烧结轴承的制造方法、烧结轴承、以及具有该烧结轴承的振动电机的制作方法_4

文档序号:9291965阅读:来源:国知局
料粉末10中含有流体润滑材料等各种成型润滑剂的情况下,成型润滑剂随着烧结而挥发。
[0075]通过在上述的条件下对压坯4’进行加热/烧结而得到的烧结体4”含有10质量%?30质量% (优选22质量%?26质量%)的Cu、0.5质量%?3.0质量% (优选1.0质量%?3.0质量%)的Sn、0.3质量%?1.5质量% (优选0.5质量%?1.0质量%)的C,其余部分由铁和不可避免的杂质构成。这样,该烧结体4”的金属组织的大部分由铁(铁组织)构成,因此机械强度也优异。另一方面,由于该烧结体4”在金属组织中含有一定量的铜,因此,能够得到与轴3的初期磨合性良好的轴承面4a。特别地,如果是将压坯4’的烧结温度设定为比铜的熔点(1083°C )低的温度的上述的烧结条件,则压坯4’中含有的铜粉13不会随着烧结而熔融,因此,铜不会随着烧结而扩散到铁(铁组织)中。因此,在烧结体4”的表面(轴承面4a)形成有含有青铜相的适量的铜组织。另外,在烧结体4”的表面还露出有游离石墨。因此,能够得到与轴3的初期磨合性良好且摩擦系数小的轴承面4a。如果增加Sn的混配量,则能够得到机械强度高的烧结体4”(烧结轴承4),但Sn的量过量时,粗大孔隙增多,导致轴承面4a的耐磨损性降低,因此设定为上述的混配比例(相对于Cu的混配比例为约10%的混配比例)。
[0076]在烧结体4”中,形成以铁为主要成分的铁组织和以铜为主要成分的铜组织。本实施方式中,在原料粉末中未添加铁粉单质、铜粉单质,即使添加也是微量,因此,烧结体4”的全部的铁组织和铜组织形成为以部分扩散合金粉11为主体。在部分扩散合金粉中,铜粉的一部分扩散到铁粉中,因此,能够在烧结后的铁组织与铜组织之间得到高的网络强度。另夕卜,在烧结压还4’时,压还4’中的锡粉14恪融,将构成部分扩散合金粉11的铜粉13的表面润湿。与此相伴,在锡(Sn)与铜(Cu)之间进行液相烧结,如图7所示,形成相邻的部分扩散合金粉11的铁组织与铜组织、或者铜组织彼此结合而成的青铜相(Cu-Sn) 16。另外,在各个部分扩散合金粉11中的、铜粉13的一部分扩散到铁粉12的表面而形成Fe-Cu合金的部分,熔融的Sn扩散而形成Fe-Cu-Sn合金(合金相)17,因此,烧结体4”中的铁组织与铜组织之间的网络强度进一步提高。因此,即使不使用Ni或Mo等昂贵的金属粉末并以上述那样的低温烧结,也能够得到具有高机械强度(径向抗压强度)、具体而言为300MPa以上的径向抗压强度的烧结体4”以及烧结轴承4。另外,还能够使轴承面4a变硬而提高轴承面4a的耐磨损性。并且,在图7中,铁素体相α Fe、珠光体相yFe等通过色的深浅来表现。具体而言,颜色按照铁素体相α Fe —青铜相16 — Fe-Cu-Sn合金17 —珠光体相γ Fe的顺序变深。
[0077]另外,作为部分扩散合金粉11,使用了平均粒度为145目以下(平均粒径为106 μ m以下)的粉末,因此,能够使烧结体4”的多孔组织均匀化从而防止粗大孔隙的生成。因此,能够使烧结体4”高密度化从而进一步提高轴承面4a的耐磨损性、径向抗压强度。
[0078]粗大孔隙特别容易产生在烧结体4”的表层部(从烧结体表面起至深度100 μπι的区域),但如果是以上述方式得到的烧结体4”,则如上所述,能够防止表层部产生粗大孔隙,从而实现表层部的高密度化。具体而言,能够使表层部的孔隙率为5%?20%。该孔隙率例如可以通过对烧结体4”的任意截面中的孔隙部的面积比例进行图像分析来求出。
[0079]这样,表层部得到高密度化,由此,能够得到表面孔隙度比较小的轴承面4a,具体而言是表面孔隙度被设定在5%以上且20%以下的轴承面4a。需要说明的是,特别是当轴承面4a的表面孔隙度低于5%时,难以在轴承间隙内渗出所需要的足够量的润滑油(油膜形成能力不充分),无法得到作为烧结轴承4的优点。
[0080]另外,用于得到该烧结体4”的原料粉末以使铜粉13部分扩散到铁粉12的表面而成的部分扩散合金粉11为主要原料,因此,能够防止在现有的铁铜系烧结轴承中成为问题的铜的偏析。
[0081]压坯4’的烧结条件除了如上述那样设定为使烧结后的铁组织由铁素体相α Fe与珠光体相YFe的两相组织构成之外,还可以设定为使烧结后的铁组织全部成为铁素体相aFe。具体而言,将压坯4’的加热温度设定为800°C (优选820°C)以上且880°C以下,并且将烧结气氛设定为不含碳的气体气氛(氢气、氮气、氩气等)或者真空。如果是这样的烧结条件,则在原料粉末中不发生碳与铁的反应,并且,气体中含有的碳也不会扩散到铁中。因此,能够使烧结后的铁组织全部由软质的铁素体相构成。
[0082](D)精整工序P4
[0083]在精整工序P4中对以上方式得到的烧结体4”实施精整。这样,烧结体4”被精加工成完工形状和尺寸。需要说明的是,根据需要实施精整即可,但并不一定需要实施。即,如果在烧结工序P3中得到的烧结体4”的各部被精加工成了期望的形状和尺寸,则也可以省略精整工序P4。
[0084](E)含油工序P5
[0085]对于各部被精加工成完工形状和尺寸的烧结体4”,在含油工序P5中,通过真空浸渗等方法使上述的润滑油(或者液态脂)浸渗在其内部孔隙中。这样,图1所示的烧结轴承4完成。根据用途也可以省略该含油工序P5,制成在不给油条件下使用的烧结轴承。
[0086]如上述所述,经过本实施方式的制造工序得到的烧结轴承4(烧结体4”)具有300MPa以上的径向抗压强度,该径向抗压强度的值是现有的铁铜系烧结轴承的径向抗压强度的2倍以上的值。另外,本实施方式的烧结轴承4的密度达到6.8±0.3g/cm3,密度高于现有的铁铜系烧结轴承的密度(约6.6g/cm3)。虽然对于现有的铁铜系烧结轴承来说通过在压坯的成型工序中进行高度压缩也能够实现高密度化,但这种情况下,内部的流体润滑剂在烧结时无法燃烧而气化,因此,表层部的孔隙粗大化。在本发明涉及的制法中,在压坯的压缩成型时不需要进行高度压缩,能够防止这样的不良情况。
[0087]这样,能够使烧结体4”高密度化,另一方面,能够使含油率为15体积%以上,能够确保与现有的铁铜系烧结轴承同等程度的含油率。这主要是由于使用了形成为海绵状的保油性优异的还原铁粉来作为构成部分扩散合金粉11的铁粉12。这种情况下,浸渗到烧结体4”中的润滑油不仅保持在形成于烧结组织的粒子间的孔隙内,而且也保持在还原铁粉所具有的孔隙内。
[0088]如上所述,通过本发明的制造方法得到的烧结轴承4由具有高径向抗压强度(300MPa以上的径向抗压强度)的烧结体4”构成,因此,即使在压入固定到壳体2的内周的情况下,轴承面4a也不会仿照壳体2的内周面形状而变形,即使在安装后也能够稳定地维持轴承面4a的正圆度、圆柱度等。因此,在将烧结轴承4压入固定到壳体2的内周后,能够在不追加实施用于将轴承面4a精加工成适当的形状和精度的加工(例如精整)的情况下得到所期望的正圆度(例如3 μπι以下的正圆度)。除此之外,轴承面4a具有高耐磨损性,因此,即使轴3在轴承面4a的整个面上振摆回转、或者轴3频繁地碰撞到轴承面4a上,也能够抑制轴承面4a的磨损、损伤。因此,根据通过本发明的制造方法得到的烧结轴承4,能够以低成本提供可靠性和耐久性优异的振动电机。
[0089]在此,将通过本发明的制造方法得到的烧结轴承4的表层部的显微镜照片示于图8中,将专利文献I记载的技术手段所涉及的烧结轴承(以下称为“覆铜铁粉轴承”)的表层部的显微镜照片示于图9中,以供参考。将图8与图9比较时可以理解,与覆铜铁粉轴承相比,烧结轴承4的表层部的多孔组织更致密。实际上,烧结轴承4的表层部的孔隙率为13.6%,与此相对,覆铜铁粉轴承的表层部的孔隙率为约25.5%。作为产生这样的差距的主要原因,可以举出:在覆铜铁粉中,铜膜只不过是紧贴在铁粉上,铁组织与铜组织之间的网络强度不足。
[0090]本发明的实施方式不限于上述说明的内容,在不脱离本发明的主旨的范围内可以实施适当的改变。
[0091]例如,虽然说明了仅以部分扩散合金粉形成烧结轴承4的全部铁组织或铜组织的情况,但也可以在原料粉末中添加单质铁粉和单质铜粉中的任意一方或者双方,以单质铁粉或单质铜粉形成铁组织或铜组织的一部分。这种情况下,为了确保最低限的耐磨损性、强调以及滑动特性,原料粉末中的部分扩散合金粉的比例优选占到50质量%以上。另外,这种情况下,原料粉
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