燃料泵用燒結(jié)軸承及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及耐蝕性和耐磨損性優(yōu)異、具有高強度的燃料栗用燒結(jié)軸承及其制造方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 以往，例如，作為燃料使用汽油、輕油等的發(fā)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(fā)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(zhì)在世界各地區(qū)不同，使用低劣的汽油的地區(qū)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(jié)軸承的情況下，由于這樣 的低劣汽油內(nèi)包含的有機酸、生物燃料而使銅系燒結(jié)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(nèi)面、以及內(nèi)置于軸承的內(nèi)部、且從表面連通到內(nèi)部的 氣孔的內(nèi)面等處進行而使軸承的強度下降，銅系燒結(jié)軸承的壽命縮短。
[0003] 而且，近年來，機動車等的發(fā)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(nèi)的燒結(jié)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(xiàn)小型化，有必要提高轉(zhuǎn)速，伴隨于此，被取入到燃料栗內(nèi)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(jié)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(jié)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(jié)軸承，例如在專利文獻1中公開了Cu-Ni - Sn - C一P 系的燒結(jié)軸承。
[0005] 另一方面，作為機械特性和耐蝕性優(yōu)異的燒結(jié)軸承，公知有鋁青銅系的燒結(jié)軸承。 在該燒結(jié)軸承中，存在的問題是，由于在燒結(jié)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(jié)體。為了改善所述問題，在專 利文獻2中公開了含有燒結(jié)鋁的銅合金用混合粉末及其制造方法相關(guān)的技術(shù)。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)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(jié)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(jié)性優(yōu)異，然而作為使用該 含有鋁的銅合金粉末的鋁青銅系燒結(jié)軸承，為了得到滿足穩(wěn)定的耐腐蝕性、機械特性、緊湊 化、低成本化的適合大量生產(chǎn)的制品，需要進一步的探討。
[0013] 鑒于以往的問題，本發(fā)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(xiàn)緊湊化、低成本化的燃料栗用鋁青銅系燒結(jié)軸承，以及提供一種生產(chǎn)性 良好、低成本、適合于大量生產(chǎn)的燃料栗用鋁青銅系燒結(jié)軸承的制造方法。
[0014] 用于解決課題的手段
[0015] 本發(fā)明人在鋁青銅系燒結(jié)軸承及其制造方法中，為了提高軸承功能，并且實現(xiàn)緊 湊化、低成本化、生產(chǎn)性的提高，以有效利用由燒結(jié)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(huán)境下的燃料栗用燒結(jié)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(fā)明。
[0016] (1)在鋁的配合量與硫化腐蝕性的關(guān)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(guān)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(zhì)量％附近，因而重量變化鋁變得平穩(wěn)。
[0018] (3)在鋁的配合量與鋁青銅組織的關(guān)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(zhuǎn)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(zhì)的 粉末的情況下，將γ相與α相之比設(shè)定為〇〈 γ相/〇相< 〇. 10。。
[0019] 在燒結(jié)溫度與耐腐蝕性的關(guān)系中，當升高燒結(jié)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(jié)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(shù)的關(guān)系中，鋁的配合量與初始溶合 時間和摩擦系數(shù)為正比關(guān)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(shù)手段，本發(fā)明是一種燃料栗用燒結(jié)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(zhì)，其特征在于，該燒結(jié)軸承具有將鋁一銅合金燒結(jié)而成的組織，而且所述燒 結(jié)軸承的表層部的氣孔比內(nèi)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(xiàn)緊湊化、低成本化。
[0023] 并且，作為燃料栗用燒結(jié)軸承的制造方法的本發(fā)明是一種燃料栗用燒結(jié)軸承的制 造方法，所述燃料栗用燒結(jié)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(zhì)，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(nèi)添加有燒結(jié)助劑的壓坯;燒結(jié)工序，從所述壓坯得到具有鋁一銅合金組織的燒 結(jié)體；以及精整工序，對所述燒結(jié)體進行尺寸整形。由此，可以實現(xiàn)生產(chǎn)性良好、低成本、適 合于大量生產(chǎn)的燃料栗用鋁青銅系燒結(jié)軸承的制造方法。由此制造的燃料栗用燒結(jié)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(xiàn)緊湊化。
[0024] 優(yōu)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(yōu)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(zhì)的粉末的情況下，將γ相與α相之比即γ相/α相設(shè)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(yōu) 異。
[0026] 優(yōu)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(zhì)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(jié)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(dān)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(guān)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(yōu)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(yōu)選的是，在上述的燃料栗用燒結(jié)軸承中不添加作為燒結(jié)助劑的錫。由于錫妨礙 鋁的擴散，因而是不優(yōu)選的。
[0029] 在上述的燃料栗用燒結(jié)軸承中，鋁的含量為9重量％~9.5重量％是更優(yōu)選的。作 為燃料栗用燒結(jié)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(yōu)選的是，作為上述的燒結(jié)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(gòu)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(jié)助劑的效果不夠，得不到致密且具有適當?shù)膹姸鹊臒?結(jié)體。另一方面，當超過0.2重量％時，即使過度添加，作為燒結(jié)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(yōu)選的。
[0031] 優(yōu)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(shè)定為2~3。當比d2/dl在該范圍內(nèi)時，可以使鋁充分擴散到銅內(nèi)，耐腐蝕性優(yōu)異。
[0032] 優(yōu)選的是，上述的電解銅粉由粉末形狀不同的電解銅粉構(gòu)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(shè)定為3~9?？v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(yōu)選的，另一方面，當超過9時，由于鋁的擴散不夠，因而不是優(yōu)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(jié)軸承的制造方法的第2發(fā)明是一種燃料栗用燒結(jié)軸承的制造方 法，所述燃料栗用燒結(jié)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(zhì)，其特征在于，所述制造方法使用未添加銅 單質(zhì)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(nèi)添加有燒結(jié)助劑的壓坯;燒結(jié)工序，從所述壓坯得到具有鋁一銅合金組織的 燒結(jié)體；以及精整工序，對所述燒結(jié)體進行尺寸整形。這里，不添加作為原料粉末的銅單質(zhì) 的粉末是按照容許在制造現(xiàn)場中不可避免地含有的銅單質(zhì)的粉末的意義來使用的。
[0034] 作為上述的制造方法的第2發(fā)明也可以實現(xiàn)生產(chǎn)性良好、低成本、適合于大量生產(chǎn) 的燃料栗用鋁青銅系燒結(jié)軸承的制造方法。并且，由此制造的燃料栗用燒結(jié)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(xiàn)緊湊化。而且，由 于不添加銅單質(zhì)的粉末，因而大致沒有銅單質(zhì)偏析的部分，避免了由該部分引起的腐蝕的 發(fā)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(huán)境下也可 以確保耐腐蝕性。
[0035]優(yōu)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(yōu)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(jié)軸承整 體的耐腐蝕性。
[0036]發(fā)明的效果
[0037] 本發(fā)明的燃料栗用燒結(jié)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(xiàn)緊湊化、低成本化。并且，本發(fā)明的燃料栗用燒結(jié)軸承的制造 方法可以實現(xiàn)一種生產(chǎn)性良好、低成本、適合于大量生產(chǎn)