Fren Balatası Üretimi için Zirkonya Esaslı Yeni Kompozisyonların Geliştirilmesi
The Development of Zirconia-Based New Formulations for Brake Pad Production
Yazar: Yurdakul, Arife; Baştürk, Nurdan
Dergi: Academic Platform - Journal of Engineering and Science, Vol. 7 No. 2, 2018
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Fren balatası,kompozit,mikroyapı,seramik,zirkonya (Y-TZP) ; : Brake pad,ceramic,composite,microstructure,zirconia (Y-TZP)

Bu çalışmada, fren balatası üretiminde günümüzde tercih edilen toksik esaslı malzeme bileşenlerinin yerine saflığı yüksek, düşükmaliyetli ve en önemlisi insan sağlığı açısında zararlı olmayan tozları kullanmak amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, fren balatasıüretiminde genellikle dört veya beş bileşen olarak çoklu sayıda kullanılan hammaddelere alternatif olarak, üretimde içeriğeeklenecek tamamen seramik esaslı iki bileşenli yeni kompozit malzemeler geliştirilmiştir. Ayrıca, bu kompozit malzeme içeriğiile birlikte fren balatası ömrünün de uzatılması hedeflenmiştir. Kompozitin ana kompozisyonunu oluşturan başlangıçmalzemesinde itriyum stabilize tetragonal zirkonya (Y-TZP) tozları matris faz olarak tercih edilmiştir. Y-TZP yüksek refrakterlikve tokluk değerleri göstermesi sebebiyle kompozisyonun temel bileşimini oluşturmaktadır. Y-TZP içerisine belirli oranlardaalümina (Al2O3) ve mangan oksit (MnO) takviyesi yapılarak hazırlanan başlangıç bileşimlerinin soğuk izostatik preslenmesi(CIP) sonrası 1500-1600oC’de sinterlenmesi ile yığınsal prototip numuneler üretilmiştir. Numunelerdeki faz ve mikroyapısaldeğişim ile birlikte fiziksel ve mekanik özellikler, sırasıyla X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) veenerji saçınımlı X-ışını (EDX) spektroskopisi, Arşimet yoğunluk ölçümü, Vickers sertlik ve tokluk analizleri ile triboloji aşınmatestleri uygulanarak tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde, fren balata sistemlerinin üretimindeiçeriğe eklenecek bir seramik kompozit örneğinin, seramik esaslı malzemelerden hazırlanarak yüksek mekanik özelliğe ve düşükaşınmaya sahip olabileceği mümkün görülmüştür. Böylece, bu çalışma ile fren balatalarının mevcut üretim teknolojileri üzerinefarklı yeni bir yaklaşım sunulmuştur.

In present research, it was aimed to utilize high-purity, low-cost, and most importantly non-toxic powders for human healthinstead of their toxic-based material counterparts which are now preferred in brake pads production. For this purpose, ceramicbased two-component bearing new composite materials added to content in production were developed for common rawmaterials that consisted of generally four or five constituents used in the production of brake pad. In addition, it was also expectedto extend the life span of brake pad by this composite material content. In the brake pad production, yttrium-stabilized tetragonalzirconia (Y-TZP) powders were preferred to matrix phase among the starting materials that forming the main composition ofcomposite. Y-TZP was also considered as key component due to its high refractory and toughness properties. The bulk prototypesamples were produced by cold isostatic pressing (CIP) and following the sintering at 1500-1600oC from starting formulationsthat composed of alumina (Al2O3) and manganese oxide (MnO) reinforcement into the Y-TZP matrix phase at certainproportions. Phase and microstructural changes in the samples as well as their physical and mechanical properties wererespectively determined by using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray(EDX) spectroscopy, Archimedes’ density measurement, Vickers hardness and toughness analyses and tribology wear tests.When the results are evaluated together, it is seen that a ceramic composite sample which will be added to the content in theproduction of brake lining systems can be prepared from ceramic based materials and can have high mechanical property andlow wear. Thus, this study clearly proposes a new different approach to current production technologies of brake pads.