Fren disklerinde plazma sprey alümina esaslı kaplamaların uygulanabilirliği ve kaplamalı disk- balata arası sürtünme davranışının incelenmesi

Abstract

Yeni nesil otomobil fren sistemlerinde (rejeneratif fren sistemlerinde) kullanılacak disklerinden aşınma ve korozyona karşı daha uzun kullanım ömrü ve yüksek fren performansı istenmektedir. Bunun yanında diskin ve balata malzemesinin zaman içerisinde aşınmasından kaynaklı fren tozlarının neden olduğu çevresel kirlilik önemli bir problem haline gelmiştir. Disk yüzeylerinde koruyucu ve aşınmaya dirençli bir kaplama gereksinimi artmıştır. Bu çalışmada, gri dökme demir fren diskleri üzerine plazma sprey yöntemi ile farklı kalınlıklarda Al2O3-TiO2 esaslı seramik kaplama tabakası biriktirilmiştir. Farklı proses parametreleri ile kaplama tabakasının mikro yapısı ve kalınlığı kontrol edilmiştir. Optimize edilmiş plazma sprey parametreleri sonrasında kaplamaların karakterizasyonu ve mekanik testleri gerçekleştirilmiş ve gerçek diskler üzerinde test ve analiz çalışmaları yürütülmüştür. Fren diski ile balata malzemesi arasında sürtünme davranışını incelemek için farklı sıcaklıklarda uygulanan dinamometre testlerinden yararlanılmış ve sürtünme katsayısının değişimi incelenmiştir. Elde edilen bulgular sonucunda plazma sprey yöntemi ile disk üzerinde arzulanan özelliklerde ve kalınlıklarda seramik kaplamanın üretilebildiği ve mikro yapının kontrol edilebildiği anlaşılmıştır. Kaplamalı disklerde dökme demire göre üstün performans ve kullanım ömrüne sahip olduğu gözlemlenmiştir. Plazma sprey yöntemi ile üretilen seramik esaslı kaplamaların disk yüzeylerinde önemli avantajlara sahip olduğu anlaşılmaktadır.

Brake discs to be used in new generation automobile braking systems (regenerative braking systems) require longer service life against to wear and corrosion, and higher braking performance. In addition, environmental pollution caused by brake dust due to the wear of the disc and friction material over time has become an important problem. The requirement for a protective and wear-resistant coating on the disk surfaces has increased. In this study, Al2O3-TiO2 based ceramic coating layer of different thicknesses has been deposited on the gray cast iron brake discs by plasma spray method. Microstructure and thickness of the coating layer were controlled with different process parameters. After the optimized plasma spray parameters, the characterization and mechanical tests of the coatings were carried out and test and analysis studies were carried out on real discs. Dynamometer tests applied at different temperatures were used to examine the friction behavior between the brake disc and the friction material and the change of the friction coefficient was examined. As a result of the obtained findings, it has been understood that the ceramic coating with the desired properties and thicknesses on the disc can be produced and the microstructure can be controlled by the plasma spray method. It has been observed that coated disc has superior performance and lifetime compared to cast iron. It is understood that ceramic-based coatings produced by plasma spray method have important advantages on disk surfaces.