یاتاقان‌های تری متال

دستیابی به ترکیبی از استحکام و نرمی یاتاقان‌ها در شرایطی امکان پذیر است که یاتاقان ساختار کامپوزیتی داشته باشد. خواص یاتاقان‌های تری متال شامل استحکام خستگی بالا نسبت به یاتاقان‌های بابیتی، قابلیت تحمل فشار اعمالی زیاد، استحکام بالا و دارای دمای کاری بالا است که این خواص امکان جادهی ذرات ناخالصی و قابلیت انطباق مورد نیاز در بسیاری از کاربردهای یاتاقان را فراهم می‌کند. این خواص باعث کاربرد این نوع یاتاقان‌ جداره نازک در تجهیزات دوار، کمپرسورهای رفت و برگشتی و موتورهای دیزلی مدرن شده است. یاتاقان‌های موتور از استیل بک که روی آن لایه نسبتا مستحکم مس به همراه دو لایه دیگر یا استیل بک با پوشش آلومینیوم تشکیل شده است. تمایل به کاهش ابعاد موتور در طراحی موتورهای احتراق داخلی منجر به استفاده از یاتاقان‌های متراکم (یاتاقان تری متال) و در نتیجه تحمل نیروهای متناوب بیشتر روی آن‌ها می‌گردد. یاتاقان‌های تری متال که به دلیل دارا بودن سه لایه، تری متال نامیده می‌شوند جز گروه یاتاقان‌های پوسته نازک هستند.

انواع لایه ها

استیل بک

جنس بدنه این نوع یاتاقان از فولاد است که نقش پشتیبان ساختار یاتاقان را دارد و در شرایط کاری نیروهای متناوب در دماهای بالا را تحمل می‌کند. با توجه به کاربرد مورد نیاز یاتاقان نوع فولاد به کار رفته در بدنه یاتاقان تغییر می‌کند. به عنوان مثال از فولادهای کم کربن SAE1008، SAE1010 و SAE1020 به عنوان متریال استیل بک در یاتاقان‌های موتور استفاده می‌شود.

overlay

این لایه با جنس بابیت، جز اصلی در این نوع یاتاقان است و دارای ضخامت mµ 25-12 می‌باشد. لایه overlay روی لایه نیکل پس از انجام ماشین‌کاری نهایی اعمال می‌گردد. خواص این لایه تحت شرایط روغن‌کاری مرزی در سرعت‌های چرخش پایین موتور (روشن و خاموش شدن موتور) بسیار مهم است. ضخامت کم لایه overlay برای دستیابی به میزان مورد نیاز استحکام خستگی ضروری است چرا که هر چه لایه ضخیم‌تر باشد حد خستگی آن کمتر می‌شود. بابیت پایه سرب حاوی 10% قلع موجب افزایش مقاومت به خوردگی شده و افزودن درصد کمی از مس، استحکام این لایه را افزایش می‌دهد. هنگامیکه لایه نازک overlay حذف شود خواص ضد اصطکاکی افت می‌کند. پوشش بابیت لایه overlay در یاتاقان تری متال قابلیت تحمل دما تا C° 204 را دارد.

لایه میانی

جنس این لایه از آلیاژی با حداقل خواص ضد اصطکاکی (قابلیت سازگاری و جا دادن) اما با مقاومت خستگی بالا به منظور فراهم کردن دوام و عمر یاتاقان حین کار تحت نیروهای متناوب است. برای جلوگیری از شکست و خرابی یاتاقان در مواقع اضطراری روغنکاری مرزی، عدم وجود روغن، نامیزانی‌های قابل توجه یا انحراف شفت مقدار معینی از خواص ضد اصطکاکی سطحی نیاز است. این لایه روی استیل بک به روش ریخته گری یا زینترینگ با ضخامت mµ 400-200 اعمال می‌شود. لایه میانی یاتاقان‌های تری متال معمولا از مس (پایه آلیاژ)، pb %25-22، tin %3-2 تشکیل شده است. سرب در مس غیر قابل حل است و  به صورت جداگانه در زمینه مس توزیع می‌شود و مانند یک روانکار جامد عمل می‌کند و باعث ایجاد خواص ضد اصطکاکی می‌شود. قلع با مس تشکیل ترکیبات بین فلزی می‌دهد و موجب استحکام‌دهی لایه می‌شود.

لایه فلش

بالاترین لایه که از 100% قلع با ضخامت mµ 5-2 تشکیل شده است و برای ممانعت از اکسیداسیون و محافظت یاتاقان از خوردگی و آلودگی در شرایط انبارداری به کار می‌رود. این لایه هنگام به کار افتادن یاتاقان کارایی ندارد.
بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که این یاتاقان‌ها به علت لایه میانی مستحکم و اثر سختی مس در لایه نسبتاً نازک overlay استحکام خستگی بالایی را بروز می‌دهند. علاوه بر این، خاصیت جادهی عالی ذرات ناخالصی خارجی و خاصیت سازگاری عالی برای نامیزانی‌های کم از دیگر ویژگی‌های یاتاقان‌های تری متال است.

موانع نیکل

این لایه بین لایه میانی و پوشش overlay جهت ممانعت از مهاجرت قلع از پوشش به ماده لایه میانی (مس) اعمال می‌شود. نفوذ اتم قلع به مس به دلیل تشکیل ترکیبات بین فلزی ترد Cu-Sn (Cu3Sn, Cu6Sn5) سبب کاهش استحکام چسبندگی لایه پوشش overlay و لایه میانی می‌گردد. علاوه براین، نفوذ اتم قلع به مس باعث کاهش میزان قلع در پوشش overlay می‌شود و در نتیجه تضعیف مقاومت به خوردگی پوشش آلیاژ با پایه سرب را به همراه دارد. ضخامت موانع نفوذی حدود mµ 2-1 است. روش اعمال پوشش‌های پایه سرب و موانع نیکل بوسیله روش الکتروپلیتینگ انجام می‌شود.

لایه های یاتاقان trimetal