Taşıt fren balatalarında katı yağlayıcı olarak grafit, molibden disülfit ve boron nitrit kullanımının frenleme performansına etkisinin araştırılması
The investigation of the effect of using graphite, molybdenum disulfide and boron nitride as solid lubricants on brake pad friction performance
Yazar: HASAN ÇALIŞKAN
Danışman: DOÇ. DR. İLKER SUGÖZÜ
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Disk fren balataları = Disk brake linings

Özet:
Otomobillerde kullanılan fren sisteminin en önemli bileşeni olan fren balataları kompozit malzeme olduğundan içeriğine eklenen malzemeler farklı katkılar sağlamaktadırlar. Balata içeriğinde bulunan malzemelerin sadece performans açısından katkı sağlaması yetmemekte, kullanıldığında çevreye en az zararı vermesi veya sıfır karbon ayak izini sağlaması beklenmektedir. Ülkelerin ve global kuruluşların balata içeriğine eklenen ve kullanıldığında çevreye zararlı olan malzemeleri yasaklaması (asbest vb.) üreticilerin bu konuda daha sürdürülebilir, çevreci, verimli ve performans açısından alternatif olan malzemelerin kullanımına yöneltmektedir. Balata içeriğinde katı yağlayıcı olarak kullanılan Grafit, karbon bazlı bir malzeme olduğu için çevreye vereceği zarar da kaygı yaratmaktadır. 
Bu çalışmada balata içeriğinde katı yağlayıcı olarak Grafit, Molibden Disülfit ve Boron Nitrit kullanılarak 9 adet farklı numune ve katı yağlayıcı yerine dolgu malzemesi eklenerek 1 adet referans numunesi üretilmiştir. Katı yağlayıcıların kütlece oranları %3, %6 ve %9 olacak şekilde numuneye eklenerek malzemelerin performansa etkisi değerlendirilmiştir. Toz metalürjisi yöntemi kullanılarak üretilen malzemeler belirli formülasyonlarda bir araya getirilerek, ön şekillendirme ve presleme işlemleri uygulanmıştır. Fren olayının simüle edilmesi için sürtünme test düzeneğinde gri dökme demirden imal edilmiş fren diski kullanılmıştır. Test düzeneğinde, belirli parametreler sağlanarak (basınç, sıcaklık, süre ve diskin dönme hızı) numunelerden sürtünme katsayısı verileri elde edilmiştir. Balata numunelerinin özgül aşınma oranı, sertlik ve yoğunluk gibi malzemeye ait olan fiziksel özellikleri belirlenmiştir. Sürtünme testinden sonra numunelerin aşınan yüzeylerinin mikro yapısı Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile incelenmiştir. 
Yapılan çalışmada katı yağlayıcı olarak eklenen Molibden Disülfit ve Boron Nitrit numuneleri, Grafit'e göre yakın sürtünme performansları göstermiştir. Kütlece %3 oranında Grafit eklenen numune en iyi sürtünme katsayısı ortalamasına sahip olmuştur. Bunun ardından sırasıyla referans numunesi ve kütlece %9 oranında Molibden Disülfit eklenen numune en iyi değerlere sahip olmuşlardır.

Abstract:
As the most important component of the braking system used in automobiles, brake pads are composed of composite materials, and the added materials to their composition provide various contributions. It is not enough for the materials in the brake pads to contribute only to performance; they are also expected to have minimal impact on the environment or even achieve a zero-carbon footprint when used. The banning of harmful materials added to the brake pad composition, such as asbestos, by countries and global organizations, encourages manufacturers to turn towards more sustainable, environmentally friendly, efficient, and performance-oriented alternative materials. Concerns are also raised about graphite, a carbon-based material used as a solid lubricant in brake pads, and its potential environmental impact.
In this study, nine different samples were produced by using Graphite, Molybdenum Disulfide, and Boron Nitride as solid lubricants in the brake pad composition, and one reference sample was created by adding a filler material instead of a solid lubricant. The solid lubricants were added to the samples in mass ratios of 3%, 6%, and 9% to evaluate their effects on performance. The materials were manufactured using powder metallurgy method, where specific formulations were combined, and preforming and pressing processes were applied. To simulate the braking event, a gray cast iron brake disc was used in the friction test setup. Friction coefficient data were obtained from the samples by providing specific parameters (pressure, temperature, time, and disc rotational speed) in the test setup. Physical properties of the brake pad samples, such as specific wear rate, hardness, and density, were determined. After the friction test, the worn surfaces of the samples were examined using a Scanning Electron Microscope (SEM).
In the conducted study, the samples with added Molybdenum Disulfide and Boron Nitride as solid lubricants exhibited friction performance close to that of Graphite. The sample with 3% mass ratio of Graphite showed the highest average friction coefficient. Subsequently, the reference sample and the sample with 9% mass ratio of Molybdenum Disulfide followed with the next best performances