Alternatif katkı tozlarıyla fren balatalarının üretilmesi için, literatürde bulunan organik katkılı kompozitlerle ilgili çalışmalar incelenmiştir. Literatürdeki çalışmalar eklenen toz malzemelere göre sınıflandırılmıştır.
Ülkemiz bor rezervi açısından Dünya’da ilk sıradadır. Bor elementi son yıllarda birçok çalışmada ve fren balatası kompozisyonlarında katkı maddesi olarak kullanılmıştır. Örneğin Wan Nik ve ark. bor elementi kullanarak ürettikleri fren balatalarının sürtünme performansını araştırmışlardır. ZMF marka fren balatalarının içine sırasıyla %0,6- %1- %1,5- %2 oranlarında bor ekleyerek, 26x26x7 mm ebatlarında 25 adet fren balatası numunesi üretmişlerdir. Numunelere ait sürtünme katsayısı grafikleri Şekil 4.1’de görülmektedir.
Şekil 4.1. Numunelere ait sürtünme katsayısı grafikleri.
Çalışmanın sonucunda bor katılan fren balataları ile ticari fren balataları arasında sürtünme katsayılarında, sertliklerinde ve fren feydi miktarlarında büyük gelişme gözlemlemişlerdir [119]. Mutlu ve ark. takviye edici elyaflar kompozitlerin maliyetini arttırdığı için çalışmalarında elyaf kullanmamışlardır. Elyaf yerine; bakır tozu, borik asit, barit, alümina, kaşhev, grafit kullanarak kompozisyonu oluşturmuşlardır. Deneylerde kullanılan numuneler geleneksel kuru karıştırma ve sıcak pres
27
yöntemleriyle imal edilmiştir. Hazırlanan borik asit katkılı, fenolik reçineli fren balatalarının tribolojik özelliklerini incelemişlerdir. Çevresel faktörleri de dikkate almak için numuneleri, su, tuzlu su, yağ ve frenleme sıvılarında bekletmişlerdir. Frenleme testlerinde 1050 ve 3000 kPa basınçla 50 °C’den 400 °C’ye değişen sıcaklıklarda çalışmışlardır. Ayrıca numuneleri ağırlık kayıplarını, sertliklerini, SEM görüntülerini de incelemişlerdir. Yapılan testlerin sonuçlarında sertlik ve aşınma direnci arasında doğrudan bir oran bulamamışlardır ancak sıcak işlem yapmanın daha homojen bir yapının oluşmasını sağladığını gözlemlemişlerdir. Bunun yanı sıra takviye edici elyaf olmayan malzemelerde sertlik artışı olduğunu tespit etmişlerdir. Borik asit eklenmiş balataların frenleme üzerine olumlu etkiler yaptığını ortaya çıkarmışlardır [41]. Fenolik reçine bazlı sürtünme kompozitleri büyük miktarlarda takviye ve dolgu malzemesi içerirler. Bu malzemeleri doğru miktarlarda kullanarak kompozit oluşturmak çok önemlidir. Yi ve Yan çalışmalarında, bor nitrür (h-BN) ve düşük maliyetli olması sebebiyle, sönmüş kok katarak (CPC), fenolik reçineli sürtünme malzemeleri üretmişler ve bu malzemelerin aşınma davranışlarını incelemişlerdir. Matris malzemesi olarak kaşhevli fenolik reçine tozu, takviye edici elyaf olarak e-cam ve kevlar, dolgu malzemesi olarak ise CaCO3, BaSO4, Ca(OH)4 ve Al2O3 kullanmışlardır. Aynı zamanda
numuneler CaCO3 ve h-BN ya da CaCO3 ve CPC içermektedir. Ham maddeleri 1-2 dak
karıştırdıktan sonra 30 dak boyunca 170 °C’de 25 MPa basınçta presleyerek numuneleri elde etmişlerdir. Numuneler preslendikten sonra 12 saat boyunca 190 °C’de fırınlanmıştır. Testleri, pin-on disk cihazında 0,6 m/s hızda 10 N yük ile sırasıyla 25 °C, 125 °C, 225 °C, 325 °C ve 425 °C’de yapmışlardır. Kompozitlerin SEM görüntülerini ve kimyasal yapılarını incelemişlerdir. İncelemelerin sonucunda CPC ve h-BN malzemelerinin sürtünme katsayısını sabitlemeye ve aşınma oranını düşürmeye etki ettiğini gözlemişlerdir [73], [86]. Bor mineralleri, bor türevleri (borik asit, boraks, üleksit, kolemanit) ve sedir çamı kozalak tozu kullanarak, yeni balata kompozisyonları ürettiği çalışmasında Sugözü, numunelerin frenleme performanslarını incelemiştir. Üretilen fren balatası numuneleri asbestsiz organik balatalardır, polimerik bağlayıcılarla presleme yoluyla imal edilmiştir. Numune fren balatalarının üretimi iki farklı grup olarak planlanmıştır. Birinci grupta kaşhev ve sedir takviye malzemeleri ile birlikte belirlenen diğer bileşenler seçilmiş ve normal üretim işlemini gerçekleştirmiştir. İkinci grupta ise aynı içerikli numunelere sinterleme işlemini uygulamıştır. Numunelerde, bağlayıcı ve sürtünme ayarlayıcı malzemelerin performansını geliştireceği düşüncesiyle
28
sedir çamı kozalağı tozu kullanmıştır. Her iki grupta da fren balatası bileşenleri içerisinde bor türevleri olan borik asit ve boraks, ham bor ürünleri olan üleksit ve kolemanit’e yer vermiştir. Deneyleri ise TS 9076’ya göre yapmıştır. Elde edilen sonuçlara göre;
1) Fren balatası olarak üretilen numunelerin optimum toz karıştırma süresi 10 dakika ve sıcak presleme basıncı da 15000 KPa olması gerekmektedir.
2) Ara yüzey sıcaklığının artmasına bağlı olarak sürtünme katsayıları azalırken, ara yüzey sıcaklığının azalması ile sürtünme katsayılarının artmıştır.
3) Fren balatası malzemelerine ilave edilen kaşhev ve sedir toz miktarına bağlı olarak, aşınma yüzeyinde oluşan sürtünme filminden dolayı deney numunelerinin sürtünme katsayıları artmıştır [105].
Fren balatalarının imalatında, yarı metalik sürtünme malzemeli kompozitler çok yaygın bir kullanım alanına sahiptir. İçeriğinde demir tozu, bakır elyafı, pirinç talaşı vb. maddeler bulunmaktadır. Son yıllarda yapılan araştırmalar bazı bileşenlerin çevreye zararlı olduğunu göstermiştir. Asbestsiz ve metalik olmayan kompozitler daha çevre dostu bir yapıya sahiptirler. Qi ve ark. fındık kabuğu tozu katılarak yaptıkları çevre dostu fren balatalarının sürtünme ve aşınma davranışlarını incelemişlerdir. Fındık kabuklarını öncelikle kabaca temizleyip kurutmuşlar ardından yüksek hızda öğütüp toz haline getirmişlerdir. Toz haline gelen fındığı elekten geçirerek ikiye bölmüşler ve tane büyüklüğü ~ 413 µ’dan küçük olanları ayırmışlardır. Ayrılan malzemeyi oda sıcaklığında yaklaşık 2 saat boyunca NaOH çözeltisinde bekletmişlerdir. Fındık kabuğu tozlarının SEM görüntüleri Şekil 4.2’de gösterilmiştir.
Şekil 4.2. Fındık kabuğu tozlarının SEM görüntüleri.
Balata malzemelerini karıştırıcı ile 2 dak karıştırdıktan sonra 165 °C’de 25 MPa basınçta 5 dk. preslenmişlerdir. Aşınma sürtünme testlerini SAE J-661 standartlarına
29
göre yapmışlardır. Deneylerin sonucunda fren balatası içeriğine eklenen fındık kabuğu tozlarının sürtünme katsayısının kararlılığına ve aşınma direncine olumlu katkı yaptığını gözlemişlerdir [120]. Fren balatası malzemelerinin çoğunun frenleme performansına çok olumlu etkileri olmasına rağmen, hala gürültü, maliyet, çevre kirliliği vb. gibi çözüm bekleyen sorunlar vardır. Bu yüzden değişik malzeme arayışları içine girilmiştir. Bu çalışmalarında Ma ve ark. bambu elyafının mekanik özellikleri üzerine çalışmışlardır [57]. Bambu elyafını takviye edici malzeme olarak kullanmışlardır. Taze bambuyu parçalara ayırdıktan sonra yumuşatıcı bir kimyasal çözelti içinde bir saat boyunca 100 °C’de kaynatmışlardır. Daha sonra bambu parçalarını NaOH çözeltisinde 70 °C’de 30 dak bekletmişlerdir. Parçaları mekanik olarak kırdıktan sonra elyaf balyası haline getirmişlerdir. Son olarak parçaları suyla yıkayıp 60 °C’lik fırında yarım saat kurutmuşlardır. Bambu elyaflarını gerilme testleri için 40 mm uzunluğunda yapmışlardır. Diğer işlemler için bambu elyaflarını 3-5 mm uzunluğunda bırakmışlardır. Bambu elyafını fren balatasına sırasıyla ağırlıkça %0, %3, %6, %9 ve %12 oranlarında eklemişlerdir. Bambunun yanında fenolik reçine, grafit alümina gibi tozlar kullanmışlardır. Malzemeleri 10 dak boyunca karıştırıcı ile karıştırmışlardır. Karıştırdıkları malzemeleri 30 dak boyunca 165 °C’de 25 MPa basınçta preslemişlerdir. Malzemedeki kalite problemlerini önlemek için sıcaklığı kontrol altında tutmuşlardır. Aşınma testlerini sırasıyla 150 °C, 200 °C, 250 °C, 300 °C ve 350 °C’de yapmışlardır. Sürtünme katsayılarını kaydetmişlerdir. İçeriğinde bambu elyafı olan fren balatalarının sürtünme performansının içeriğinde bambu olmayan numuneye göre daha iyi olduğunu gözlemlemişlerdir [57]. İki farklı malzeme ara yüzeyinde moleküler boyutta kimyasal ve mekaniksel değişimler meydana gelir ve oldukça karmaşık bir yapıya sahiptir. Bu değişimler temel olarak fren balatası malzemesinin kompozisyonu ve mikro yapısı tarafından kontrol edilmektedir. Bu bakımdan sürtünme malzemesi içindeki her bir komponentin tek başına ve başka komponentler ile bir araya gelmesi sürtünme özellikleri üzerinde birinci derecede öneme sahiptir. Fren balatası malzemesinde kullanılan yapısalların balatanın tribolojik ve fiziksel özellikleri üzerindeki etkisini deneysel olarak analiz ettikleri çalışmalarında Ertan ve Yavuz farklı oranlarda kullanılan yapısalların etkisi karşılaştırmışlardır.
30
Deneylerde kullandıkları katkı maddelerinin SEM görüntüleri Şekil 4.3’te gösterilmiştir.
Şekil 4.3. SEM görüntüleri a) Bakır, b) Kaya yünü, c) Aramid elyafı.
Bu çalışmada kullanılan fren balata malzemesi yapısallar, bağlayıcılar, yağlayıcılar, abrazifler ve dolgu malzemeleri olmak üzere görev bakımından 5 farklı gruptan oluşmaktadır. Diğer malzeme oranları sabit kalmak suretiyle sadece bakır tozu, kaya yünü ve aramid lif oranları değiştirilerek 7 farklı numune hazırlamışlardır [121]. Fren balata malzemelerini toz metalurjisi yöntemi ile üretmişlerdir. Kompozisyonu oluşturan malzemeleri laboratuvar tipi karıştırıcıda 5 dak süre ile karışım homojen bir hal alana dek karıştırmışlardır. Karıştırma işlemini takiben karışım malzemelerini preslerde bulunan 8’li kalıp boşluğuna eşit ağırlıklarda (100 g) dökerek 7,5 MPa basınçta ve 150 °C sıcaklıkta 5 dakika süre ile kalıplamışlardır. Çalışmada yapılan testleri genel olarak iki ana kısma ayırmışlardır. Bunlar; balatanın tribolojik özelliklerini değerlendirmek için yapılan sürtünme – aşınma testleri ve balatanın fiziksel özelliklerini değerlendirmek için yapılan yoğunluk, yüzey pürüzlülüğü ve sertlik testleridir. Bunların yanında balata malzemelerinin optik mikroskopta yüzey karakterizasyonlarını gerçekleştirmişlerdir. Üretilen balata numunelerinin gerekli kesim işlemlerinden sonra istenilen boyuta getirilip öncelikle yoğunluk ölçümlerini yapmışlardır. Yoğunluk genel olarak bakır oranı artınca artmış (BM1, BM4 ve BM7), aramid lif oranı artınca azalmıştır (BM3, BM5 ve BM7). Sürtünme testlerinden sonra da yüzey pürüzlülüğü ve sertlik ölçümleri yapılmıştır. Yüzey pürüzlülüğü ise balata içerisindeki lifli malzeme oranına bağlı olarak değişim göstermiştir. Kaya yünü ve aramid liflerin artışıyla yüzey pürüzlülüğünde artış gözlenmiştir (BM2, BM3, BM5 ve BM6). Sertlik değerleri bakır tozu oranın artmasına bağlı olarak artış göstermiştir. En düşük sertlik değerleri kaya yünü oranının yüksek olduğu numunelerde görülmüştür. Bakır tozu oranının yüksek olduğu BM1, BM5 ve BM7 numunelerinde en yüksek sertlik değerleri gözlenmiştir. Bu çalışmada kullanılan fren balatası malzemesi için tespit edilen optimum özellikleri (düşük aşınma oranı ve
31
kararlı sürtünme katsayısı değişimi) -tüm testler göz önünde bulundurularak- BM4 fren balatasında elde etmişlerdir. Bu kompozisyon %6 bakır, %14 kaya yünü ve %5 oranında aramid lif içermektedir [121]. Son yıllarda, fren balatalarında yüksek sürtünme katsayısı, iyi aşınma dayanımı ve ortalama ısıl direnç konularında önemli gelişmeler sağlanmıştır. Kompozitlerin tribolojik özelliklerindeki iyileşme kompozitin içeriğindeki malzemelere ve çalışma parametrelerine bağlıdır. Asbestin yerine cam elyaf, aramid fiber, çelik yünü ve diğer elyafların da kullanıldığı gözlenmektedir. Mutlu ve ark. çalışmalarında, cam elyaf katkılı disk fren balatalarında zaman-sıcaklık-sürtünme katsayısı ilişkisini incelemiştir. Cam elyafın kompozisyon içerisindeki %oranlarını değiştirmişlerdir. Cam elyaf oranın %10 ve %2 olduğu iki farklı numune üretmişlerdir. Üretimde, malzeme oranlarını belirlemede hesaplama kolaylığı için kütlesel oran esas alınmıştır. Belirlenen oranlarda hazırlanan karışımın homojenliğini sağlamak için yüksek hızlı karıştırıcı ile karıştırmışlardır. (100 kg/cm2) basınçta 150 °C sıcaklıkta 150
kg/cm2 basınçtaki pişirme kalıbında ilk 10 dakikalık süreçte 30 saniye aralıkla
havalandırılmasını yaparak 20 dakika pişirmişlerdir. Üretilen numunelerden bir kısmına 24 saat süre ile 100 °C’de normal atmosfer şartları altında fırınlama işlemi yapmışlardır. Söz konusu fırınlama işlemine tabii tutulmuş numuneler CF112, BG442 kodlu numunelerdir. Numunelerin içeriğinde bulunan tozlar ve oranları Çizelge 4.1’de verilmiştir [122].
Çizelge 4.1. Numunelerin karışımdaki malzeme oranları.
Elementler CF11 CF112 BG44 BG442 FF55 Cam Elyaf 25 25 10 10 25 Pik Tozu 15 15 18 18 35 Grafit 7 7 7 7 7 SiC 3 3 3 3 3 Kaşhev 11 11 11 11 11 Barit 5 5 15 15 5 F. Reçine 21 21 10 10 21 Sıvı Reçine - - 10 10 - Tanen - - 3 3 3 Diğerleri 13 13 13 13 13
Çizelge 3.1’deki toz malzemelerden cam elyafın, baritin ve fenolik reçinenin oranları değişmiştir. Deneylerde başlangıç sıcaklığı 50°C’ dir. Numune malzemeleri, alıştırma aşamasında yüzeyin %95’i temas edinceye kadar 700 kPa basınç altında
32
çalıştırmışlardır. Alışma aşaması tamamlanmış numuneleri 1050 kPa basınçta 6 m/sn sabit hızda teste tabii tutmuşlardır. Test sırasında her 30 saniyede sıcaklık ve sürtünme katsayısını kaydetmişlerdir. Bu değerleri sıcaklık-zaman ve sürtünme katsayısı-zaman grafiklerine dönüştürmüşlerdir. Böylece TS 9076’da fren balatalarının sürtünme katsayısının belirlemesinde sıcaklık grubu A için uygulanan basıncı, sabit olarak uygulamış olup hiçbir dış etkiye maruz kalmadan sürtünme katsayısı ve sıcaklık değişimini incelemişlerdir. Elde edilen sürtünme katsayısı değerleri, aynı karışım özelliklerine sahip beş farklı numuneden alınan değerlerin aritmetik ortalamasıdır. Ayrıca aynı basınçta bir saat süre ile aşınma testine tabii tutarak 23400 m yol almasını sağlamışlardır. Bu deney sonunda her bir fren balatası numunesini hassas terazide tartarak kütle kaybını bulmuşlardır. Bulunan kütle kaybını TS 9076’da verilen kütle kaybını esas alan formül ile hesaplayarak özgül aşınma değerlerini tespit etmişlerdir. Sonuç olarak, kullanım şartlarına bağlı olarak dolgu maddesi, katı yağlayıcı ve kompoziti oluşturan diğer bileşenlerden, matristen ayrılanlar cam elyafların uçlarında toplanarak sürtünme ara yüzeyinde bir film tabakası oluşturmuşlar ve sürtünme katsayısında -bu film tabakasının oluşması sebebiyle- iniş çıkışlar meydana gelmiştir. Sürtünmeden dolayı sıcaklık artışıyla reçinelerin ayrışması ve elyaf matris bağının zayıflaması sonucu oluşan elyaf çekilmesinden cam elyaf oranı yüksek olan numunede özgül aşınma artmıştır. Elyaf oranının az olduğu numunelerde söz konusu duruma bağlı olarak özgül aşınmanın daha az olduğunu gözlemişlerdir [122]. Farklı bir çalışmada fren balatasının üretim süreci, çok ince tozlar halindeki malzemelerin karıştırılması, istenilen formda preslenmesi ve kontrollü bir atmosfer altında belirlenen süre içerisindeki ısıl işlem uygulamasından oluşmaktadır. Böylece farklı özelliklere sahip karışım malzemelerinin, özelliklerini yitirmeden fren balatası üretiminin gerçekleştirilebilmesi sağlanmaktadır. Sugözü ve ark. yaptıkları çalışmada aynı özelliklere sahip fren balatası üretmiş ve fren balatası üretim parametrelerinden, ısıl işlem süresinin fren balatasının sürtünme performansı üzerindeki etkisini incelemişlerdir. Balataların üretiminde asbest içermeyen takviye malzemeleri ve yüksek sıcaklıkta termal bozulmayı önleyecek, balatanın mekanik ve tribolojik özelliklerini güçlendirecek şekilde belirlenen bileşenler seçmişlerdir. Malzeme oranları belirlemede kütlesel oranı esas almışlardır. Aynı kompozisyonda hazırlanan, farklı ısıl işlem sürelerinde üretilen balata örneklerinde, en iyi sürtünme performansını HTT-3 kodlu 3 saat ısıl işleme tabi tutulan balata numunesinden elde etmişlerdir. Çalışmada kullanılan
33
balata kompozisyonunda 3 saatten daha fazla süren ısıl işlemin balatanın sürtünme performansında olumsuz etki yaptığını gözlemişlerdir. Isıl işlem süresinin artması balata numunelerinin sertliğini arttırmış ve bu durum fren balatasının sürtünme performansını olumsuz etkilemiştir. Ancak ısıl işlem süresinin artmasının aşınma dayanımına olumlu etkisi olduğu tespit etmişlerdir. Kütle kaybı açısından aşınma değerlerini TS 9076 standartlarına uygun elde etmişlerdir. Farklı ısıl işlem sürelerinde üretilen balatalardan 3 saat ısıl işlem süresinde üretilen fren balatasının TS 555 standardına göre kullanılabilir olduğu sonucunu elde etmişlerdir. Bu çalışma ile fren balatası üretiminde ısıl işlem süresinin önemli olduğu görülmektedir. Birden fazla bileşenden oluşan fren balatalarının üretimi yapılmadan önce kullanılacak karışım için ısıl işlem süresinin belirlenmesi gerektiğini vurgulamışlardır [123]. Fren balatası malzeme özelliklerinin üretim parametrelerine bağlı olarak büyük ölçüde değiştiği yapılan çalışmalar ile görülmüştür. Balata kompozisyonları aynı olsa bile farklı üretim parametreleri ile üretilen balatalar farklı özellikler sergileyebilmektedir [124]. Bu yüzden bir balata malzemesi tasarımında kompozisyon, üretim ile birlikte bir bütün olarak incelenip araştırılmalıdır. Sugözü ve ark. çalışmalarında balata üretim parametrelerinden olan sıcak presleme süresinin balata üzerindeki etkisini incelemek için aynı içerikli üç farklı sıcak presleme süresinde numuneler üretmiş, numunelerin aşınma ve mekanik özellikleri incelemiştir. Belirlenen tozları karıştırıcı ile karıştırmış ve preslemişlerdir. Sıcak presleme süresi olarak 5 (M-5), 10 (M-10) ve 15 (M15) dakika seçmişlerdir. Daha sonra da üretilen numunelerin karakterizasyon çalışmalarını gerçekleştirmişlerdir. Bu çalışmaları sürtünme karakteristiği, sertlik ölçümleri, yoğunluk ve aşınma deneyleri ile desteklemişlerdir. Deneylerde kullandıkları fren balatası test cihazı Şekil 4.4’te görülmektedir.
34
Balataların üretiminde asbest içermeyen takviye malzemeleri seçmişlerdir. Ön şeklini almış balata numunelerini 18 MPa basınç, 180 °C sıcaklıktaki pişirme kalıbında 60 saniye aralıklarla havalandırılmasını yaparak 5, 10 ve 15 dakika farklı sürelerde pişirmişlerdir. Böylece sıcaklık neticesinde balata bileşenlerinin oluşturduğu reaksiyonlar sonucu meydana gelen buharların ve gazların dışarı atılmasını sağlamışlardır. Sonuç olarak üretilen balata numuneleri için en iyi sıcak presleme süresini 10 dakika olarak tespit etmişlerdir. Sıcak presleme süresi belirlenirken balata kompozitini oluşturan toz malzemelerinin özellikleri dikkate alınmalıdır. Fren balatası örneklerinin TS 9076 standardına uygun olduğu belirtmektedirler. Özellikle M-10 ve M-15 balata örneklerinden iyi sonuç alınmasının, sıcak presleme süresinin balata üretiminde etkili bir parametre olacağını göstermektedir [118]. Bahari ve ark. çalışmalarında çeltik tozu (RHD) eklenmiş otomobil fren balatalarının sertlik ve aşınma direncini araştırmışlardır. Matris malzeme olarak fenolik reçine, takviye edici olarak metalik elyaf (çelik, bakır, magnezyumoksit), sürtünme düzenleyici olarak (grafit ve pirinç) ve dolgu malzemesi olarak ise çeltik ve baryum sülfat kullanmışlardır. Çeltiği (RHD) kurutup, 80 ve 100 mesh boyutlarında toz haline getirip kompozite %10 ve %30 oranlarında eklemişlerdir. Tozları karıştırdıktan sonra 30 dak boyunca 4 tonluk hidrolik preste ön presleme yapmışlardır. Bu işlemden sonra numuneleri 50 tonluk preste 150 °C’de 10 dak daha preslemişlerdir. Son olarak balataları 4 saat boyunca 150 °C’de fırınlamışlardır. Yeni formüllü fren balatalarını başarılı bir şekilde üretmişlerdir ve sertlik, aşınma direnci etkisini belirlemişlerdir. Numunelerin sertlik değerlerini ticari fren balatalarından biraz daha yüksek elde etmişlerdir. Ancak yeni balataların özellikle içeriğinde %30 oranında RHD olanın, sertlik özelliklerine iyi etki ettiğini gözlemişlerdir [125]. Otomotiv frenlerinde kullanılan fren balataları birçok maddenin birleşiminden imal edilir. Bir fren balatasından istenilen temel özellikler, standartlara uygun aşınma direnci, sürtünme katsayısıdır. Frenleme sırasında sürtünme nedeniyle fren balataları aşırı ısınmaktadır. Aşırı sıcaklık nedeniyle balataların frenleme performansı değişebilmekte veya balatalar mekanik deformasyona uğramaktadır. Timur ve Kılıç çalışmalarında mermer atıkları kullanarak üretilen otomotiv fren balatasının sürtünme katsayısının farklı fren balataları ile karşılaştırmasını yapmışlardır. Deneyleri TS 555 ve TS 9076’da belirtilen şartlara uygun olarak gerçekleştirmişlerdir. Hazırlanan MG kodlu asbestsiz organik balatalar grubundadır. Polimerik bağlayıcılar ile presleme yoluyla üretilmiştir. Numune balataları iki farklı grup olarak planlamışlardır. Birinci grupta
35
modifiye edilmiş mermer ve granit tozu ile birlikte belirlenen diğer bileşenler seçilmiş “MG” kodlu balatalar vardır. İkinci gruptakileri ise firmalardan alınan “A” kodlu balatalar olarak sınıflandırmışlardır. Deneylerde kullanılan mermer tozu katkılı numunelerin içeriğindeki tozlar ve oranları Çizelge 4.2’de verilmiştir.
Çizelge 4.2. Mermer tozu katkılı numunelerin malzeme oranları.
MG MG-2 MG-6 MG-10 MG-14 Reçine 20 20 20 20 Bakır 4 4 4 4 Al2O3 3 3 3 3 Kaşhev 4 4 4 4 Grafit 10 10 10 10 Pirinç tozu 2 2 2 2 Granit 2 6 10 14 Mermer tozu 55 51 47 43 Toplam 100 100 100 100
Her bir formüldeki balata içeriğini oluşturan bağlayıcı, sürtünme malzemesi ve diğer katkı malzemelerini 0,001g hassasiyetinde tartmış, sonra bu karışımın homojenliğini sağlamak için numune içeriği karıştırıcı ile uygun sürede karıştırmışlardır. Daha sonra toz karışımı 1x1 inch’lik kare kalıpta 15 MPa basınç altında soğuk preslemişlerdir. Karışımları, daha önce yapılmış olan kalıplara, uygun miktarda doldurmuşlardır. Soğuk preslemeden sonra sıcak presleme yönteminden yararlanmışlardır. Sıcak presleme yöntemi ile hazırlanan toz karışımlar mukavemet kazanmıştır. Soğuk presleme sonrasında numuneleri 15 MPa basınç ve 180 °C’de 10 dak süre ile sıcak preslemişlerdir. Yapılan deneylerin sonucunda mermer tozu ile üretilen balataların sürtünme performanslarının olumlu sonuç verdiğini ve diğer firmalardan alınan fren balatalarıyla karşılaştırıldığında dolgu malzemesi olarak kullanılabilirliğinin mümkün olduğunu belirlemişlerdir. Bu çalışmada 400 °C’ ye kadar olan aşınma sürtünme testlerinde mermer tozunun kullanılabileceğini gözlemişlerdir [126]. Son yıllarda fren balatalarının iyi bir frenleme performası göstermesinin yanısıra çevre dostu olması da