物燃料而使銅系燒結軸承腐蝕。該腐蝕是在軸承表面作開 口的氣孔的開口部周邊和該氣孔的內面、以及內置于軸承的內部、且從表面連通到內部的 氣孔的內面等處進行而使軸承的強度下降，銅系燒結軸承的壽命縮短。
[0003] 而且，近年來，機動車等的發動機的小型化、輕量化顯著，伴隨于此，燃料栗也要求 小型化和輕量化，裝入其內的燒結軸承也要求緊湊化。例如，在電動燃料栗中，為了在確保 噴出性能的同時實現小型化，有必要提高轉速，伴隨于此，被取入到燃料栗內的汽油等的燃 料以高壓且高速通過窄間隙的流通路徑，在這樣的條件下，要求燒結軸承緊湊化以及進一 步的高強度和耐磨損性、摩擦特性和耐腐蝕性。因此，以往的銅系燒結軸承盡管具有高強 度，然而特別是在耐腐蝕性方面還不夠。
[0004] 作為這樣的用途使用的燒結軸承，例如在專利文獻1中公開了Cu-Ni - Sn - C一P 系的燒結軸承。
[0005] 另一方面，作為機械特性和耐蝕性優異的燒結軸承，公知有鋁青銅系的燒結軸承。 在該燒結軸承中，存在的問題是，由于在燒結時升溫的過程中表面生成氧化鋁膜而阻礙鋁 的擴散，因而無法容易得到具有足夠的耐腐蝕性和強度的燒結體。為了改善所述問題，在專 利文獻2中公開了含有燒結鋁的銅合金用混合粉末及其制造方法相關的技術。
[0006] 現有技術文獻
[0007] 專利文獻
[0008] 【專利文獻1】日本特許第4521871號公報 [0009]【專利文獻1】日本特開2009-7650號公報
【發明內容】
[0010]發明要解決的課題
[0011] 在專利文獻1記載的Cu-Ni -Sn - C一P系的燒結軸承中，提高了強度和耐磨損性， 然而不能說在耐蝕性方面是足夠的。并且，由于含有稀有金屬Ni，因而在成本方面也存在問 題。
[0012]專利文獻2記載的含有鋁的銅合金粉末的成型性和燒結性優異，然而作為使用該 含有鋁的銅合金粉末的鋁青銅系燒結軸承，為了得到滿足穩定的耐腐蝕性、機械特性、緊湊 化、低成本化的適合大量生產的制品，需要進一步的探討。
[0013] 鑒于以往的問題，本發明的目的是提供一種使耐腐蝕性和強度、耐磨損性等的機 械特性提高、并實現緊湊化、低成本化的燃料栗用鋁青銅系燒結軸承，以及提供一種生產性 良好、低成本、適合于大量生產的燃料栗用鋁青銅系燒結軸承的制造方法。
[0014] 用于解決課題的手段
[0015] 本發明人在鋁青銅系燒結軸承及其制造方法中，為了提高軸承功能，并且實現緊 湊化、低成本化、生產性的提高，以有效利用由燒結引起的膨脹的新穎的想法作為前提條 件，在所述的總是與汽油接觸的環境下的燃料栗用燒結軸承中，為了抑制由低劣的汽油引 起的硫化腐蝕、由有機酸和生物燃料引起的腐蝕、而且，為了確保初始溶合、耐久性等的性 能，進行各種探討和試驗評價，通過獲得以下的知識，達成了本發明。
[0016] (1)在鋁的配合量與硫化腐蝕性的關系中，鋁的配合量越多，則耐腐蝕性就越提 高。這認為是，當鋁的配合量增多時，向銅的擴散增進，耐腐蝕性提高。
[0017] (2)在鋁的配合量與有機酸腐蝕性的關系中，鋁的配合量越多，則耐腐蝕性就下 降。不過，由于鋁的配合量是9.0質量％附近，因而重量變化鋁變得平穩。
[0018] (3)在鋁的配合量與鋁青銅組織的關系中，鋁的配合量越多，則β相的比例就越多。 β相在565°C共析轉變，成為α相和γ相，鋁的配合量越多，則γ相的比例就越多。由于γ相使 耐有機酸腐蝕性、初始溶合性下降，因而在作為銅源使用鋁一銅合金粉末、不添加銅單質的 粉末的情況下，將γ相與α相之比設定為〇〈 γ相/〇相< 〇. 10。。
[0019] 在燒結溫度與耐腐蝕性的關系中，當升高燒結溫度時，鋁的擴散增進，耐腐蝕性提 尚。
[0020] (5)認為作為添加劑的磷可以利用燒結過程的鋁的擴散促進來減少鋁量，可以削 減使耐腐蝕性和初始溶合劣化的鋁組織的γ相的析出。
[0021] (6)在鋁的配合量與初始溶合時間和摩擦系數的關系中，鋁的配合量與初始溶合 時間和摩擦系數為正比關系。這認為，當鋁的配合量增加時，γ相增加。
[0022] 作為用于達到上述的目的的技術手段，本發明是一種燃料栗用燒結軸承，其含有 8.5重量％~10重量％的鋁和0.1重量％~0.6重量％的磷，剩余部分的主要成分為銅，含有 不可避免的雜質，其特征在于，該燒結軸承具有將鋁一銅合金燒結而成的組織，而且所述燒 結軸承的表層部的氣孔比內部的氣孔小。由此，可以提高耐腐蝕性和強度、耐磨損性等的機 械特性、油膜形成性、保油性，并且實現緊湊化、低成本化。
[0023] 并且，作為燃料栗用燒結軸承的制造方法的本發明是一種燃料栗用燒結軸承的制 造方法，所述燃料栗用燒結軸承含有8.5重量％~10重量％的鋁和0.1重量％~0.6重量％ 的磷，剩余部分的主要成分為銅，含有不可避免的雜質，其特征在于，所述制造方法使用 鋁一銅合金粉、電解銅粉和磷一銅合金粉作為原料粉末，且至少包含:成型工序，成型出在 原料粉末內添加有燒結助劑的壓坯;燒結工序，從所述壓坯得到具有鋁一銅合金組織的燒 結體；以及精整工序，對所述燒結體進行尺寸整形。由此，可以實現生產性良好、低成本、適 合于大量生產的燃料栗用鋁青銅系燒結軸承的制造方法。由此制造的燃料栗用燒結軸承可 以提高耐腐蝕性和強度、耐磨損性等的機械特性、油膜形成性、保油性，并且實現緊湊化。
[0024] 優選的是，上述的鋁一銅合金的組織具有α相。α相對耐有機酸腐蝕性、初始溶合性 是有效的。
[0025] 優選的是，上述的鋁一銅合金的組織（以下，也稱為鋁青銅組織)在使用鋁一銅合 金粉作為原料粉末、并且不添加銅單質的粉末的情況下，將γ相與α相之比即γ相/α相設定 為〇〈 γ相/α相< 〇. 10。若是〇〈 γ相/α相< 〇. 10的范圍，則耐有機酸腐蝕性、初始溶合性優 異。
[0026] 優選的是，作為上述的石墨的配合量，針對含有鋁、磷且剩余部分的主要成分為銅 的原料粉末以及不可避免的雜質的合計100重量％，添加3重量％~10重量％，例如，能夠使 用添加有3重量％~10重量％的石墨。在不到3重量％時，作為燃料栗用燒結軸承，得不到由 石墨添加引起的潤滑性、耐磨損性的提高效果。另一方面，當超過5重量％時，擔心例如鋁向 銅的擴散開始受到阻礙。當石墨的添加量超過10重量％時，鋁向銅的擴散受到阻礙，因而需 要考慮。關于耐磨損性，當使石墨的添加量增加時，耐磨損性提高，然而由于石墨的添加量 10重量％而使磨損量稍多，材料強度的下降被認為是原因。
[0027] 優選的是，上述的所述石墨粉做成使用樹脂粘合劑將天然石墨、或人造石墨的細 粉造粒后粉碎、粒徑145目以下的石墨粉末。一般，石墨添加4重量％以上時無法成型，然而 通過使用造粒石墨能夠成型。
[0028]優選的是，在上述的燃料栗用燒結軸承中不添加作為燒結助劑的錫。由于錫妨礙 鋁的擴散，因而是不優選的。
[0029] 在上述的燃料栗用燒結軸承中，鋁的含量為9重量％~9.5重量％是更優選的。作 為燃料栗用燒結軸承，若鋁的含量是8.5重量％~10重量％，則能夠使用，9重量％~9.5重 量％是最佳的范圍。
[0030] 優選的是，作為上述的燒結助劑，針對由所述鋁一銅合金粉、電解銅粉和磷一銅合 金粉構成的原料粉末的合計100重量％，添加氟化鋁和氟化鈣合計0.05重量％~0.2重 量％。當不到0.05重量％時，作為燒結助劑的效果不夠，得不到致密且具有適當的強度的燒 結體。另一方面，當超過0.2重量％時，即使過度添加，作為燒結助劑的效果也達到最大限 度，從成本觀點來看，限制到〇. 2重量％以下是優選的。
[0031] 優選的是，將上述的鋁一銅合金粉的平均粒徑dl與電解銅粉的平均粒徑d2之比即 d2/dl設定為2~3。當比d2/dl在該范圍內時，可以使鋁充分擴散到銅內，耐腐蝕性優異。
[0032] 優選的是，上述的電解銅粉由粉末形狀不同的電解銅粉構成，將縱橫比是2以上的 電解銅粉的比例W1與縱橫比小于2的電解銅粉的比例W2之比即W2/W1設定為3~9。縱橫比是 2以上的電解銅粉盡管在用于鋁的擴散方面是效地的，然而成型性差。當比W2/W1不到3時， 從成型性方面看不是優選的，另一方面，當超過9時，由于鋁的擴散不夠，因而不是優選的。 這里，縱橫比是指粉末的長軸長度除以粉末的厚度得到的比。
[0033] 作為燃料栗用燒結軸承的制造方法的第2發明是一種燃料栗用燒結軸承的制造方 法，所述燃料栗用燒結軸承含有8.5重量％~10重量％的鋁和0.1重量％~0.6重量％的磷， 剩余部分的主要成分為銅，含有不可避免的雜質，其特征在于，所述制造方法使用未添加銅 單質的粉末的鋁一銅合金粉和磷一銅合金粉作為原料粉末，且至少包含:成型工序，成型出 在原料粉末內添加有燒結助劑的壓坯;燒結工序，從所述壓坯得到具有鋁一銅合金組織的 燒結體；以及精整工序，對所述燒結體進行尺寸整形。這里，不添加作為原料粉末的銅單質 的粉末是按照容許在制造現場中不可避免地含有的銅單質的粉末的意義來使用的。
[0034] 作為上述的制造方法的第2發明也可以實現生產性良好、低成本、適合于大量生產 的燃料栗用鋁青銅系燒結軸承的制造方法。并且，由此制造的燃料栗用燒結軸承可以提高 耐腐蝕性和強度、耐磨損性等的機械特性、油膜形成性、保油性，并且實現緊湊化。而且，由 于不添加銅單質的粉末，因而大致沒有銅單質偏析的部分，避免了由該部分引起的腐蝕的 發生，并且提高了鋁一銅合金粉的逐粒的耐腐蝕性，從而即使在更嚴酷的使用環境下也可 以確保耐腐蝕性。
[0035]優選的是，作為上述的原料粉末的鋁一銅合金粉是7重量％~11重量％鋁一銅合 金粉末，更優選的是，作為上述的原料粉末的鋁一銅合金粉是例如8~10重量％鋁一銅合金 粉末。在這些情況下，提高了鋁一銅合金粉的逐粒的耐腐蝕性，提高了燃料栗用燒結軸承整 體的耐腐蝕性。
[0036]發明的效果
[0037] 本發明的燃料栗用燒結軸承可以使耐腐蝕性和強度、耐磨損性等的機械特性、油 膜形成性、保油性提高，并實現緊湊化、低成本化。并且，本發明的燃料栗用燒結軸承的制造 方法可以實現一種生產性良好、低成本、適合于大量生產