Egr阀用烧结轴承及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及耐磨损性、耐腐蚀性和高温干燥环境下的滑动性优异的EGR阀用烧结 轴承及其制造方法。
【背景技术】
[0002] -般来说，作为应对机动车发动机等内燃机的废气的一环，在这些内燃机中广泛 采用这样的废气再循环装置（以下也称为EGR装置）：使排出过一次的气体再次与吸入空气 混合，降低燃烧室内的空气的氧浓度并使燃烧温度下降，从而实现氮氧化物(NOx)的减少。 EGR是"Exhaust Gas Recirculation(废气再循环)"的简称，意味着废气再循环。在该EGR装 置中，使排出的废气的一部分作为再循环废气（以下，也称为EGR气体)再循环到进气侧，但 为了调节该EGR气体的流量，使用了再循环废气流量控制阀（以下，也称为EGR阀）。
[0003] 近年的内燃机的高输出化和低油耗化惊人，而且对轻量化和紧凑化的要求也很强 烈，EGR阀也需要响应这些要求。而且，EGR阀配置在发动机的燃烧室附近，其结果是存在这 样的情况:与和高输出化相伴的发动机发热量的增加相结合，EGR阀暴露于高达300°C以上 的高温环境。由于这样的使用条件和环境，对于将使EGR阀的气门工作的往复轴支承成滑动 自如的轴承，要求耐磨损性、耐腐蚀性和高温干燥(不含油)环境下的滑动性。
[0004] 作为用于这样的用途的烧结轴承，例如在专利文献1中公开了 Cu-Ni-Sn-C-P系的 烧结轴承。
[0005] 另一方面，作为机械特性和耐腐蚀性优异的烧结轴承，公知有铝青铜系的烧结轴 承。在该烧结轴承中，存在的问题是，在烧结时升温的过程中，表面会生产氧化铝膜而阻碍 铝的扩散，因而无法容易得到具有充分的耐腐蚀性和强度的烧结体。为了解决所述问题，在 专利文献2中公开了与含有烧结铝的铜合金用混合粉末及其制造方法相关的技术。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本特开2006-63398号公报 [0009] 专利文献2:日本特开2009-7650号公报
【发明内容】
[0010]发明要解决的课题
[0011] 在专利文献1记载的Cu-Ni-Sn-C-P系的烧结轴承中，尽管强度和耐磨损性得到了 提高，然而不能说在腐蚀性方面是充分的。并且，由于含有作为稀有金属的Ni，因而在成本 方面也存在问题。
[0012] 专利文献2记载的含铝铜合金粉末在成型性和烧结性方面优异，但是作为使用了 该含铝铜合金粉末的铝青铜系烧结轴承，为了得到可满足稳定的耐腐蚀性、机械特性、紧凑 化以及低成本化的适于大量生产的产品，需要进行进一步的探讨。
[0013] 鉴于现有的问题，本发明的目的是提供一种提高了耐磨损性、耐腐蚀性和高温干 燥环境下的滑动性、并且实现了紧凑化和低成本化的EGR阀用铝青铜系烧结轴承，并提供一 种生产率高、低成本且适合于大量生产的EGR阀用铝青铜系烧结轴承的制造方法。
[0014] 用于解决课题的手段
[0015] 在铝青铜系烧结轴承及其制造方法中，本发明人为了在提高轴承性能的同时实现 紧凑化、低成本化以及生产率的提高，以有效利用由烧结引起的膨胀这一新想法作为前提 条件，在处于前述的高温干燥环境下的EGR阀用烧结轴承中，为了确保耐磨损性、耐腐蚀性 和高温干燥环境下的滑动性等性能，进行了各种探讨和试验评价，得到以下的发现，从而实 现了本发明。
[0016] (1)关于EGR阀用烧结轴承在高温干燥环境下的滑动性，由于不存在初始溶合的问 题，因而着眼于可以应用作为铝青铜烧结轴承的通常的铝混配量。
[0017] ⑵可知，在干燥环境下，越增加石墨的添加量，摩擦系数就越低，滑动性就越优 异。相反，当增加石墨的添加量时，铝相当于铜的扩散受到阻碍，因而需要考虑。
[0018] (3)关于耐磨损性，当增加石墨的添加量时，耐磨损性提高，但是，从石墨添加量为 10重量％起，磨损量稍微增多，材料强度的下降被认为是原因。
[0019] (4)当增加石墨的添加量时，因有机酸腐蚀引起的重量变化率较小，即使在长时间 放置后重量变化率也几乎不变化。
[0020] (5)在铝的混配量与铝青铜组织的关系中，铝的混配量越多，β相的比例就越大。β 相在565°C时发生共析转变，成为α相和γ相，铝混配量越多，γ相的比例就越大。由于γ相 在EGR阀用烧结轴承中使耐有机酸腐蚀性下降，因而在使用铝-铜合金粉末作为铜源并且不 添加铜单质粉末的情况下，将γ相/〇相之比设定为〇< γ相/〇相<〇. 10。
[0021] (6)在烧结温度与耐腐蚀性的关系中，当提高烧结温度时，会增进铝的扩散，耐腐 蚀性提尚。
[0022] (7)关于作为添加剂的磷，被认为是，其通过在烧结过程中促进铝的扩散，能够减 少铝的量，从而能够削减使耐腐蚀性劣化的铝组织的γ相的析出。
[0023] 作为用于达到上述的目的的技术手段，本发明是一种EGR阀用烧结轴承，其含有9 ~12重量％的铝、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为铜， 并且含有不可避免的杂质，其特征在于，该烧结轴承具有对铝-铜合金进行烧结而成的组 织，在分散地形成的气孔内分布有游离石墨。由此，能够实现耐磨损性、耐腐蚀性和高温干 燥环境下的滑动性优异的、且实现了紧凑化和低成本化的EGR阀用铝青铜系烧结轴承。 [0024]并且，在作为EGR阀用烧结轴承的制造方法的本发明中，所述EGR阀用烧结轴承含 有9~12重量％的铝、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为 铜，并且含有不可避免的杂质，其特征在于，该制造方法使用铝-铜合金粉、电解铜粉、磷-铜 合金粉和石墨粉作为原料粉末，且至少包含:成型工序，成型出在原料粉末内添加有烧结助 剂的压坯;烧结工序，从所述压坯得到具有铝-铜合金组织的烧结体;和精整工序，对所述烧 结体进行尺寸整形。由此，能够实现生产率高、低成本、适合于大量生产的EGR阀用铝青铜系 烧结轴承的制造方法。基于该方法制造出的EGR阀用烧结轴承在耐磨损性、耐腐蚀性和高温 干燥环境下的滑动性方面优异，且能够实现紧凑化和低成本化。
[0025] 优选的是，上述的铝-铜合金的组织具有α相。α针对耐有机酸腐蚀性是有效的。
[0026] 优选的是，在上述的铝-铜合金的组织（以下，也称作铝青铜组织）中，在使用使用 铝-铜合金粉末作为铜源而不添加铜单质粉末的情况下，将γ相与α相之比即γ相/α相设定 为0< γ相/α相<0.10。如果处于0< γ相/α相<0.10的范围，则耐有机酸腐蚀性优异。优选 的是，在上述的EGR阀用烧结轴承中未添加作为烧结助剂的锡。由于锡会妨碍铝的扩散，因 而不是优选的。
[0027]优选的是，在上述的EGR阀用烧结轴承的制造方法中，针对包含所述铝-铜合金粉、 电解铜粉、磷-铜合金粉和石墨粉的原料粉末的合计100重量％，添加有合计0.05重量％~ 0.2重量％的氟化铝和氟化钙，来作为烧结助剂。当不到0.05重量％时，作为烧结助剂的效 果不充分，得不到致密且具有合适强度的烧结体。另一方面，当超过〇. 2重量％时，即使进一 步添加，作为烧结助剂的效果也达到最大，从成本的观点来看，优选是限于0.2重量％以下。 [0028]优选的是，将上述的铝-铜合金粉的平均粒径dl与电解铜粉的平均粒径d2之比即 d2/dl设定为2~3。当比d2/dl在该范围内时，可以使铝充分地扩散到铜内，耐腐蚀性优异。
[0029] 上述的电解铜粉由粉末形状不同的粉末构成，将纵横比是2以上的电解铜粉的比 例W1与纵横比小于2的电解铜粉的比例W2之比即W2/W1设定为3~9。纵横比是2以上的电解 铜粉尽管对于铝的扩散是有效的，然而成型性较差。当比W2/W1不到3时，从成型性方面来看 不是优选的，另一方面，当超过9时，由于铝的扩散不充分，因而不是优选的。这里，纵横比是 指粉末的长轴长度除以粉末的厚度所得到的比。
[0030] 优选的是，上述的石墨粉采用如下的石墨粉末：使用树脂粘合剂将天然石墨或人 造石墨的微粉造粒后粉碎，使粒径为145目以下。一般来说，当添加石墨为4重量％以上时则 无法成型，但通过使用造粒石墨则能够成型。
[0031] 在作为EGR阀用烧结轴承的制造方法的第2发明中，所述EGR阀用烧结轴承含有9~ 12重量％的铝、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为铜，并 且含有不可避免的杂质，其特征在于，该制造方法使用铝-铜合金粉、磷-铜合金粉和石墨粉 作为原料粉末，在该原料粉末中未添加铜单质粉末，该制造方法至少包含:成型工序，成型 出在原料粉末内添加有烧结助剂的压坯;烧结工序，从所述压坯得到具有铝-铜合金组织的 烧结体;和精整工序，对所述烧结体进行尺寸整形。这里，根据下述意思来理解"不添加作为 原料粉末的铜单质粉末"：在制造现场不可避免地包含的铜单质粉末是被允许的。
[0032] 上述的作为制造方法的第2发明也能够实现生产率高、低成本且适合于大量生产 的EGR阀用铝青铜系烧结轴承的制造方法。并且，由此制造出的EGR阀用烧结轴承在耐磨损 性、耐腐蚀性和高温干燥环境下的滑动性方面优异，并且能够实现紧凑化和低成本化。而 且，由于未添加铜单质粉末，因而几乎不存在发生铜单质偏析的部分，避免了由该部分引起 的腐蚀的发生，并且铝-铜合金粉的逐粒的耐腐蚀性提高，从而即使在更严酷的使用环境下 也可以确保耐腐蚀性。
[0033]优选的是，作为上述的原料