烧结轴承及其制造方法技术

本发明专利技术目的在于提供一种削减铜的使用量而能够实现低成本化，另一方面具备良好的初期磨合特性、消音性且高耐久性的烧结轴承。将包含铁粉、扁平铜粉、低熔点金属粉和石墨的原料粉填充于模具中，以使扁平铜粉附着于模具成形面的状态成形压粉体。接着，通过使压粉体中的铁不与碳反应而烧结，得到具有以铁素体相形成铁组织且铜含量均匀的基体部S2，和覆盖基体部S2的表面且铜含量比基体部S2大的表面层S1的烧结轴承1。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请号：201280045531.1，PCT申请号：PCT/JP2012/073848，申请日：2012.9.18，专利技术名称：“烧结轴承及其制造方法”的申请的分案申请。
本专利技术涉及含有烧结金属的烧结轴承及其制造方法。
技术介绍
作为搭载于例如硬盘驱动器等信息设备的精密小型马达用轴承，有使用消音性优异的烧结轴承的情况。伴随着近年的马达的高性能化，在这种烧结轴承中要求将极限PV值提高至PV＞200MPa·m/min。另外，也同时需要削减扭矩变化(提高初期磨合特性)，提高耐久性(提高耐烧熔性)，提高消音性(改善声响特性)等。作为烧结轴承，铁系烧结轴承是公知的，但在铁系中虽然耐久性优异，但是有初期磨合特性和消音性差这样的缺点。因此，作为精密小型马达用的轴承使用青铜系烧结轴承的情况居多。作为青铜系烧结含油轴承的一例，例如在日本特开2001－107162号公报(专利文献1)中公开了含有6～11重量％的Sn、1～5重量％的Fe和/或Ni，余量为铜的轴承(权利要求1)。另外，在日本专利第3873275号(专利文献2)中公开了，使用铁系和铜系的原料粉末，并将铜系的原料粉末制成扁平粉，使铜在表面侧偏析，从表面侧朝向内部铜的比例变低并且铁的比例变高的滑动部件(权利要求1)。另外，通过将铜系的原料粉末和铁系的原料粉末填充于填充部并加以振动，使铜系的扁平粉在表面侧偏析，以得到表面侧被铜覆盖，从表面侧朝向内部铁比铜的比例变高的形成有浓度梯度的轴承(段落0028)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2001－107162号公报专利文献2：日本专利第3873275号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题近年铜的价格急剧上升，如专利文献1中记载的包含大量的铜的青铜系烧结轴承无法达到低成本化的要求。另外，在青铜系烧结轴承中耐荷重性、耐久性存在困难。另一方面，在专利文献2记载的构成中，由于对包含扁平粉和铜粉的原料粉施加振动，因此成形工序复杂化。另外，有“即使旋转体滑动的滑动面发生磨损，由于在滑动面之下按规定的比例包含铜，因此成为滑动部分的耐久性优异的构成”这样的记载(段落0029等)，由这样记载可以明确，是用铜抑制富含铜的表面层磨损后的对方材磨损的构成。在该构成中，如果想要使耐久性提高，则不得不增加铜的使用量，难以兼顾耐久性和低成本化。因此，本专利技术目的在于提供一种削减铜的使用量而能够实现低成本化，另一方面具备良好的初期磨合特性、消音性且高耐久性的烧结轴承及其制造方法。用于解决课题的方法为了达到上述目的，本专利技术的烧结轴承的特征在于，为含有铁组织和铜组织的烧结轴承，其具备基体部和表面部：所述基体部中，以低熔点金属结合铜组织和铁组织且以扁平铜粉形成铜组织的一部分或全部，同时以铁素体相为主体形成铁组织且铜含量是均匀的；所述表面层覆盖基体部的表面且铜含量比基体部大。在原料粉的成形时扁平铜粉具有附着于模具成形面的性质，因此成形后的压粉体在表层包含大量的铜，而在芯部铜含量变少。因此，在烧结后的烧结体上形成铜含量多的表面层和与其相比铜含量少的基体部。按照这样通过增多在表面层的铜含量，由此能够实现初期磨合性和消音性的提高。另外，对轴的攻击性也变低，因此耐久寿命提高。通过在表面层的表面形成以面积比计为60％以上的铜组织(铜为主要成分的组织)，能够更显著地得到这些作用效果。另外，由于表面层的磨损而露出了大量包含铁组织(铁为主要成分的组织)的基体部时，还由于铁组织以铁素体相为主体，因此即使铜含量少也能够减弱对轴的攻击性，增加耐久性。另外，虽然基体部的铁组织以柔软的铁素体相为主体，但由于铁组织－铜组织、和铜组织之间用低熔点金属坚固地结合，所以基体部具有高强度。因此，能够使轴承整体强度增加，使耐荷重性提高。基体部占轴承的几乎全部的容积，若该基体部中的铜含量能够变少，则因此能够削减轴承整体中的铜的使用量而实现低成本化。按照这样，本专利技术通过使轴承内中的铁和铜的分布最优化，并且不仅是铜组织，对铁组织的形态也加以考虑，由此兼顾提高耐久性和低成本化。根据本专利技术，由该构成能够低成本地得到兼具铁系烧结轴承和铜系烧结轴承(也包含铁铜系烧结轴承)两方的优点的烧结轴承。在该烧结轴承中，若使铁不与碳反应而烧结，则能够仅以铁素体相形成铁组织。若按照这样以铁素体相形成铁组织，则在表面层发生磨损而露出基体部时，轴承面的耐磨损性降低。这种情况成为问题时，在烧结时通过使铁与碳反应，能够以铁素体相和存在于铁素体相的晶界的珠光体相形成铁组织。在该构成中，硬质的珠光体相补充了铁素体相的耐磨损性，因此能够抑制轴承面的磨损。另一方面，若碳扩散而珠光体的存在比例过剩，则对轴的攻击性增加，轴变得容易磨损。从该观点出发，使珠光体相为存在(散布)于铁素体相的晶界的程度(参照图12)。通常若低熔点金属的含量增加，则轴承的强度相应增加。另一方面，扁平铜粉在Cu－Sn的液相状态下通过表面张力变圆而球形化。若球形化的扁平铜增多，则轴承表面中的铜组织所占的面积减少，不能够达到本专利技术的目的(初期磨合性·消音性的改善，对于对方材的攻击性降低)。从以上观点出发，低熔点金属相对于铜的的比例小于10重量％。通过使金属组织中包含固体润滑剂，能够实现轴承面的低摩擦化。即便使金属组织中包含游离石墨也能够得到同样的效果。若使游离石墨的含量在表面层比基体部大，能够进一步实现低摩擦化。本专利技术的烧结轴承能够通过如下方法制造，即将包含铁粉、扁平铜粉和低熔点金属粉的原料粉混合并填充于模具内，以将扁平铜粉附着于模具表面的状态压缩原料粉而成形压粉体，并对压粉体进行烧结。将原料粉填充于模具内，若以使扁平铜粉附着于模具成形面的状态成形压粉体，则在成形后的压粉体中表层包含大量的铜，而在芯部铜含量变少。因此，烧结后的烧结体上形成铜含量多的表面层和与其相比铜含量少的基体部。在此情况下，若使压粉体中的铁不与碳反应而烧结，以铁素体相形成铁组织，则由于表面层的磨损而露出了大量包含铁组织(铁为主要成分的组织)的基体部时，由于铁组织为铁素体相，因此即使铜含量少也能够减弱对轴的攻击性，增加耐久性。为了使压粉体中的铁不与碳反应而烧结，优选烧结温度为700℃～840℃。在此情况下，进一步优选在不含碳的气氛中烧结。另一方面，如上所述，若铁组织仅由铁素体相形成，则在表面层发生磨损而露出了基体部时，存在轴承面的耐磨损性降低的情况。在此情况下，通过使压粉体中的铁与碳反应的方式进行烧结，由此以铁素体相和存在于铁素体的晶界的珠光体相形成铁组织。由此，铁组织成为铁素体相和存在于铁素体相的晶界的珠光体相的两相组织，硬质的珠光体相补充铁素体相的耐磨损性，因此能够抑制轴承面的磨损。另一方面，若碳扩散而珠光体的存在比例过剩，则对轴的攻击性增加，轴变得容易发生磨损。从该观点出发，使珠光体为存在(散布)于铁素体相的晶界的程度(参照图12)。为了以压粉体中的铁与碳反应方式进行烧结，并以铁素体相和存在于铁素体的晶界的珠光体相形成铁组织，而优选烧结温度为820℃～900℃。在此情况下，进一步优选在含碳气氛中烧结。若扁平铜粉的表观密度为1.0g/cm3以下、厚度为1.5μm以下、长度为20μm以上且80μm以下，则对模具成形面的附着力进一步提高，能够确实地形成铜含量多的表面层。若原本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烧结轴承，其特征在于，是含有铁组织、铜组织和游离石墨的烧结轴承，其具备基体部和表面层：所述基体部中，以低熔点金属结合铜组织和铁组织、且以普通铜粉和扁平铜粉形成铜组织，以铁素体相为主体形成铁组织，使珠光体相散布于铁素体相的晶界，且铜含量为均匀的；所述表面层覆盖基体部的表面且铜含量比基体部大，原料粉中的普通铜粉和扁平铜粉的比例为18重量％以上且40重量％以下。

【技术特征摘要】
2011.09.22 JP 2011-207802;2012.01.31 JP 2012-018711.一种烧结轴承，其特征在于，是含有铁组织、铜组织和游离石墨的烧结轴承，其具备基体部和表面层：所述基体部中，以低熔点金属结合铜组织和铁组织、且以普通铜粉和扁平铜粉形成铜组织，以铁素体相为主体形成铁组织，使珠光体相散布于铁素体相的晶界，且铜含量为均匀的；所述表面层覆盖基体部的表面且铜含量比基体部大，原料粉中的普通铜粉和扁平铜粉的比例为18重量％以上且40重量％以下。2.一种烧结轴承，其特征在于，是含有铁组织、铜组织和游离石墨的烧结轴承，其具备基体部和表面层：所述基体部中，以低熔点金属结合铜组织和铁组织、且以普通铜粉和扁平铜粉形成铜组织，同时以铁素体相形成了铁组织，且铜含量为均匀的；所述表面层覆盖基体部的表面且铜含量比基体部大，原料粉中的普通铜粉和扁平铜粉的比例为18重量％以上且40重量％以下。3.根据权利要求1或2所述的烧结轴承，其中，在表面层的轴承面形成铜组织和铁组织，在轴承面形成以面积比计为60％以上的铜组织。4.根据权利要求1或2所述的烧结轴承，其中，低熔点金属相对于铜的比例以重量比计小于10％。5.根据权利要求1或2所述的烧结轴承，其中，游离石墨的含量在表面层比基体部大。6.根据权利要求2所述的烧结轴承，其中，铁组织中的珠光体相相对于铁素体相的比例以面积比计为5～20％。7.一种烧结轴承的制造方法，其特征在于，将包含铁粉、普通铜粉、扁平铜粉、石墨粉和低熔点金属粉的原料粉混合并填充于模具，以使扁平铜粉附着于模具表面的状态压缩原料粉而成形压粉体，并对压粉体进行烧结，从而形成铜含量均匀的基体部、和覆盖基体部的表面且铜含量比基体部大的表面层，原料粉中的普通铜粉和扁平铜粉的比例为18重量％以上且40重量％以下，通过使压粉体中的铁不与石墨粉中的碳反应，而与气氛气体中所含的碳反应而烧结，由此以铁素体相和散布于铁素体相的晶界的珠光体相形成铁组织。8.根据权利要求7所述的烧结轴承的制造方法，其中，烧结温度为820℃～900℃。9.根据权利要求7所述的烧结轴承的制造方法，其中，扁平铜粉的表观密度为1.0g/cm3以下，厚度为1.5μm以下，长度为20μm以上且80μm以下。10.根据权利要求7所述的烧结轴承的制造方法，其中，低熔点金属相对于铜的比例以重量比计小于10％。11.根据权利要求7所述的烧结轴承的制造方法，其中，使流体润滑剂附着于混合前的扁平铜粉。12.根据权利要求7所述的烧结轴承的...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤容敬，清水素直，岛津英一郎，奥野孝洋，
申请(专利权)人：NTN株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP