Nano silika, nano alümina ve nano zirkon aşındırıcı parçacık katkısının fren balata özelliklerine etkisi
The effect of additive of nano silica, nano alumina and nano zircon abrasive particles on brake lining properties
Yazar: BANU SUGÖZÜ
Danışman: DOÇ. DR. BEHCET DAĞHAN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Fren balataları tüm taşıt tipleri için fren sisteminin önemli parçalarıdır. Frenleme performansını arttırmak ve fren balata malzemelerinin tribolojik davranışlarını araştırmak amacıyla birçok çalışma yapılmıştır. Fren balatasının tribolojik özellikleri, sürüş koşulları, balatanın kompozisyonu ve balatanın üretim parametreleri gibi çeşitli faktörlere bağlı olarak değişir. Bu nedenle fren balatasının farklı kompozisyonları ile ilgili yapılan çalışmalar, kararlı sürtünme, dayanıklılık, uygun aşınma direnci, düşük ses ve titreşim elde etmek amacıyla gerçekleştirilmiştir.
Bu çalışmada, silika, alümina ve zirkon (kütlece %5 ve %10) olmak üzere üç çeşit aşındırıcı nano boyutta kullanılarak balata numuneleri üretilmiş ve aynı içeriğe sahip mikro boyutta aşındırıcılar kullanılarak da üretilen balatalar ile sürtünme performansları karşılaştırılmıştır. Numuneler sırayla toz karıştırma, ön şekillendirme ve sıcak presleme işlemlerini kapsayan toz metalurjisi yöntemiyle üretilmiştir. Numunelerin özgül aşınma miktarı ve sürtünme katsayısı, gri dökme demir diskin kullanıldığı pin-on-disk tipi bir tribometre ile elde edilmiştir. Balata numunelerinin sertlik, yoğunluk, porozite, çekme dayanımı, basma dayanımı gibi fiziksel ve mekanik özellikleri belirlenmiştir. Sürtünme testinden sonra numunelerin aşınan yüzeylerinin mikroyapısı ise Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. Ayrıca Elektron Geri Yansıma Difraksiyonu (EBSD) ve Enerji Dağılım Spektrometresi (EDS) yardımıyla aşınan yüzeylerin kimyasal ve morfolojik özellikleri incelenmiştir.
Test sonuçları, fren balatasında kullanılan nano malzemelerin sürtünme performansını önemli ve yararlı ölçüde etkilediğini göstermiştir. Nano aşındırıcı içeren numunelerin sürtünme katsayısının mikro aşındırıcı içeren numunelere göre daha yüksek olduğu görülmüştür. Kütlece %10 nano alümina ile kütlece %10 nano silika içeren numunelerin daha iyi bir sürtünme performansı sergilediği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Brake linings are important parts in braking systems for all types of vehicles. Researchers have made many investigations to improve the braking performance and to investigate tribological behaviour of the brake lining materials. The tribological behaviors of the brake lining change depending on various factors, such as driving conditions, brake lining formulation and manufacturing parameters. Therefore, many experimental studies on the different compositions of brake linings have been achieved to provide stable friction, durability, adequate wear resistance, low noise and vibration.
In this study, brake lining samples were produced using micro and nano abrasives of three types viz. silica, alumina and zircon (5 and 10 wt.%) and compared its friction properties. The samples were produced by a conventional procedure for a dry formulation following dry-mixing, pre-forming and hot pressing. The friction coefficient and specific wear ratio of the samples on contact with the grey cast iron disc were established using a pin-on-disc tribometer. The physical and mechanical properties such as hardness, density, porosity, tensile strength, compressive strength of lining samples determined. The microstructures of worn surfaces of samples investigated by Scanning Electron Microscope (SEM) after friction test. In addition, the chemical and morphological properties of worn surfaces of samples investigated by Electron Backscatter Diffraction (EBSD) and Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS).
The results of tests showed that the inclusion of nano-abrasives in brake lining improved the friction performance significantly. The friction coefficients of samples containing nano abrasive were higher than the friction coefficients of samples containing micro abrasive. The sample containing 10 wt.% nano alumina and the sample containing 10 wt.% nano silica exhibited the better friction performance.