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

Öz

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. 

Anahtar Kelimeler

• Aşındırıcılar
• Fren balatası
• Aşınma
• Sürtünme
• Triboloji

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

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

• Abrasives
• Brake lining
• Wear
• Friction
• Tribology

Kaynakça

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. Boz, M., Kurt, A., “The effect of Al2O3 on the friction performance of automotive brake friction materials” Tribology International, 40(7), 1161-1169, 2007.
6. Ertan, R., “Fren Balata Malzemelerinin Optimizasyonu ve Üretim Parametrelerinin Analizi” Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi, Bursa, 2008.
7. TS 555 Karayolu Taşıtları-Fren Sistemleri-Balatalar-Sürtünmeli Frenler İçin, 1992.
8. TS 9076 Karayolu Taşıtları-Fren Sistemleri-Fren Balataları-Malzeme Sürtünme Özelliklerinin Küçük Deney Parçaları ile Değerlendirilmesi, 1991.

9. Sugözü, I., “Investigation of using rice husk dust and ulexite in automotive brake pads” Materials Testing, 57(10); 877-882, 2015.
10. 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.
11. 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.
12. Persson, B. N. J., “Theory of friction: The role of elasticity in boundary lubrication”, Physical Review B 50(7); 4771, 1994.
13. Tabor, D., “Friction as a dissipated process. Friction of organic polymers in fundamentals of friction” Macroscopic and Microscopic Processes 220(3); 1996.
14. Moore, D. F., “Princippless and Application Tribology”, In, Eds, Oxford: Pergamon Press, p. 109-156, 1975.
15. Anderson, A. E., “ASM handbook, Friction, lubrication, and wear technology” 18; 569-577, 1992.
16. Stachowiak, G.W., Batchelor, A.W., “Engineering Tribology”, Heineman, Boston, MA, pp. 36-44, 2001.
17. Sasaki, Y., “Proceedings of the Fifth Akzo Symposium on Development of Non-asbestos friction materials”, 1986.
18. Bijwe, J., “Composites as friction materials: Recent developments in non-asbestos fiber reinforced friction materials - A review” Polymer Composites, 18 (3), 378-396, 1997.