高強度且在高溫環(huán)境下的耐磨損性優(yōu)異的燒結(jié)Cu合金制軸承的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有高強度且在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨損性的EGR式內(nèi)燃機的再循環(huán)廢氣流量控制閥的燒結(jié)Cu合金制軸承。以質(zhì)量％計，由含有Ni：10～30％、Sn：5～12％、C：3～10％、P：0.1～0.9％，余量由Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成，以及具有在Cu－Ni－Sn－P系固溶體的基底上分散分布有游離石墨的組織的燒結(jié)Cu合金，構(gòu)成使EGR式內(nèi)燃機的再循環(huán)廢氣流量控制閥動作的奧氏體系不銹鋼制往復(fù)運動軸的軸承。
【專利說明】高強度且在高溫環(huán)境下的耐磨損性優(yōu)異的燒結(jié)Cu合金制軸承
[0001]本申請是申請?zhí)?200580027512.6，申請日:2005.08.25，發(fā)明名稱:“顯示高強度且在高溫環(huán)境下顯示優(yōu)異的耐磨損性的EGR式內(nèi)燃機的再循環(huán)廢氣流量控制閥等的燒結(jié)Cu合金制軸承”的申請(PCT/JP2005/015448)的分案申請。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及具有高強度、還具有與奧氏體系不銹鋼制往復(fù)運動軸實際上相同的熱膨脹系數(shù)，從而即使處于高溫環(huán)境下在與所述往復(fù)運動軸之間也能夠保持優(yōu)異的滑動特性，因此發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性的EGR式內(nèi)燃機的再循環(huán)廢氣流量控制閥等的燒結(jié)Cu合金制軸承。
【背景技術(shù)】
[0003]通常，作為汽油發(fā)動機和LPG發(fā)動機等內(nèi)燃機的廢氣對策的一環(huán)，在這些內(nèi)燃機中大多采用通過使一次排出的氣體再次與吸入空氣混合，并降低燃燒溫度，由此減少NOx的EGR (廢氣再循環(huán)系統(tǒng))。
[0004]另外，作為使設(shè)置在EGR的廢氣取出配管上的再循環(huán)廢氣流量控制閥動作的奧氏體系不銹鋼制往復(fù)運動軸( 以下，稱為不銹鋼軸)的軸承，例如已知有:含有Ni:10~30%、Sn:5~12%、C:3~10%，余量由Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成，以及具有在Cu — Ni —Sn系固溶體的基材中分散分布有游離石墨的組織的燒結(jié)Cu合金制的結(jié)構(gòu)等(例如參照專利文獻I)。
[0005]專利文獻1:特開2004 - 68074號公報
[0006]另一方面，近年的內(nèi)燃機的高輸出化及低油耗化顯著，且對輕量化及緊湊化的要求加強，隨之，上述的再循環(huán)廢氣流量控制閥需要更高的強度。
[0007]進而，將上述再循環(huán)廢氣流量控制閥配置在發(fā)動機燃燒室附近，其結(jié)果是，在伴隨高輸出化的發(fā)動機發(fā)熱量的增大的基礎(chǔ)上，還產(chǎn)生了甚至處于達到450°C的高溫環(huán)境的現(xiàn)狀。但由于通常再循環(huán)廢氣流量控制閥的往復(fù)運動軸和軸承是以室溫環(huán)境下的滑動特性為基準(zhǔn)而設(shè)計的，所以在其處于高溫環(huán)境下時在兩者之間產(chǎn)生大的熱膨脹差，其結(jié)果兩者滑動面的間隙增大，或者有時會產(chǎn)生滑動面阻力增大等明顯損害滑動特性的現(xiàn)象。
[0008]因此，本
【發(fā)明者】等從如上述的觀點出發(fā)，對表現(xiàn)出與EGR的再循環(huán)廢氣流量控制閥所用的不銹鋼軸的熱膨脹對應(yīng)的熱膨脹且具有更高強度的軸承進行開發(fā)研究的結(jié)果，獲得如下研究結(jié)果:
[0009]在現(xiàn)有的特開2004 - 68074號公報記載的燒結(jié)Cu合金中，以質(zhì)量％計(以下％表示質(zhì)量％)，還添加了 P:0.I ~0.9%，含有 Ni:10 ~30%、Sn:5 ~12%、C:3 ~10%、P:
0.1~0.9%，余量由Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成，以及具有在Cu — Ni — Sn — P系固溶體的基材中分散分布有游離石墨的組織的燒結(jié)Cu合金，在作為合金成分而含有的Ni的作用下，表現(xiàn)出15~17 X ΙΟ—6#的熱膨脹系數(shù)，因此，在由該結(jié)果的燒結(jié)Cu合金構(gòu)成軸承時，所述的15~17X 10_6/K的熱膨脹系數(shù)實際上與上述不銹鋼軸所具有的15~17Χ 10_6/Κ的熱膨脹系數(shù)相同，所以上述再循環(huán)廢氣流量控制閥即使處于高達450°C的高溫環(huán)境下，在所述不銹鋼軸和所述燒結(jié)Cu合金制軸承之間，也能夠保持與室溫環(huán)境下的滑動特性相同的滑動特性，不受環(huán)境溫度的影響，發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性，進而，相比于現(xiàn)有的特開2004 -68074號公報記載的燒結(jié)Cu合金制軸承，強度進一步提高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本發(fā)明基于上述研究結(jié)果而實現(xiàn)，其特征在于，由如下燒結(jié)Cu合金構(gòu)成使EGR式內(nèi)燃機的再循環(huán)廢氣流量控制閥動作的不銹鋼軸的軸承，由此進一步提高強度，進而在高溫環(huán)境下也能夠發(fā)揮優(yōu)異的耐磨損性。
[0011]該燒結(jié)Cu合金含有:
[0012]N1:10 ~30%、
[0013]Sn:5 ~12%、
[0014]C:3 ~10%、
[0015]P:0.1 ~0.9%，
[0016]余量由Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的組成,并具有在Cu — Ni — Sn — P系固溶體的基材中分散分布有游離石墨的組織。
[0017]其次，在本發(fā)明的軸承中，對將構(gòu)成該軸承的燒結(jié)Cu合金的組成設(shè)定為上述數(shù)值的理由進行說明。
[0018](a) Ni
[0019]Ni含量和軸承的熱膨脹系數(shù)之間存在如下關(guān)系:Ni含量為10%時，實際上軸承表現(xiàn)出17X10—7K的熱膨脹系數(shù)，另外，Ni含量為30%時，軸承表現(xiàn)出15X10_6/K的熱膨脹系數(shù)，這些熱膨脹系數(shù)相當(dāng)于如上所述的不銹鋼軸所具有的15~17Χ10_6/Κ的熱膨脹系數(shù)，于是，根據(jù)與不銹鋼軸所具有的熱膨脹系數(shù)的整合性，其含量設(shè)定為10~30%。
[0020]若進一步進行敘述，則在其含量小于10%時，熱膨脹抑制效果不充分，軸承的熱膨脹系數(shù)超過17Χ 10_6/Κ而變大，其結(jié)果，高溫環(huán)境下與不銹鋼軸的滑動面間的間隙增大，這成為滑動面產(chǎn)生局部磨損的原因，另一方面，在其含量超過30%時，軸承的熱膨脹系數(shù)小于15Χ10_6/Κ，高溫環(huán)境下與不銹鋼軸的滑動面間的阻力增大、磨損急劇增大，因此其含量設(shè)定為10~30%。
[0021]另外，構(gòu)成不銹鋼軸的奧氏體系不銹鋼表示JIS.G4303 (1979年版)的“不銹鋼鋼棒”中作為“奧氏體系”而規(guī)定的不銹鋼。
[0022](b) Sn
[0023]在Sn成分中與Cu及Ni形成基底的固溶體，具有提高軸承的強度并且有助于提高軸承的耐磨損性的作用，但其含量小于5%時，無法獲得期望的強度提高效果，另一方面，在其含量超過12%時，對作為配合材的不銹鋼軸的攻擊性急劇增大，促進不銹鋼軸的磨損，因此其含量設(shè)定為5~12%。
[0024](c)C [0025]C成分作為主體分散分布在基材中的游離石墨而存在，具有提高軸承的潤滑性并且有助于提高軸承及不銹鋼軸的耐磨損性的作用，但其含量小于3%時，游離石墨的分散分布比例不充分，無法確保期望的優(yōu)異的潤滑性，另一方面，在其含量超過10%時，軸承的強度急劇降低，磨損急劇進行，因此其含量設(shè)定為3~10%。
[0026](d) P
[0027]P成分具有燒結(jié)時提高燒結(jié)性并且提高基材的強度即軸承的強度的作用，但P的含量小于0.1%時，無法發(fā)揮充分的燒結(jié)性，所以無法獲得足夠的強度，故并不優(yōu)選，另一方面，在其含量超過0.9%時，粒界部的強度急劇降低，所以燒結(jié)合金的強度反而下降，故并不優(yōu)選。因此，P成分的含量設(shè)定為0.1 %~0.9%。
[0028]本發(fā)明的軸承具有更高強度，即使處于高溫環(huán)境下，在與作為配合材的不銹鋼軸之間也能夠保持優(yōu)異的潤滑特性，所以能夠充分滿足地對應(yīng)內(nèi)燃機的高輸出化及低油耗化、進而輕量化及緊湊化。
【具體實施方式】
[0029]下面，通過實施例對本發(fā)明的軸承進行具體說明。
[0030]作為原料粉末，準(zhǔn)備均具有50 μ m的平均粒徑且含有Ni在5.9~41.2%的范圍內(nèi)的各種霧化Cu - Ni合金粉末、平均粒徑:20 μ m的霧化Sn粉末、平均粒徑:20 μ m的碳粉末、平均粒徑:15 μ m且含有P在5~10%的范圍內(nèi)的各種霧化Cu — P合金粉末、以及平均粒徑:15 μ m且含有P在2~9%的范圍內(nèi)的各種霧化Ni — P合金粉末，然后調(diào)配成表1所示的成分組成的原料 粉末，在其中加入0.2%的硬脂酸鋅作為潤滑材料，用V型攪拌機混合20分鐘后，在200MP的壓力下沖壓成形制成壓粉體，以在真空中，在1020~1270K范圍內(nèi)的規(guī)定溫度下保持I小時的條件下對該壓粉體進行燒結(jié)，最終在200MP的壓力下進行定徑處理，由此分別制造出具有外徑:20mmX內(nèi)徑:5mmX長度:20mm的尺寸的本發(fā)明燒結(jié)Cu合金制軸承(以下，稱為本發(fā)明軸承)1~15、比較燒結(jié)Cu合金制軸承(以下，稱為比較軸承)I~8及現(xiàn)有燒結(jié)Cu合金制軸承(以下，稱為現(xiàn)有軸承)I。
[0031]此外，比較軸承I~8均由合金成分中的任一含量在本發(fā)明范圍之外的燒結(jié)Cu合金構(gòu)成，表現(xiàn)出19~21 X 10_6/K的熱膨脹系數(shù)。
[0032]然后，以評價這些軸承的強度為目的，求出軸承的壓潰強度，其結(jié)果示于表1，進而，在距離排氣量:3000cc的EGR型汽油發(fā)動機的燃燒室300mm的位置設(shè)置的再循環(huán)廢氣流量控制閥中，一同裝入這些軸承和具有直徑:5mmX長度:60mm的尺寸的JIS.SUS303制不銹鋼軸，在
[0033]發(fā)動機轉(zhuǎn)速:3000轉(zhuǎn)/分鐘、
[0034]不銹鋼軸往復(fù)運動距離:10mm、
[0035]不銹鋼軸往復(fù)運動次數(shù):150次/分鐘、
[0036]試驗時間:500小時
[0037]的條件下進行磨損試驗，然后測定了磨損試驗后的軸承及不銹鋼軸各自的滑動面的最大磨損深度。這些測定結(jié)果示于表1。
[0038]此外，在上述的磨損試驗中，在測定軸承的溫度時，始終表現(xiàn)出420~435°C范圍內(nèi)的溫度。
[0039][表 I]
[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種表現(xiàn)出小的對方攻擊性且表現(xiàn)出優(yōu)異的耐磨損性的EGR式內(nèi)燃機的再循環(huán)廢氣流量控制閥的燒結(jié)Cu合金制軸承，是使EGR式內(nèi)燃機的再循環(huán)廢氣流量控制閥動作的不銹鋼制往復(fù)運動軸的軸承，其特征在于， 所述軸具有15X 10_6~17X 10_6/K的熱膨脹系數(shù)， 所述軸承具有15Χ 10_6~17Χ 10_6/Κ的熱膨脹系數(shù)， 所述軸承由燒結(jié)Cu合金構(gòu)成，該燒結(jié)Cu合金以質(zhì)量％計含有: Ni:10 ~30%、
Sn:5 ~12%、 C:3 ~10%、
P:0.I ~0.9%, 余量由Cu和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成，并具有在Cu — Ni — Sn — P系固溶體的基材中分散分布有游離石墨的組織， 在距離排氣量:3000cc的EGR型汽油發(fā)動機的燃燒室300mm的位置設(shè)置的再循環(huán)廢氣流量控制閥中，一同裝入這些軸承和具有直徑:5mmX長度:60mm的尺寸的JIS.SUS303制不銹鋼軸，在420~435°C的高溫環(huán)境下，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘，不銹鋼制軸往復(fù)運動距離為10mm，不銹鋼制軸往復(fù)運動次數(shù)為150次/分鐘，試驗時間為500小時的條件下進行磨損試驗時，軸承的滑動面的最大磨損深度為0.01Omm~0.020mm，不銹鋼制軸的滑動面的最大磨損深度為0.0Olmm或0.002mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使EGR式內(nèi)燃機的再循環(huán)廢氣流量控制閥動作的不銹鋼制往復(fù)運動軸的軸承，其特征在于，所述軸承有如下的燒結(jié)Cu合金構(gòu)成， 該燒結(jié)Cu合金以質(zhì)量％計含有:
Ni:10.1 ~29.7%,
Sn:5.1 ~11.6%,
C:3.I ~9.3%,
P:0.2 ~0.8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的使EGR式內(nèi)燃機的再循環(huán)廢氣流量控制閥動作的不銹鋼制往復(fù)運動軸的軸承，其特征在于， 所述軸承的滑動面的最大磨損深度為0.010mm、0.013mm、0.014mm、0.015mm、0.016mm、0.017mm、0.018mm、0.019mm、0.020mm。
【文檔編號】F16C33/12GK103952586SQ201310616125
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2005年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2004年8月27日
【發(fā)明者】清水輝夫, 丸山恒夫 申請人:大冶美有限公司