用于马达式燃料泵的耐蚀性、耐磨损性以及整合性优越的烧结轴承的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种用于马达式燃料泵的烧结轴承。其对含有硫磺或有机酸的劣质汽油具有耐蚀性，且耐磨损性以及与偶轴材料的整合性优越的已被小型化的燃料泵中也能够被适合使用，并且以新颖的Zn-P-Ni-Sn-C-Cu系烧结合金所构成。其特征在于，具有以下结构：其质地以质量％计含有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和不可避免的杂质构成的剩余部分；同时，以质量％计含有15％以上的Sn的Sn合金相被形成在由Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶体相组成的所述质地的晶界中；并且，具有8～18％的气孔率；而且游离石墨分布在所述气孔内。
【专利说明】用于马达式燃料泵的耐蚀性、耐磨损性以及整合性优越的 烧结轴承 【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种已由显示优越的耐蚀性、耐磨损性的Zn-P-Ni-Sn-C-Cu系烧结合 金所构成的马达式燃料泵的轴承。 【背景技术】
[0002] 安装着马达式燃料泵的电子控制式汽油喷射装置，由于对机动车具有省油和无公 害化的效果，因此被广泛地使用着。
[0003] 近年来，机动车引擎的小型轻量化的趋势增强，且伴随这些如图3所示的燃料泵 也被小型化，并且被用于燃料泵的轴承也被小规格化和薄壁化。一方，马达的输出性能却仍 然被维持在原有的水平。因此，被用于马达式燃料泵的轴承即使在被处于汽油的高压高流 速的环境下，也仍然被要求具有优越的耐磨损性。
[0004] 但是，随着近年来机动车市场的国际化，机动车被普及在世界各地，但被使用在世 界各地的汽油等液体燃料的质量却各种各样，不得不使用在燃料中大量含有硫磺或有机酸 的劣质汽油的地区也不在少数。而在使用含有硫磺或有机酸的劣质汽油的情况下，由于硫 磺或有机酸腐蚀马达式燃料泵的轴承，进而具有由于马达堵转造成故障和轴承的强度降低 等的导致轴承寿命缩短的问题。
[0005] 关于上述的问题，相对在杂质中含有硫磺或其化合物的燃料，被公开着例如，在专 利文献1、2中由Cu-Ni系烧结合金所构成的马达式燃料泵的轴承；相对含有有机酸等的劣 质汽油等的燃料，被公开着例如，在专利文献3中具有被形成Sn高浓度合金相的结构的由 Cu-Ni系烧结合金所构成的轴承。
[0006] 专利文献1 :日本特开2001-192754号公报
[0007] 专利文献2 :日本特开2002-180162号公报
[0008] 专利文献3 :日本特开2006-199977号公报
【发明内容】
[0009] 在专利文献1?2中所公开的轴承，虽具有优越的耐磨损性，且对含有硫磺的劣质 汽油显示出优越的耐蚀性，但是，针对含有有机酸的劣质汽油其耐蚀性尚不充分。另外，在 专利文献3中的轴承，虽具有优越的耐磨损性，且即使在含有有机酸的劣质汽油中也显示 出优越的耐蚀性，但是，作为马达式燃料泵的轴承，由于与偶轴材料的整合性不佳，在马达 运转初期的负荷变高的情况下，具有马达电流过多等的问题。
[0010] 因此，本发明的目的在于提供一种由新颖的Zn-P-Ni-Sn-C-Cu系烧结合金所构成 的马达式燃料泵用烧结轴承。该马达式燃料泵用烧结轴承可将上述问题一并解决，且即使 在为了对含有硫磺或有机酸的劣质汽油具有优越的耐蚀性、耐磨损性以及与偶轴材料的整 合性的已被小型化的燃料泵中也能够适合使用。
[0011] 在专利文献3所示的轴承的整合性改善中，被确认为即使降低Ni或者Sn的量也 为有效。但是，随着降低Ni或者Sn的量则对于含有硫磺或有机酸的劣质汽油的耐蚀性也 随之降低。即相对Ni或者Sn的含有量其整合性和耐蚀性为相反的性质。因此，为了兼顾 通过降低Ni或者Sn的量而改善整合性和相对含有硫磺或有机酸的劣质汽油的耐蚀性而进 行的精心研究的结果，进而发现了，通过将Zn-P-Ni-Sn-C-Cu系作为合金成分，将以质量％ 计含有15%以上的Sn的Sn合金相形成在由Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶体相组成的质地的晶 界，且以8%?18%的比例将气孔分散分布在质地，并且将游离石墨分散在所述气孔内作 为金属结构，进而在具有优越的耐磨损性的同时，还具有优越的与偶轴材料的整合性，以及 对含有硫磺或有机酸的劣质汽油所具有的优越的耐蚀性的轴承材料。
[0012] 即，本发明的马达式燃料泵用烧结轴承，其特征在于，具有以下结构：以质量％计， 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和不可避免的杂质构成，同时，以质量％计含有15%以上的Sn的Sn合金 相被形成在由Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶体相组成的质地的晶界中，并且，具有8?18%的气 孔率，而且游离石墨分布在所述气孔内。
[0013] 另外，以所述质量％计含有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和不可避免的杂 质构成。
[0014] 本发明的马达式燃料泵用烧结轴其除了通常汽油等的液体燃料外，尤其是在高浓 度地含有硫磺或有机酸的劣质汽油等的液体燃料中，也能够发挥优越的耐蚀性和耐磨损性 以及与偶轴材料的整合性，且在即使使用劣质的液体燃料的情况下也能够提供具有长期信 赖性的马达式燃料泵。 【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为表示在实施例1的整合性试验中的马达式燃料泵运转初期的马达电流值的 随着时间变化的曲线图。
[0016] 图2为在实施例1的电子探针微分析器中的电子显微镜结构照片。
[0017] 图3为表示汽油引擎用的马达式燃料泵结构的剖面图。 【具体实施方式】
[0018] 本发明的用于马达式燃料喷射泵的烧结轴承具有以下结构：其质地以质量％计含 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和不可避免的杂质构成。并且，以质量％计含有15%以上的Sn的Sn合金相，被 形成在由Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶体相组成的所述质地中的晶界、且。本发明的烧结轴承 具有8?18 %的气孔率，其中游离石墨分布在所述气孔内。通过将质地作为Zn-Ni-Sn-Cu合 金的固溶体相，且将Sn合金相形成在晶界，进而成为在显示与偶轴材料具有优越的整合性 又显示出耐硫磺性和耐有机酸性的同时，还具有优越的耐磨损性的马达式燃料泵的轴承。
[0019] 以下，对本发明的用于马达式燃料泵的烧结轴承的组合等进行详细说明。其中，在 以下所说明的含量全部为以质量％计。
[0020] (l)Zn :以质量％计为3?13%
[0021] Zn对于含有硫磺的汽油具有耐蚀性，且通过烧结与Ni、Sn以及Cu -同形成 Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶体相，进而具有对轴承具备优越的耐蚀性和整合性的作用。但Zn 的含量若少于3%，则得不到所望的耐蚀性以及整合性。另一方面，Zn的含量若超过13%， 则对含有有机酸的汽油其耐蚀性降低，因此不被优选。
[0022] (2)P :以质量 ％ 计为 0· 1 ?0· 9%
[0023] P可促进压坯的烧结性，进而增强轴承的强度。烧结后大多包含在金属结构的晶 界。P的含量若少于〇. 1%则不能得到充分的烧结性效果。另一方面，P的含量若超过0.9%， 则烧结时的规格变化变大，进而导致轴承产品的规格精确度降低，因此不被优选。
[0024] (3)Ni :以质量％计为10?21%
[0025] Ni赋予优越的强度和耐磨损性以及耐蚀性，且通过烧结与Zn、Sn、Cu -同形成 Zn-Ni-Sn-Cu-合金的固溶体相，进一步，与P和Sn以及Cu -同将Sn合金相形成在晶界，进 而对轴承赋予优越的强度和耐磨损性以及耐蚀性。Ni的含量若少于10%则得不到所希望 的优越的耐蚀性。另一方面，Ni的含量即使超过21%，其改善耐蚀性的效果也不明显，相反 会导致原料成本增加，因此不被优选。
[0026] (4) Sn :以质量％计为3?12%
[0027] Sn通过烧结与Ni、Sn、P -同将Sn合金相形成在晶界，进一步，通过与Zn、Ni、P以 及Cu -同形成由Zn-Ni-P-Sn-Cu合金的固溶体相组成的质地，进而对轴承赋予优越的耐蚀 性。Sn的含量若少于3%则不能充分地形成晶界相，进而得不到所望的耐蚀性。另一方面， Sn的含量即使超过12%，其改善耐蚀性的效果也不明显，相反则烧结时的规格变化加大， 进而导致轴承产品的规格精确度降低，因此不被优选。
[0028] (5)C :以质量％计为1?8%
[0029] C为来自石墨，并且主要作为游离石墨存在于分散且分布在质地中的气孔内，进而 对轴承赋予优越的润滑性，并且提高其耐磨损性。C的含量若少于1 %则得不到所望的效 果，另一方面，C的含量即使超过8%其改善耐磨损性的效果也不明显，相反导致轴承的强 度急剧降低，因此不被优选。
[0030] (6)气孔率：8 ?18%
[0031] 气孔分散在质地中，具有在液体燃料的高压高速流通下缓和轴承所受到的强烈的 磨擦，且抑制轴承的磨损的效果。气孔率若低于8%则其效果变得不充分。另一方面，气孔 率若超过18%则强度显著降低，因此不被优选。
[0032] (7)含有15质量％以上的Sn的Sn合金相
[0033] 被形成在质地的晶界，且以质量％计为含有15%以上的Sn的Sn合金相，在含有有 机酸的劣质汽油中赋予优越的耐蚀性。
[0034] 以质量％计为含有15%以上的Sn的Sn合金相，通过将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，以质量％计为含有：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和不可避免的杂质所构成的成分组合的方式配合为原料粉末，然后使用已混合的原 料粉末进行压坯成型，接下来，在将所进行的烧结温度范围控制在840°C?930°C且进行烧 结后，再通过立即以15°C /分以上的冷却速度进行急冷，进而该Sn合金相被高效率地形成 在质地的晶界。通过上述条件所形成的Sn合金相，其含有以质量％计为0. 1?5. 0%的Zn、 0. 4?1. 5%的P、20?35%的Cu以及20?43. 5%的Ni，剩余部分为Sn和不可避免的杂 质。
[0035] 以下，对本发明的用于马达式燃料泵的烧结轴承的具体的实施例进行说明。另外， 本发明不限定于以下的实施例，也可进行各种变形实施。
[0036] 实施例1
[0037] (1)用于马达式燃料泵的烧结轴承的制作
[0038] 作为原料粉末，准备了全部具有为30?100 μ m范围内的所定的平均粒径的Cu-30 质量％ Ni合金粉末、Cu-25质量％ Ni合金粉末、Cu-20质量％ Ni合金粉末、Cu-15质量％ Ni合金粉末、Cu-8质量％ P合金粉末、Sn粉末、Cu-30质量％ Zn合金粉末、Cu-20质量％ Zn 合金粉末、Cu-40质量％ Zn合金粉末、Cu-Ni-Zn合金粉末、石墨粉末以及Cu粉末。然后，将 这些原料粉末按表1所示的组合方式进行配合，并在用V型混合机混合20分钟后，以所定 的压力进行加压成型进而制作成压坯。在通过混合天然气和空气，且经过已加热的催化剂 所分解而变化的吸热型气体（吸热式气体）环境中，对该压坯在840°C?930°C范围内的所 定温度下进行烧结，然后以15°C /分以上的冷却速度进行急冷，之后进行规格调整。通过以 上工序，制作出：具有外径10mmX内径5mmX高度5mm的规格，且按表1所示的组合成分的 本发明的轴承（以下称为本发明例）、以往轴承以及比较轴承。
[〇〇39] 另外，在本发明例中，通过电子探针微分析器所进行的金属结构观察的结果，其结 构为：其质地由Zn-Ni-Sn-Cu-合金的固溶体相所组成；含有以质量％计为15%以上的Sn 的Sn合金相被形成在该质地中的晶界；具有8?18%的气孔率；并且石墨已分散且分布在 所述气孔内。
[0040] (2)[耐磨损试验]
[0041] 对于上述的本发明例和以往例以及比较例的轴承，在如下所述的条件下进行了耐 磨损试验。即，处在将汽油以高速流通于狭小的空间，且由产生所述高速流通的马达的高速 转动使所述轴承承受高压并置于高流速的汽油中的条件下。
[0042] 将轴承安装于外侧规格为长度llOmmX直径40mm的燃料泵，再将该燃料泵设置在 汽油油箱内。且在叶轮转速为5000?15000rpm、汽油流量50?250升/小时、轴承由于高 速转动所受到的最大压力为500kPa、以及试验时间500小时的条件下实施了样机试验。并 测定了在实施该试验后的轴承表面的最大磨损深度。其结果记载于表1。
[0043] 在本发明例中的轴承的最大磨损深度为2.8μπι以下，因此，被确认为具有优越的 耐磨损性。
[0044] (3)耐蚀试验
[0045] 对上述的本发明例和以往例以及比较例的轴承，实施了耐蚀试验。
[0046] 分别制作出将硫磺添加在汽油中，进而想象为疑似劣质汽油的硫磺试验液和，以 RCOOH(R为氢原子或烃基）所表示的羧酸添加在汽油中，从而想象为疑似劣质汽油的有机 酸试验液。然后将该硫磺试验液和有机酸试验液加热至60°C之后，再分别将本发明例和以 往例以及比较例的轴承放在该硫磺试验液和有机酸试验液中浸泡500小时。然后测定轴承 浸泡在该硫磺试验液和有机酸试验液中之前的质量和浸泡之后的质量的变化率。其通过耐 蚀试验的质量变化的结果表示在表1。
[0047] 在本发明例中，轴承在硫磺试验液中的质量变化为0. 12%以下、另外，在有机酸试 验液中的质量变化为〇. 38 %以下。因此，被确认为耐硫化性和耐有机酸性的两方面的耐蚀 性高。
[0048] 另一方面，在比较例中，比较例5其轴承在硫磺试验液中的质量变化为0. 35 %、其 耐蚀性低。其它的比较例为〇. 15%以下，其耐硫化性高。但另一方面，在有机酸试验液中的 质量变化为〇. 56?0. 70%，其耐蚀性与本发明例相比大幅度降低。
[0049] 另外，在以往例中，显不出，不含有Sn的以往例1其耐硫化性1?，但另一方面，耐有 机酸性比本发明例大幅度降低；而含有Sn的Ni含量比本发明例多的以往例2显示出耐硫 化性和耐有机酸性都与本发明例大致相等的耐蚀性。
[0050] (4)整合性试验
[0051] 将上述的本发明例3和以往例1、2的轴承安装在马达，且30分钟测定使其连续运 转时的消耗电流。将其结果表示在图1。使用本发明例3的轴承和不含有Sn的以往例1的 轴承的马达的电流值，其与Ni含量多且含有Sn的以往例2的轴承相比，在短时间内降低， 且显示稳定。而且稳定后的电流也低。由此被确认为，本发明的轴承比以往例2的轴承其 初期整合性优越。
[0052] [表 1]
[0053]
【权利要求】
1. 一种用于马达式燃料泵的耐蚀性、耐磨损性以及整合性为优越的烧结轴承，其特征 在于，具有以下结构：其质地以质量％计含有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和不可避免的杂质构成的剩余部分；同时，以 质量％计含有15 %以上的Sn的Sn合金相被形成在由Zn-Ni-Sn-Cu合金的固溶体相组成的 所述质地的晶界中；并且，具有8?18%的气孔率；而且游离石墨分布在所述气孔内。
2. 如权利要求1所述的用于马达式燃料泵的耐蚀性、耐磨损性以及整合性为优越的烧 结轴承，其特征在于，以所述质量％计含有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 避免的杂质构成。
【文档编号】F16C33/16GK104053802SQ201380005255
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2013年5月14日 优先权日:2012年5月15日
【发明者】竹添真一, 石井义成 申请人:大冶美有限公司