آبکاری موضعی یاتاقان های BI-METAL و TRI-METAL

فرآیند آبکاری یکی از موثرین روش ها در بهبود خواص سطح قطعات میباشدکه بسته به نوع خواص  موردنظر میتوان از پوشش های متنوعی استفاده نمود. از جمله قطعاتی که فرآیند تولید پیچیده ای دارند، یاتاقان های برنز سرب دار را می توان نام برد که در روند تولید آنها چالش های بسیاری وجود دارد که میتوان به چسبندگی برنز به جداره فولادی،  بروز تخلل در ساختار برنز و نیز نحوه توزیع سرب اشاره نمود.

با توجه به ماهیت متخلل فلز پایه (برنز سرب دار) سیکل آماده سازی سطح بسیار حائز اهمیت است . برای آماده سازی سطح باید از محلول چربی گیری و اکسیدزدایی با فرمول های خاص استفاده کرد.

نظر به ماهیت عملکردی یاتاقان ها با پوشش پایه سرب، به دلیل خواص ضد اصطکاکی فوق العاده ای که دارند بهترین گزینه برای یاتاقان های برنزی سرب دار می باشند اما استحکام خستگی نسبتا پایین آنها، کاربرد این یاتاقان را در شرایط بارگذاری بالا، محدود می نماید. علاوه بر این سرب خالص مقاومت به خوردگی پایینی را در برابر روغن های اسیدی دارد  بنابراین پوشش های پایه سرب معمولا حاوی حداقل (8-12)درصد قلع میباشند که مانع از خوردگی میشود.

همچنین به منظور بهبود  استحکام خستگی ، ترکیب سرب و قلع را با مس آلیاژ می نمایند که مقدار مس در این آلیاژ( 1-3)درصد توصیه شده است. ضخامت این پوشش با توجه به نوع قطعه (20-50) میکرومتر میباشد. نکته ای که در این میان وجود دارد این است که اگر پوشش آلیاژی سرب -قلع -مس(بابیت) را به صورت مستقیم روی سطح پایه برنزی اعمال شود احتمال مهاجرت قلع از پوشش به سمت فلز پایه (برنز ) وجود دارد که این پدیده منجر به تشکیل فازهای تردد ناشی از ترکیب مس و قلع  نظیرcu2sn, cu6sn5  خواهد گردید.

تشکیل این فازها استحکام چسبندگی پوشش به زیر لایه را کاهش می دهد.  از سوی دیگر مهاجرت قلع از پوشش آلیاژی به سمت فلز پایه منجر به کاهش مقدار قلع موجود در پوشش و در نهایت کاهش مقاومت به خوردگی آن می گردد.

با توجه به دلایل ذکر شده و به منظور ممانعت از بروز آنها باید لایه نازکی از نیکل  به عنوان مانع بر روی سطح برنز رسوب داده شود تا بدین ترتیب نفوذ قلع به درون ساختار مس را متوقف سازد.  ضخامت این لایه نیکلی در حدود (2-5) میکرومتر می باشد.  در نهایت روی قطعه یاتاقان پوششی نازک  از قلع خالص با ضخامت (2-5) میکرومتر رسوب داده میشود که هدف اولیه آن جلوگیری از اکسیداسیون قطعات در مجاورت با محیط می باشد .

از سوی دیگر این پوشش قلع به عنوان روان کننده خشک استفاده میشود که به هنگام نصب یاتاقان های جدید در محل و در مواجهه اولیه با موتور ، از پوشش اصلی (لایه آلیاژی بابیت )محافظت می کند.

به دلیل ویژه بودن فرآیند تولید یاتاقان و محدودیت تلرانس های ابعادی آن ، در آماده سازی قطعات علاوه بر غوطه وری در محلول چربی گیری گرم با فرمول ویژه و اسید شویی ویژه   همراه با ممانعت کننده از چربی گیری الکتریکی (آندی) که منجر به هیدروفیل شدن سطح میشود، استفاده کرده و در نهایت سطح آماده پذیرش نیکل میشود. تمامی محلول های مذکور مخصوص آلیاژ فلز پایه تهیه و فرموله میشود.

 

چالش عدم ایجاد ضخامت یکنواخت لایه آبکاری در یاتاقان های ژورنال استوانه ای:

تلرانس های هندسی استوانه ای بودن (cylindricity)  در یاتاقان های ژورنال استوانه ای، با توجه به دقت استوانه ای بودن قطعه ، می بایست حدود 0.02 میلی متر باشد.از آنجایی که عدد نهایی این اندازه منوط به پوشش می باشد و پس از پوشش فرآیندی برای اصلاح وجود ندارد ، ضخامت پوشش در نیمه بالایی ، وسط و نیمه پایینی یاتاقان نباید بیشتر از 10 میکرومتر تفاوت داشته باشد.

از این رو یکی از روش های ایجاد ضخامت یکسان پوشش مورد نظر، استفاده از آند مرکزی با در نظر گرفتن شرایط هندسی و ابعاد مناسب است. شکل جیگ ها و برق رسانی به یاتاقان ها بسیار حائز اهمیت است چرا که اگر برق رسانی ار محل مناسب صورت نگیرد و شرایط مناسب در نظر گرفته نشود احتمال ایجاد لایه غیر یکنواخت در سطح یاتاقان وجود دارد.

لذا آند مرکزی با قطر و طول های مختلف باید کاملا پایدار و ثابت در مرکز قطعه قرار گیرد تا توزیع فلزی مناسب تضمین شود.  ساخت همگن آند مرکزی نیکل ، بابیت (آلیاژ سرب و قلع) و قلع به روش ریخته گری و استفاده از آند با قطر متناسب با ضخامت مورد نظر و قطر داخلی یاتاقان ، تنها با آزمون و خطا  میسر بوده و با انجام چند آزمایش ، ابعاد مناسب آند در قطر و ارتفاع مشخص شده و شرایط پوشش دهی یکنواخت فراهم میشود.

چالش آبکاری موضعی یاتاقان های ژورنال استوانه ای:

سطوح بیرونی یاتاقان های ژورنال استوانه ای به دلیل تلرانس های ابعادی و هندسی محدود باید عاری ازلایه های  نیکل و بابیت باشد. در نتیجه سطح بیرونی قطعات به هنگام پوشش دهی باید با استفاده از مواد مناسب ماسک گذاری گردد.  برای ماسک گذاری سطوح بیرونی می توان از چسب های ضد اسید و مقاوم به حرارت بالا و واکس مخصوص مقاوم به اسید و دمای بالا با دقت و ظرافت استفاده کرد