Bu çalışmada, fren balatası üretiminde günümüzde tercih edilen toksik esaslı malzeme bileşenlerinin yerine saflığı yüksek, düşük maliyetli ve en önemlisi insan sağlığı açısında zararlı olmayan tozları kullanmak amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, fren balatası üretiminde genellikle dört veya beş bileşen olarak çoklu sayıda kullanılan hammaddelere alternatif olarak, üretimde içeriğe eklenecek tamamen seramik esaslı iki bileşenli yeni kompozit malzemeler geliştirilmiştir. Ayrıca, bu kompozit malzeme içeriği ile birlikte fren balatası ömrünün de uzatılması hedeflenmiştir. Kompozitin ana kompozisyonunu oluşturan başlangıç malzemesinde itriyum stabilize tetragonal zirkonya (Y-TZP) tozları matris faz olarak tercih edilmiştir. Y-TZP yüksek refrakterlik ve tokluk değerleri göstermesi sebebiyle kompozisyonun temel bileşimini oluşturmaktadır. Y-TZP içerisine belirli oranlarda alümina (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 mikroyapısal değişim ile birlikte fiziksel ve mekanik özellikler, sırasıyla X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji saçınımlı X-ışını (EDX) spektroskopisi, Arşimet yoğunluk ölçümü, Vickers sertlik ve tokluk analizleri ile triboloji aşınma testleri uygulanarak tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde, fren balata sistemlerinin üretiminde içeriğe eklenecek bir seramik kompozit örneğinin, seramik esaslı malzemelerden hazırlanarak yüksek mekanik özelliğe ve düşük aşınmaya sahip olabileceği mümkün görülmüştür. Böylece, bu çalışma ile fren balatalarının mevcut üretim teknolojileri üzerine farklı yeni bir yaklaşım sunulmuştur.
In present research, it was aimed to utilize high-purity, low-cost, and most importantly non-toxic powders for human health instead 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 raw materials that consisted of generally four or five constituents used in the production of brake pad. In addition, it was also expected to extend the life span of brake pad by this composite material content. In the brake pad production, yttrium-stabilized tetragonal zirconia (Y-TZP) powders were preferred to matrix phase among the starting materials that forming the main composition of composite. Y-TZP was also considered as key component due to its high refractory and toughness properties. The bulk prototype samples were produced by cold isostatic pressing (CIP) and following the sintering at 1500-1600oC from starting formulations that composed of alumina (Al2O3) and manganese oxide (MnO) reinforcement into the Y-TZP matrix phase at certain proportions. Phase and microstructural changes in the samples as well as their physical and mechanical properties were respectively 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 the production of brake lining systems can be prepared from ceramic based materials and can have high mechanical property and low wear. Thus, this study clearly proposes a new different approach to current production technologies of brake pads. "> [PDF] Fren Balatası Üretimi için Zirkonya Esaslı Yeni Kompozisyonların Geliştirilmesi | [PDF] The Development of Zirconia-Based New Formulations for Brake Pad Production Bu çalışmada, fren balatası üretiminde günümüzde tercih edilen toksik esaslı malzeme bileşenlerinin yerine saflığı yüksek, düşük maliyetli ve en önemlisi insan sağlığı açısında zararlı olmayan tozları kullanmak amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, fren balatası üretiminde genellikle dört veya beş bileşen olarak çoklu sayıda kullanılan hammaddelere alternatif olarak, üretimde içeriğe eklenecek tamamen seramik esaslı iki bileşenli yeni kompozit malzemeler geliştirilmiştir. Ayrıca, bu kompozit malzeme içeriği ile birlikte fren balatası ömrünün de uzatılması hedeflenmiştir. Kompozitin ana kompozisyonunu oluşturan başlangıç malzemesinde itriyum stabilize tetragonal zirkonya (Y-TZP) tozları matris faz olarak tercih edilmiştir. Y-TZP yüksek refrakterlik ve tokluk değerleri göstermesi sebebiyle kompozisyonun temel bileşimini oluşturmaktadır. Y-TZP içerisine belirli oranlarda alümina (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 mikroyapısal değişim ile birlikte fiziksel ve mekanik özellikler, sırasıyla X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji saçınımlı X-ışını (EDX) spektroskopisi, Arşimet yoğunluk ölçümü, Vickers sertlik ve tokluk analizleri ile triboloji aşınma testleri uygulanarak tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde, fren balata sistemlerinin üretiminde içeriğe eklenecek bir seramik kompozit örneğinin, seramik esaslı malzemelerden hazırlanarak yüksek mekanik özelliğe ve düşük aşınmaya sahip olabileceği mümkün görülmüştür. Böylece, bu çalışma ile fren balatalarının mevcut üretim teknolojileri üzerine farklı yeni bir yaklaşım sunulmuştur. "> Bu çalışmada, fren balatası üretiminde günümüzde tercih edilen toksik esaslı malzeme bileşenlerinin yerine saflığı yüksek, düşük maliyetli ve en önemlisi insan sağlığı açısında zararlı olmayan tozları kullanmak amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, fren balatası üretiminde genellikle dört veya beş bileşen olarak çoklu sayıda kullanılan hammaddelere alternatif olarak, üretimde içeriğe eklenecek tamamen seramik esaslı iki bileşenli yeni kompozit malzemeler geliştirilmiştir. Ayrıca, bu kompozit malzeme içeriği ile birlikte fren balatası ömrünün de uzatılması hedeflenmiştir. Kompozitin ana kompozisyonunu oluşturan başlangıç malzemesinde itriyum stabilize tetragonal zirkonya (Y-TZP) tozları matris faz olarak tercih edilmiştir. Y-TZP yüksek refrakterlik ve tokluk değerleri göstermesi sebebiyle kompozisyonun temel bileşimini oluşturmaktadır. Y-TZP içerisine belirli oranlarda alümina (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 mikroyapısal değişim ile birlikte fiziksel ve mekanik özellikler, sırasıyla X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji saçınımlı X-ışını (EDX) spektroskopisi, Arşimet yoğunluk ölçümü, Vickers sertlik ve tokluk analizleri ile triboloji aşınma testleri uygulanarak tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde, fren balata sistemlerinin üretiminde içeriğe eklenecek bir seramik kompozit örneğinin, seramik esaslı malzemelerden hazırlanarak yüksek mekanik özelliğe ve düşük aşınmaya sahip olabileceği mümkün görülmüştür. Böylece, bu çalışma ile fren balatalarının mevcut üretim teknolojileri üzerine farklı yeni bir yaklaşım sunulmuştur.
In present research, it was aimed to utilize high-purity, low-cost, and most importantly non-toxic powders for human health instead 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 raw materials that consisted of generally four or five constituents used in the production of brake pad. In addition, it was also expected to extend the life span of brake pad by this composite material content. In the brake pad production, yttrium-stabilized tetragonal zirconia (Y-TZP) powders were preferred to matrix phase among the starting materials that forming the main composition of composite. Y-TZP was also considered as key component due to its high refractory and toughness properties. The bulk prototype samples were produced by cold isostatic pressing (CIP) and following the sintering at 1500-1600oC from starting formulations that composed of alumina (Al2O3) and manganese oxide (MnO) reinforcement into the Y-TZP matrix phase at certain proportions. Phase and microstructural changes in the samples as well as their physical and mechanical properties were respectively 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 the production of brake lining systems can be prepared from ceramic based materials and can have high mechanical property and low wear. Thus, this study clearly proposes a new different approach to current production technologies of brake pads. ">

Fren Balatası Üretimi için Zirkonya Esaslı Yeni Kompozisyonların Geliştirilmesi

Bu çalışmada, fren balatası üretiminde günümüzde tercih edilen toksik esaslı malzeme bileşenlerinin yerine saflığı yüksek, düşük maliyetli ve en önemlisi insan sağlığı açısında zararlı olmayan tozları kullanmak amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, fren balatası üretiminde genellikle dört veya beş bileşen olarak çoklu sayıda kullanılan hammaddelere alternatif olarak, üretimde içeriğe eklenecek tamamen seramik esaslı iki bileşenli yeni kompozit malzemeler geliştirilmiştir. Ayrıca, bu kompozit malzeme içeriği ile birlikte fren balatası ömrünün de uzatılması hedeflenmiştir. Kompozitin ana kompozisyonunu oluşturan başlangıç malzemesinde itriyum stabilize tetragonal zirkonya (Y-TZP) tozları matris faz olarak tercih edilmiştir. Y-TZP yüksek refrakterlik ve tokluk değerleri göstermesi sebebiyle kompozisyonun temel bileşimini oluşturmaktadır. Y-TZP içerisine belirli oranlarda alümina (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 mikroyapısal değişim ile birlikte fiziksel ve mekanik özellikler, sırasıyla X-ışını kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji saçınımlı X-ışını (EDX) spektroskopisi, Arşimet yoğunluk ölçümü, Vickers sertlik ve tokluk analizleri ile triboloji aşınma testleri uygulanarak tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde, fren balata sistemlerinin üretiminde içeriğe eklenecek bir seramik kompozit örneğinin, seramik esaslı malzemelerden hazırlanarak yüksek mekanik özelliğe ve düşük aşınmaya sahip olabileceği mümkün görülmüştür. Böylece, bu çalışma ile fren balatalarının mevcut üretim teknolojileri üzerine farklı yeni bir yaklaşım sunulmuştur.

The Development of Zirconia-Based New Formulations for Brake Pad Production

In present research, it was aimed to utilize high-purity, low-cost, and most importantly non-toxic powders for human health instead 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 raw materials that consisted of generally four or five constituents used in the production of brake pad. In addition, it was also expected to extend the life span of brake pad by this composite material content. In the brake pad production, yttrium-stabilized tetragonal zirconia (Y-TZP) powders were preferred to matrix phase among the starting materials that forming the main composition of composite. Y-TZP was also considered as key component due to its high refractory and toughness properties. The bulk prototype samples were produced by cold isostatic pressing (CIP) and following the sintering at 1500-1600oC from starting formulations that composed of alumina (Al2O3) and manganese oxide (MnO) reinforcement into the Y-TZP matrix phase at certain proportions. Phase and microstructural changes in the samples as well as their physical and mechanical properties were respectively 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 the production of brake lining systems can be prepared from ceramic based materials and can have high mechanical property and low wear. Thus, this study clearly proposes a new different approach to current production technologies of brake pads.

___

  • [1] R. Ertan, and N. Yavuz, “Balata malzemelerinde kullanılan yapısalların balatanın tribolojik ve fiziksel özelliklerine etkisi”, Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, Sayı 1, Nisan 2010.
  • [2] Z. U. Elakhame, O. A. Alhassan and A. E. Samuel, “Development and production of brake pads from palm kernel shell composite”, International Journal of Scientific & Engineering Research, vol 5, no 10, pp. 735-744, October 2014.
  • [3] Y. Aku Shakerau, S. G. Amaren and S. Yawas Danjuma, “Evaluation of the wear and thermal properties of asbestos free brack pad using periwinkles shell particles”, Usak University Journal of Material Sciences, Sayı 1, 2013.
  • [4] F. N. Onyeneke, J. U. Anaele and C. C. Ugwuegbu, “Production of motor vehicle brake pad using local materials (perriwinkle and coconut shell)”, The International Journal Of Engineering And Science (IJES), vol. 3, no 9, pp. 17-24, September 2014.
  • [5] S. Mohanty and Y. P. Chugh, “Development of fly ashbased automotive brake lining”, Tribology International, vol. 40, no 7, pp. 1217-1224, February 2007.
  • [6] Ö. Bultan, D. Öngül, and P. Türkoğlu, “Zirkonyanın mikroyapılarına ve üretim şekillerine göre sınıflandırılması”, İstanbul Üniversitesi Diş hekimliği Fakültesi Dergisi, Sayı 2, 2010.
  • [7] C. K. Muoto, E. H. Jordan, M. Gell and M. Aindow, “Phase homogeneity in MgO–ZrO2 nanocomposites synthesized by a combined sol–gel/thermal decomposition route” Journal of the American Ceramic Society, vol. 93, no 10, pp. 3102-3109, May 2010.
  • [8] H. A. Abbas, F. F. Hamad, A. K. Mohamad, Z.M. Hanafi, and M. Kilo, “Structural properties of zirconia doped with some oxides”, Diffusion Fundamentals, Sayı 8, 2008.
  • [9] A. K. Bandyopadhyay, Nano Materials, New Age International Publisher, New Delhi, 2010.
  • [10] G. S. A. M. Theunissen, A. J. A. Winnubst, A. J. Burggraaf, “Effect of dopants on the sintering behaviour and stability of tetragonal zirconia ceramics”, Journal of the European Ceramic Society, vol. 9, no 4, pp. 251-263, 1992.
  • [11] Z. Khamverdi and Z. Moshiri, “An up-to date Literature Review”, Avicenna J. Dent. Res., vol. 4, no 1, pp. 1-15, 2012.
  • [12] R. Marin, G. Sponchia, E. Zucchetta, P. Riello, F. Enrichi, G. D. Portu and A. Benedetti, “Monitoring the t/ m martensitic phase transformation by photoluminescence emission in Eu+3 - doped zirconia powders”, J. Am. Ceram. Soc, vol. 96, no 8, pp. 2628-2635, April 2013.
  • [13] M. Mazaheri, A. Simchi, F. Golestani-Fard, “Densification and grain growth of nanocrystalline 3Y-TZP during two-step sintering”, Journal of the European Ceramic Society, vol. 28, no 15, pp. 2933-2939, November 2008.
  • [14] A. Senthil Kumar, A. Raja Durai, T. Sornakumar, “Development of alumina- ceria ceramic composite cutting tool”, International Journal of Refractory Metals &Hard Materials, vol. 22, no 1, pp. 17-20, January 2004.
  • [15] A. Senthil Kumar, A. Raja Durai, T. Sornakumar, “Machinability of hardened steel using alumina based ceramic cutting tools”, International Journal of Refractory Metals &Hard Materials, vol. 21, no 3-4, pp. 109-117, MayJuly 2003.
  • [16] C. Piconi, S. G. Condo and T. Kosmac, “Alumina- and zirconia-based ceramics for load-bearing applications”, Advanced Ceramics for Dentistry, chapter 11, pp. 219-253, September 2013.
  • [17] R. Stevens, Zirconia and Zirconia Ceramics, Magnesium Elektron Ltd, Manchester, U.K., 1986.
  • [18] C. W. Kuo, Y. H. Shen, F. L. Yen, H. Z. Cheng, I. M. Hung, S. B. Wen, et al., “Phase transformation behavior of 3 mol% yttria partially-stabilized ZrO2 (3Y–PSZ) precursor powder by anisothermal method”, Ceramics International, vol. 40, no 2, pp. 3243-3251, March 2014.
  • [19] O. Vasylkiv, Y. Sakka and V. V. Skorokhod, “Hardness and Fracture toughness of alumina-doped tetragonal zirconia with different yttria contents”, Materials Transactions, vol. 44, no 10, pp. 2235-2238, October 2003.
  • [20] S. Ramesh, S. Meenaloshini, C. Y. Tan, W. J. K. Chew and W. D. Teng, “Effect of manganese oxide on the sintered properties and low temperature degradation of Y-TZP ceramics”, Ceramics International, vol 34, no 7, pp. 1603- 1608, September 2008.
  • [21] Y. Sakka, T. Ishii, T. S. Suzuki, K. Morita and K. Hiraga, “Fabrication of high-strain rate superplastic ytrriadoped zirconia polycrystals by adding manganese and aluminum oxides”, Journal of the European Ceramic Society, vol. 24, no 2, pp. 449-453, July 2003.
  • [22] H. Zhou, J. Li and D. Yi, Xiao L, “Effect of manganese oxide on the sintered properties of 8YSZ”, Physics Procedia, vol. 22, pp. 14-19, December 2011.
ACADEMIC PLATFORM-JOURNAL OF ENGINEERING AND SCIENCE-Cover
  • ISSN: 2147-4575
  • Yayın Aralığı: Yılda 3 Sayı
  • Başlangıç: 2013
  • Yayıncı: Akademik Perspektif Derneği
Academic Researches Index - FooterLogo