Egr閥用燒結軸承及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及耐磨損性、耐腐蝕性和高溫干燥環境下的滑動性優異的EGR閥用燒結 軸承及其制造方法。
【背景技術】
[0002] -般來說，作為應對機動車發動機等內燃機的廢氣的一環，在這些內燃機中廣泛 采用這樣的廢氣再循環裝置（以下也稱為EGR裝置）：使排出過一次的氣體再次與吸入空氣 混合，降低燃燒室內的空氣的氧濃度并使燃燒溫度下降，從而實現氮氧化物(NOx)的減少。 EGR是"Exhaust Gas Recirculation(廢氣再循環)"的簡稱，意味著廢氣再循環。在該EGR裝 置中，使排出的廢氣的一部分作為再循環廢氣（以下，也稱為EGR氣體)再循環到進氣側，但 為了調節該EGR氣體的流量，使用了再循環廢氣流量控制閥（以下，也稱為EGR閥）。
[0003] 近年的內燃機的高輸出化和低油耗化驚人，而且對輕量化和緊湊化的要求也很強 烈，EGR閥也需要響應這些要求。而且，EGR閥配置在發動機的燃燒室附近，其結果是存在這 樣的情況:與和高輸出化相伴的發動機發熱量的增加相結合，EGR閥暴露于高達300°C以上 的高溫環境。由于這樣的使用條件和環境，對于將使EGR閥的氣門工作的往復軸支承成滑動 自如的軸承，要求耐磨損性、耐腐蝕性和高溫干燥(不含油)環境下的滑動性。
[0004] 作為用于這樣的用途的燒結軸承，例如在專利文獻1中公開了 Cu-Ni-Sn-C-P系的 燒結軸承。
[0005] 另一方面，作為機械特性和耐腐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，在燒結時升溫的過程中，表面會生產氧化鋁膜而阻礙 鋁的擴散，因而無法容易得到具有充分的耐腐蝕性和強度的燒結體。為了解決所述問題，在 專利文獻2中公開了與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:日本特開2006-63398號公報 [0009] 專利文獻2: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-P系的燒結軸承中，盡管強度和耐磨損性得到了 提高，然而不能說在腐蝕性方面是充分的。并且，由于含有作為稀有金屬的Ni，因而在成本 方面也存在問題。
[0012] 專利文獻2記載的含鋁銅合金粉末在成型性和燒結性方面優異，但是作為使用了 該含鋁銅合金粉末的鋁青銅系燒結軸承，為了得到可滿足穩定的耐腐蝕性、機械特性、緊湊 化以及低成本化的適于大量生產的產品，需要進行進一步的探討。
[0013] 鑒于現有的問題，本發明的目的是提供一種提高了耐磨損性、耐腐蝕性和高溫干 燥環境下的滑動性、并且實現了緊湊化和低成本化的EGR閥用鋁青銅系燒結軸承，并提供一 種生產率高、低成本且適合于大量生產的EGR閥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] 在鋁青銅系燒結軸承及其制造方法中，本發明人為了在提高軸承性能的同時實現 緊湊化、低成本化以及生產率的提高，以有效利用由燒結引起的膨脹這一新想法作為前提 條件，在處于前述的高溫干燥環境下的EGR閥用燒結軸承中，為了確保耐磨損性、耐腐蝕性 和高溫干燥環境下的滑動性等性能，進行了各種探討和試驗評價，得到以下的發現，從而實 現了本發明。
[0016] (1)關于EGR閥用燒結軸承在高溫干燥環境下的滑動性，由于不存在初始溶合的問 題，因而著眼于可以應用作為鋁青銅燒結軸承的通常的鋁混配量。
[0017] ⑵可知，在干燥環境下，越增加石墨的添加量，摩擦系數就越低，滑動性就越優 異。相反，當增加石墨的添加量時，鋁相當于銅的擴散受到阻礙，因而需要考慮。
[0018] (3)關于耐磨損性，當增加石墨的添加量時，耐磨損性提高，但是，從石墨添加量為 10重量％起，磨損量稍微增多，材料強度的下降被認為是原因。
[0019] (4)當增加石墨的添加量時，因有機酸腐蝕引起的重量變化率較小，即使在長時間 放置后重量變化率也幾乎不變化。
[0020] (5)在鋁的混配量與鋁青銅組織的關系中，鋁的混配量越多，β相的比例就越大。β 相在565°C時發生共析轉變，成為α相和γ相，鋁混配量越多，γ相的比例就越大。由于γ相 在EGR閥用燒結軸承中使耐有機酸腐蝕性下降，因而在使用鋁-銅合金粉末作為銅源并且不 添加銅單質粉末的情況下，將γ相/〇相之比設定為〇< γ相/〇相<〇. 10。
[0021] (6)在燒結溫度與耐腐蝕性的關系中，當提高燒結溫度時，會增進鋁的擴散，耐腐 蝕性提尚。
[0022] (7)關于作為添加劑的磷，被認為是，其通過在燒結過程中促進鋁的擴散，能夠減 少鋁的量，從而能夠削減使耐腐蝕性劣化的鋁組織的γ相的析出。
[0023] 作為用于達到上述的目的的技術手段，本發明是一種EGR閥用燒結軸承，其含有9 ~12重量％的鋁、0.1~0.6重量％的磷、和3~10重量％的石墨，剩余部分的主要成分為銅， 并且含有不可避免的雜質，其特征在于，該燒結軸承具有對鋁-銅合金進行燒結而成的組 織，在分散地形成的氣孔內分布有游離石墨。由此，能夠實現耐磨損性、耐腐蝕性和高溫干 燥環境下的滑動性優異的、且實現了緊湊化和低成本化的EGR閥用鋁青銅系燒結軸承。 [0024]并且，在作為EGR閥用燒結軸承的制造方法的本發明中，所述EGR閥用燒結軸承含 有9~12重量％的鋁、0.1~0.6重量％的磷、和3~10重量％的石墨，剩余部分的主要成分為 銅，并且含有不可避免的雜質，其特征在于，該制造方法使用鋁-銅合金粉、電解銅粉、磷-銅 合金粉和石墨粉作為原料粉末，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-銅合金組織的燒結體;和精整工序，對所述燒 結體進行尺寸整形。由此，能夠實現生產率高、低成本、適合于大量生產的EGR閥用鋁青銅系 燒結軸承的制造方法。基于該方法制造出的EGR閥用燒結軸承在耐磨損性、耐腐蝕性和高溫 干燥環境下的滑動性方面優異，且能夠實現緊湊化和低成本化。
[0025] 優選的是，上述的鋁-銅合金的組織具有α相。α針對耐有機酸腐蝕性是有效的。
[0026] 優選的是，在上述的鋁-銅合金的組織（以下，也稱作鋁青銅組織）中，在使用使用 鋁-銅合金粉末作為銅源而不添加銅單質粉末的情況下，將γ相與α相之比即γ相/α相設定 為0< γ相/α相<0.10。如果處于0< γ相/α相<0.10的范圍，則耐有機酸腐蝕性優異。優選 的是，在上述的EGR閥用燒結軸承中未添加作為燒結助劑的錫。由于錫會妨礙鋁的擴散，因 而不是優選的。
[0027]優選的是，在上述的EGR閥用燒結軸承的制造方法中，針對包含所述鋁-銅合金粉、 電解銅粉、磷-銅合金粉和石墨粉的原料粉末的合計100重量％，添加有合計0.05重量％~ 0.2重量％的氟化鋁和氟化鈣，來作為燒結助劑。當不到0.05重量％時，作為燒結助劑的效 果不充分，得不到致密且具有合適強度的燒結體。另一方面，當超過〇. 2重量％時，即使進一 步添加，作為燒結助劑的效果也達到最大，從成本的觀點來看，優選是限于0.2重量％以下。 [0028]優選的是，將上述的鋁-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，可以使鋁充分地擴散到銅內，耐腐蝕性優異。
[0029] 上述的電解銅粉由粉末形狀不同的粉末構成，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 銅粉盡管對于鋁的擴散是有效的，然而成型性較差。當比W2/W1不到3時，從成型性方面來看 不是優選的，另一方面，當超過9時，由于鋁的擴散不充分，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所得到的比。
[0030] 優選的是，上述的石墨粉采用如下的石墨粉末：使用樹脂粘合劑將天然石墨或人 造石墨的微粉造粒后粉碎，使粒徑為145目以下。一般來說，當添加石墨為4重量％以上時則 無法成型，但通過使用造粒石墨則能夠成型。
[0031] 在作為EGR閥用燒結軸承的制造方法的第2發明中，所述EGR閥用燒結軸承含有9~ 12重量％的鋁、0.1~0.6重量％的磷、和3~10重量％的石墨，剩余部分的主要成分為銅，并 且含有不可避免的雜質，其特征在于，該制造方法使用鋁-銅合金粉、磷-銅合金粉和石墨粉 作為原料粉末，在該原料粉末中未添加銅單質粉末，該制造方法至少包含: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-銅合金組織的 燒結體;和精整工序，對所述燒結體進行尺寸整形。這里，根據下述意思來理解"不添加作為 原料粉末的銅單質粉末"：在制造現場不可避免地包含的銅單質粉末是被允許的。
[0032] 上述的作為制造方法的第2發明也能夠實現生產率高、低成本且適合于大量生產 的EGR閥用鋁青銅系燒結軸承的制造方法。并且，由此制造出的EGR閥用燒結軸承在耐磨損 性、耐腐蝕性和高溫干燥環境下的滑動性方面優異，并且能夠實現緊湊化和低成本化。而 且，由于未添加銅單質粉末，因而幾乎不存在發生銅單質偏析的部分，避免了由該部分引起 的腐蝕的發生，并且鋁-銅合金粉的逐粒的耐腐蝕性提高，從而即使在更嚴酷的使用環境下 也可以確保耐腐蝕性。
[0033]優選的是，作為上述的原料