用于馬達式燃料泵的耐蝕性、耐磨損性以及整合性優(yōu)越的燒結軸承的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于馬達式燃料泵的燒結軸承。其對含有硫磺或有機酸的劣質汽油具有耐蝕性，且耐磨損性以及與偶軸材料的整合性優(yōu)越的已被小型化的燃料泵中也能夠被適合使用，并且以新穎的Zn-P-Ni-Sn-C-Cu系燒結合金所構成。其特征在于，具有以下結構：其質地以質量％計含有3～13％的Zn、0.1～0.9％的P、10～21％的Ni、3～12％的Sn、1～8％的C以及由Cu和不可避免的雜質構成的剩余部分；同時，以質量％計含有15％以上的Sn的Sn合金相被形成在由Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶體相組成的所述質地的晶界中；并且，具有8～18％的氣孔率；而且游離石墨分布在所述氣孔內。
【專利說明】用于馬達式燃料泵的耐蝕性、耐磨損性以及整合性優(yōu)越的 燒結軸承 【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種已由顯示優(yōu)越的耐蝕性、耐磨損性的Zn-P-Ni-Sn-C-Cu系燒結合 金所構成的馬達式燃料泵的軸承。 【背景技術】
[0002] 安裝著馬達式燃料泵的電子控制式汽油噴射裝置，由于對機動車具有省油和無公 害化的效果，因此被廣泛地使用著。
[0003] 近年來，機動車引擎的小型輕量化的趨勢增強，且伴隨這些如圖3所示的燃料泵 也被小型化，并且被用于燃料泵的軸承也被小規(guī)格化和薄壁化。一方，馬達的輸出性能卻仍 然被維持在原有的水平。因此，被用于馬達式燃料泵的軸承即使在被處于汽油的高壓高流 速的環(huán)境下，也仍然被要求具有優(yōu)越的耐磨損性。
[0004] 但是，隨著近年來機動車市場的國際化，機動車被普及在世界各地，但被使用在世 界各地的汽油等液體燃料的質量卻各種各樣，不得不使用在燃料中大量含有硫磺或有機酸 的劣質汽油的地區(qū)也不在少數(shù)。而在使用含有硫磺或有機酸的劣質汽油的情況下，由于硫 磺或有機酸腐蝕馬達式燃料泵的軸承，進而具有由于馬達堵轉造成故障和軸承的強度降低 等的導致軸承壽命縮短的問題。
[0005] 關于上述的問題，相對在雜質中含有硫磺或其化合物的燃料，被公開著例如，在專 利文獻1、2中由Cu-Ni系燒結合金所構成的馬達式燃料泵的軸承；相對含有有機酸等的劣 質汽油等的燃料，被公開著例如，在專利文獻3中具有被形成Sn高濃度合金相的結構的由 Cu-Ni系燒結合金所構成的軸承。
[0006] 專利文獻1 :日本特開2001-192754號公報
[0007] 專利文獻2 :日本特開2002-180162號公報
[0008] 專利文獻3 :日本特開2006-199977號公報
【發(fā)明內容】

[0009] 在專利文獻1?2中所公開的軸承，雖具有優(yōu)越的耐磨損性，且對含有硫磺的劣質 汽油顯示出優(yōu)越的耐蝕性，但是，針對含有有機酸的劣質汽油其耐蝕性尚不充分。另外，在 專利文獻3中的軸承，雖具有優(yōu)越的耐磨損性，且即使在含有有機酸的劣質汽油中也顯示 出優(yōu)越的耐蝕性，但是，作為馬達式燃料泵的軸承，由于與偶軸材料的整合性不佳，在馬達 運轉初期的負荷變高的情況下，具有馬達電流過多等的問題。
[0010] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種由新穎的Zn-P-Ni-Sn-C-Cu系燒結合金所構成 的馬達式燃料泵用燒結軸承。該馬達式燃料泵用燒結軸承可將上述問題一并解決，且即使 在為了對含有硫磺或有機酸的劣質汽油具有優(yōu)越的耐蝕性、耐磨損性以及與偶軸材料的整 合性的已被小型化的燃料泵中也能夠適合使用。
[0011] 在專利文獻3所示的軸承的整合性改善中，被確認為即使降低Ni或者Sn的量也 為有效。但是，隨著降低Ni或者Sn的量則對于含有硫磺或有機酸的劣質汽油的耐蝕性也 隨之降低。即相對Ni或者Sn的含有量其整合性和耐蝕性為相反的性質。因此，為了兼顧 通過降低Ni或者Sn的量而改善整合性和相對含有硫磺或有機酸的劣質汽油的耐蝕性而進 行的精心研究的結果，進而發(fā)現(xiàn)了，通過將Zn-P-Ni-Sn-C-Cu系作為合金成分，將以質量％ 計含有15%以上的Sn的Sn合金相形成在由Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶體相組成的質地的晶 界，且以8%?18%的比例將氣孔分散分布在質地，并且將游離石墨分散在所述氣孔內作 為金屬結構，進而在具有優(yōu)越的耐磨損性的同時，還具有優(yōu)越的與偶軸材料的整合性，以及 對含有硫磺或有機酸的劣質汽油所具有的優(yōu)越的耐蝕性的軸承材料。
[0012] 即，本發(fā)明的馬達式燃料泵用燒結軸承，其特征在于，具有以下結構：以質量％計， 其含有3?13%的Ζη、0· 1?0· 9%的P、10?21%的Ni、3?12%的Sn以及1?8%的 C，剩余部分由Cu和不可避免的雜質構成，同時，以質量％計含有15%以上的Sn的Sn合金 相被形成在由Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶體相組成的質地的晶界中，并且，具有8?18%的氣 孔率，而且游離石墨分布在所述氣孔內。
[0013] 另外，以所述質量％計含有15%以上的Sn的Sn合金相，含有0. 1?5.0%的Zn ; 0. 4?1. 5%的P ;20?35%的Cu以及20?43. 5%的Ni，剩余部分由Sn和不可避免的雜 質構成。
[0014] 本發(fā)明的馬達式燃料泵用燒結軸其除了通常汽油等的液體燃料外，尤其是在高濃 度地含有硫磺或有機酸的劣質汽油等的液體燃料中，也能夠發(fā)揮優(yōu)越的耐蝕性和耐磨損性 以及與偶軸材料的整合性，且在即使使用劣質的液體燃料的情況下也能夠提供具有長期信 賴性的馬達式燃料泵。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為表示在實施例1的整合性試驗中的馬達式燃料泵運轉初期的馬達電流值的 隨著時間變化的曲線圖。
[0016] 圖2為在實施例1的電子探針微分析器中的電子顯微鏡結構照片。
[0017] 圖3為表示汽油引擎用的馬達式燃料泵結構的剖面圖。 【具體實施方式】
[0018] 本發(fā)明的用于馬達式燃料噴射泵的燒結軸承具有以下結構：其質地以質量％計含 有3?13%的Ζη、0· 1?0.9%的P、10?21%的Ni、3?12%的Sn以及1?8%的C，其剩 余部分由Cu和不可避免的雜質構成。并且，以質量％計含有15%以上的Sn的Sn合金相，被 形成在由Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶體相組成的所述質地中的晶界、且。本發(fā)明的燒結軸承 具有8?18 %的氣孔率，其中游離石墨分布在所述氣孔內。通過將質地作為Zn-Ni-Sn-Cu合 金的固溶體相，且將Sn合金相形成在晶界，進而成為在顯示與偶軸材料具有優(yōu)越的整合性 又顯示出耐硫磺性和耐有機酸性的同時，還具有優(yōu)越的耐磨損性的馬達式燃料泵的軸承。
[0019] 以下，對本發(fā)明的用于馬達式燃料泵的燒結軸承的組合等進行詳細說明。其中，在 以下所說明的含量全部為以質量％計。
[0020] (l)Zn :以質量％計為3?13%
[0021] Zn對于含有硫磺的汽油具有耐蝕性，且通過燒結與Ni、Sn以及Cu -同形成 Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶體相，進而具有對軸承具備優(yōu)越的耐蝕性和整合性的作用。但Zn 的含量若少于3%，則得不到所望的耐蝕性以及整合性。另一方面，Zn的含量若超過13%， 則對含有有機酸的汽油其耐蝕性降低，因此不被優(yōu)選。
[0022] (2)P :以質量 ％ 計為 0· 1 ?0· 9%
[0023] P可促進壓坯的燒結性，進而增強軸承的強度。燒結后大多包含在金屬結構的晶 界。P的含量若少于〇. 1%則不能得到充分的燒結性效果。另一方面，P的含量若超過0.9%， 則燒結時的規(guī)格變化變大，進而導致軸承產品的規(guī)格精確度降低，因此不被優(yōu)選。
[0024] (3)Ni :以質量％計為10?21%
[0025] Ni賦予優(yōu)越的強度和耐磨損性以及耐蝕性，且通過燒結與Zn、Sn、Cu -同形成 Zn-Ni-Sn-Cu-合金的固溶體相，進一步，與P和Sn以及Cu -同將Sn合金相形成在晶界，進 而對軸承賦予優(yōu)越的強度和耐磨損性以及耐蝕性。Ni的含量若少于10%則得不到所希望 的優(yōu)越的耐蝕性。另一方面，Ni的含量即使超過21%，其改善耐蝕性的效果也不明顯，相反 會導致原料成本增加，因此不被優(yōu)選。
[0026] (4) Sn :以質量％計為3?12%
[0027] Sn通過燒結與Ni、Sn、P -同將Sn合金相形成在晶界，進一步，通過與Zn、Ni、P以 及Cu -同形成由Zn-Ni-P-Sn-Cu合金的固溶體相組成的質地，進而對軸承賦予優(yōu)越的耐蝕 性。Sn的含量若少于3%則不能充分地形成晶界相，進而得不到所望的耐蝕性。另一方面， Sn的含量即使超過12%，其改善耐蝕性的效果也不明顯，相反則燒結時的規(guī)格變化加大， 進而導致軸承產品的規(guī)格精確度降低，因此不被優(yōu)選。
[0028] (5)C :以質量％計為1?8%
[0029] C為來自石墨，并且主要作為游離石墨存在于分散且分布在質地中的氣孔內，進而 對軸承賦予優(yōu)越的潤滑性，并且提高其耐磨損性。C的含量若少于1 %則得不到所望的效 果，另一方面，C的含量即使超過8%其改善耐磨損性的效果也不明顯，相反導致軸承的強 度急劇降低，因此不被優(yōu)選。
[0030] (6)氣孔率：8 ?18%
[0031] 氣孔分散在質地中，具有在液體燃料的高壓高速流通下緩和軸承所受到的強烈的 磨擦，且抑制軸承的磨損的效果。氣孔率若低于8%則其效果變得不充分。另一方面，氣孔 率若超過18%則強度顯著降低，因此不被優(yōu)選。
[0032] (7)含有15質量％以上的Sn的Sn合金相
[0033] 被形成在質地的晶界，且以質量％計為含有15%以上的Sn的Sn合金相，在含有有 機酸的劣質汽油中賦予優(yōu)越的耐蝕性。
[0034] 以質量％計為含有15%以上的Sn的Sn合金相，通過將Cu - Ni合金粉末或者 Zn - Ni-Cu合金粉末和Sn粉末、Cu-P粉末、Cu-Zn粉末、石墨粉末，以質量％計為含有：3? 13%的Zn ;0· 1?0· 9%的P ;10?21%的Ni ;3?12%的Sn以及1?8%的C，剩余部分 由Cu和不可避免的雜質所構成的成分組合的方式配合為原料粉末，然后使用已混合的原 料粉末進行壓坯成型，接下來，在將所進行的燒結溫度范圍控制在840°C?930°C且進行燒 結后，再通過立即以15°C /分以上的冷卻速度進行急冷，進而該Sn合金相被高效率地形成 在質地的晶界。通過上述條件所形成的Sn合金相，其含有以質量％計為0. 1?5. 0%的Zn、 0. 4?1. 5%的P、20?35%的Cu以及20?43. 5%的Ni，剩余部分為Sn和不可避免的雜 質。
[0035] 以下，對本發(fā)明的用于馬達式燃料泵的燒結軸承的具體的實施例進行說明。另外， 本發(fā)明不限定于以下的實施例，也可進行各種變形實施。
[0036] 實施例1
[0037] (1)用于馬達式燃料泵的燒結軸承的制作
[0038] 作為原料粉末，準備了全部具有為30?100 μ m范圍內的所定的平均粒徑的Cu-30 質量％ Ni合金粉末、Cu-25質量％ Ni合金粉末、Cu-20質量％ Ni合金粉末、Cu-15質量％ Ni合金粉末、Cu-8質量％ P合金粉末、Sn粉末、Cu-30質量％ Zn合金粉末、Cu-20質量％ Zn 合金粉末、Cu-40質量％ Zn合金粉末、Cu-Ni-Zn合金粉末、石墨粉末以及Cu粉末。然后，將 這些原料粉末按表1所示的組合方式進行配合，并在用V型混合機混合20分鐘后，以所定 的壓力進行加壓成型進而制作成壓坯。在通過混合天然氣和空氣，且經過已加熱的催化劑 所分解而變化的吸熱型氣體（吸熱式氣體）環(huán)境中，對該壓坯在840°C?930°C范圍內的所 定溫度下進行燒結，然后以15°C /分以上的冷卻速度進行急冷，之后進行規(guī)格調整。通過以 上工序，制作出：具有外徑10mmX內徑5mmX高度5mm的規(guī)格，且按表1所示的組合成分的 本發(fā)明的軸承（以下稱為本發(fā)明例）、以往軸承以及比較軸承。
[〇〇39] 另外，在本發(fā)明例中，通過電子探針微分析器所進行的金屬結構觀察的結果，其結 構為：其質地由Zn-Ni-Sn-Cu-合金的固溶體相所組成；含有以質量％計為15%以上的Sn 的Sn合金相被形成在該質地中的晶界；具有8?18%的氣孔率；并且石墨已分散且分布在 所述氣孔內。
[0040] (2)[耐磨損試驗]
[0041] 對于上述的本發(fā)明例和以往例以及比較例的軸承，在如下所述的條件下進行了耐 磨損試驗。即，處在將汽油以高速流通于狹小的空間，且由產生所述高速流通的馬達的高速 轉動使所述軸承承受高壓并置于高流速的汽油中的條件下。
[0042] 將軸承安裝于外側規(guī)格為長度llOmmX直徑40mm的燃料泵，再將該燃料泵設置在 汽油油箱內。且在葉輪轉速為5000?15000rpm、汽油流量50?250升/小時、軸承由于高 速轉動所受到的最大壓力為500kPa、以及試驗時間500小時的條件下實施了樣機試驗。并 測定了在實施該試驗后的軸承表面的最大磨損深度。其結果記載于表1。
[0043] 在本發(fā)明例中的軸承的最大磨損深度為2.8μπι以下，因此，被確認為具有優(yōu)越的 耐磨損性。
[0044] (3)耐蝕試驗
[0045] 對上述的本發(fā)明例和以往例以及比較例的軸承，實施了耐蝕試驗。
[0046] 分別制作出將硫磺添加在汽油中，進而想象為疑似劣質汽油的硫磺試驗液和，以 RCOOH(R為氫原子或烴基）所表示的羧酸添加在汽油中，從而想象為疑似劣質汽油的有機 酸試驗液。然后將該硫磺試驗液和有機酸試驗液加熱至60°C之后，再分別將本發(fā)明例和以 往例以及比較例的軸承放在該硫磺試驗液和有機酸試驗液中浸泡500小時。然后測定軸承 浸泡在該硫磺試驗液和有機酸試驗液中之前的質量和浸泡之后的質量的變化率。其通過耐 蝕試驗的質量變化的結果表示在表1。
[0047] 在本發(fā)明例中，軸承在硫磺試驗液中的質量變化為0. 12%以下、另外，在有機酸試 驗液中的質量變化為〇. 38 %以下。因此，被確認為耐硫化性和耐有機酸性的兩方面的耐蝕 性高。
[0048] 另一方面，在比較例中，比較例5其軸承在硫磺試驗液中的質量變化為0. 35 %、其 耐蝕性低。其它的比較例為〇. 15%以下，其耐硫化性高。但另一方面，在有機酸試驗液中的 質量變化為〇. 56?0. 70%，其耐蝕性與本發(fā)明例相比大幅度降低。
[0049] 另外，在以往例中，顯不出，不含有Sn的以往例1其耐硫化性1?，但另一方面，耐有 機酸性比本發(fā)明例大幅度降低；而含有Sn的Ni含量比本發(fā)明例多的以往例2顯示出耐硫 化性和耐有機酸性都與本發(fā)明例大致相等的耐蝕性。
[0050] (4)整合性試驗
[0051] 將上述的本發(fā)明例3和以往例1、2的軸承安裝在馬達，且30分鐘測定使其連續(xù)運 轉時的消耗電流。將其結果表示在圖1。使用本發(fā)明例3的軸承和不含有Sn的以往例1的 軸承的馬達的電流值，其與Ni含量多且含有Sn的以往例2的軸承相比，在短時間內降低， 且顯示穩(wěn)定。而且穩(wěn)定后的電流也低。由此被確認為，本發(fā)明的軸承比以往例2的軸承其 初期整合性優(yōu)越。
[0052] [表 1]
[0053]
【權利要求】
1. 一種用于馬達式燃料泵的耐蝕性、耐磨損性以及整合性為優(yōu)越的燒結軸承，其特征 在于，具有以下結構：其質地以質量％計含有3?13%的Ζη、0. 1?0.9%的P、10?21% 的Ni、3?12%的Sn、l?8%的C以及由Cu和不可避免的雜質構成的剩余部分；同時，以 質量％計含有15 %以上的Sn的Sn合金相被形成在由Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶體相組成的 所述質地的晶界中；并且，具有8?18%的氣孔率；而且游離石墨分布在所述氣孔內。
2. 如權利要求1所述的用于馬達式燃料泵的耐蝕性、耐磨損性以及整合性為優(yōu)越的燒 結軸承，其特征在于，以所述質量％計含有15 %以上的Sn的Sn合金相，含有0. 1?5. 0% 的Zn ;0. 4?1. 5%的P ;20?35%的Cu以及20?43. 5%的Ni，其剩余部分由Sn和不可 避免的雜質構成。
【文檔編號】F16C33/16GK104053802SQ201380005255
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年5月14日 優(yōu)先權日:2012年5月15日
【發(fā)明者】竹添真一, 石井義成 申請人:大冶美有限公司