Fren Sürtünme Malzemelerinde Aşındırıcıların (Alümina, Silika, Zirkon) Tribolojik Özellikleri

Year 2018, Volume: 7 Issue: 1, 14 - 23, 30.06.2018

Banu Sugözü Behcet Dağhan

https://doi.org/10.17100/nevbiltek.365160

Cited By: 1

Abstract

Otomotiv fren sürtünme
malzemeleri, fiberler (takviye elemanları), yapıştırıcı, katı yağlayıcılar,
sürtünme düzenleyiciler, aşındırıcılar ve dolgu malzemelerinden oluşan çok
bileşenli kompozitlerdir. Aşındırıcılar daha yüksek Mohs sertliğine sahip
malzemelerdir ve fren sürtünme malzemelerinin tribolojik özelliklerinde önemli
rol oynarlar. Ticari fren sürtünme malzemelerinde en yaygın kullanılan
aşındırıcılar, alümina (Al₂O₃), silika (SiO₂),
silisyum karbür (SiC), zirkon (ZrSiO₄) ve zirkonya (ZrO₂)
dır. Bu çalışmada alümina, silika ve zirkon (kütlece %5 ve %10) olmak üzere üç
farklı aşındırıcı kullanılarak altı fren balata numunesi üretilmiş ve sürtünme
özellikleri araştırılmıştır. Numuneler sırayla toz karıştırma, ön şekillendirme
ve sıcak presleme işlemlerini kapsayan geleneksel yöntemle üretilmiştir.
Numunelerin sürtünme ve aşınma karakteristikleri pad-on-disk tipi aşınma test
cihazı kullanılarak belirlenmiştir. Numunelerin sertlik, yoğunluk, porozite,
çekme dayanımı, basma dayanımı gibi fiziksel ve mekanik özellikleri ve Taramalı
Elektron Mikroskobuna (SEM) yardımıyla morfolojik özellikleri incelenmiştir.
Sonuç olarak aşındırıcı miktarındaki artış sürtünme katsayısını arttırmış,
özgül aşınma oranını ise azaltmıştır. Kütlece %10 alümina içeren numune daha
iyi bir sürtünme performansı sergilemiştir. 

Keywords

Aşındırıcılar, Fren balatası, Aşınma, Sürtünme, Triboloji

Tribological Properties of Abrasives (Alumina, Silica, Zircon) for Brake Friction Materials

Abstract

Automotive brake friction
materials are multi-component composites composed of functional materials such
as fibers (reinforcements), binder, solid lubricants, friction modifiers,
abrasives and space fillers. Abrasives are the ingredients that have higher
Mohs hardness and play important roles on tribological properties of brake
friction materials. Most commonly used abrasives in commercial brake friction
materials are alumina (Al₂O₃), silica (SiO₂),
silicon carbide (SiC), zircon (ZrSiO₄) and zirconia (ZrO₂).
In this study, six brake lining samples were produced using abrasives of three
types viz. silica, alumina and zircon (5 and 10 wt.%) and investigated its friction
properties. The samples were produced by a conventional procedure for a dry
formulation following dry-mixing, pre-forming and hot pressing. Friction and
wear characteristics of the specimens were examined using a pad-on-disc-type
wear tester. The physical and mechanical properties such as hardness, density,
porosity, tensile strength, compressive strength of samples and morphological
properties via Scanning Electron Microscope (SEM) were investigated. The
results of tests showed that the friction coefficients of the composites
increased with increasing abrasive amount. The results also indicated that
specific wear ratio of the composites decreased with increasing abrasive
amount. The sample containing 10 wt. % alumina exhibited the better friction performance.

Keywords

Abrasives, Brake lining, Wear, Friction, Tribology

References

• Bijwe, J., Aranganathan, N., Sharma, S., Dureja, N., Kumar, R., “Nano-abrasives in friction materials-influence on tribological properties” Wear, 296(1), 693-701, 2012.
• Kim, S. S., Hwang, H. J., Shin, M. W., Jang, H., “Friction and vibration of automotive brake pads containing different abrasive particles” Wear, 271(7), 1194-1202, 2011.
• Shin, M. W., Kim, Y. H., Jang, H., “Effect of the abrasive size on the friction effectiveness and instability of brake friction materials: a case study with Zircon” Tribology Letters, 55(3), 371-379, 2014.
• Ma, Y., Martynková, G. S., Valášková, M., Matějka, V., Lu, Y., “Effects of ZrSiO 4 in non-metallic brake friction materials on friction performance” Tribology International, 41(3), 166-174, 2008.
• Boz, M., Kurt, A., “The effect of Al2O3 on the friction performance of automotive brake friction materials” Tribology International, 40(7), 1161-1169, 2007.
• Ertan, R., “Fren Balata Malzemelerinin Optimizasyonu ve Üretim Parametrelerinin Analizi” Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, Bursa, 2008.
• TS 555 Karayolu Taşıtları-Fren Sistemleri-Balatalar-Sürtünmeli Frenler İçin, 1992.
• TS 9076 Karayolu Taşıtları-Fren Sistemleri-Fren Balataları-Malzeme Sürtünme Özelliklerinin Küçük Deney Parçaları ile Değerlendirilmesi, 1991.
• Sugözü, I., “Investigation of using rice husk dust and ulexite in automotive brake pads” Materials Testing, 57(10); 877-882, 2015.
• Hong, U. S., Jung, S. L., Cho, K. H., Cho, M. H., Kim, S. J., Jang, H., “Wear mechanism of multiphase friction materials with different phenolic resin matrices” Wear 266(7); 739-744, 2009.
• Sugözü, B., Nano Silika, Nano Alümina ve Nano Zirkon Aşındırıcı Parçacık Katkısının Fren Balata Özelliklerine Etkisi, Selçuk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, Konya, 2016.
• Persson, B. N. J., “Theory of friction: The role of elasticity in boundary lubrication”, Physical Review B 50(7); 4771, 1994.
• Tabor, D., “Friction as a dissipated process. Friction of organic polymers in fundamentals of friction” Macroscopic and Microscopic Processes 220(3); 1996.
• Moore, D. F., “Princippless and Application Tribology”, In, Eds, Oxford: Pergamon Press, p. 109-156, 1975.
• Anderson, A. E., “ASM handbook, Friction, lubrication, and wear technology” 18; 569-577, 1992.
• Stachowiak, G.W., Batchelor, A.W., “Engineering Tribology”, Heineman, Boston, MA, pp. 36-44, 2001.
• Sasaki, Y., “Proceedings of the Fifth Akzo Symposium on Development of Non-asbestos friction materials”, 1986.
• Bijwe, J., “Composites as friction materials: Recent developments in non-asbestos fiber reinforced friction materials - A review” Polymer Composites, 18 (3), 378-396, 1997.