Taşıt Teknolojileri Elektronik Dergisi (TATED) Cilt: 3, No: 1, 2011 (29-39) Electronic Journal of Vehicle Technologies (EJVT) Vol: 3, No: 1, 2011 (29-39) TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR www.teknolojikarastirmalar.com e-issn: 1309-405X Makale (Article) Karbon Nanotüp Ve Grafit Tozunun Fren Balata Numunelerinin Aşınma Ve Yoğunluk Özelliklerine Etkileri *Recai KUŞ, **Mustafa TOROS *Selçuk Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi, Makine Eğitimi Bölümü, Konya/TÜRKİYE **Selçuklu Teknik ve Endüstri Meslek Lisesi, Konya/TÜRKİYE recaikus@gmail.com Özet Son yıllarda, otomotiv teknolojisindeki gelişmelerin sonucunda otomobillerin hız ve ivmelenme kabiliyetleri artmıştır. Otomobilleri güvenli bir şekilde yavaşlatmak veya durdurmak için kullanılan fren sistemlerinin önemli elemanlarından biri balatalardır. Balata malzemesi olarak kullanılabilecek malzemelerin çokluğu sebebiyle balataların bileşimleri üzerine yapılan araştırmalar oldukça fazladır. Bu çalışmada, karbon elementinin iki farklı tipi olan karbon nanotüp ve grafit tozu fren balatası bileşeni olarak kullanılmıştır. Balata numunelerinin üretim aşamasındaki yoğunluk değişimleri ve fren pedal kuvvetine göre aşınma miktarlarının değerlendirilmesi yapılmıştır. Balatada bileşen olarak kullanılan diğer malzemeler demir yünü, bakır, kalay ve kurşun tozlarıdır. Deney sonuçlarına göre; karbon nanotüplü numunelerin sinterleme işlemindeki yoğunluk değişimleri grafitli numunelere göre daha fazla olmuştur, uygulanan pedal kuvvetinin artmasıyla tüm numunelerdeki aşınma miktarları da artmıştır, en az aşınma B4 ve A2 numunelerinde olmuştur. Anahtar Kelimeler: Aşınma, Balata, Fren, Grafit, Karbon Nanotüp. The Effects Of Carbon Nanotube Or Graphite Powder On Wear And Density Properties Of Brake Pad Samples Abstract In recent years, as a result of developments in automotive technology, increasing the speed and acceleration capabilities of the automobiles has increased. Brake pads which are one of the important elements of brake systems are used to slow down or stop the automobiles safely. Due to the many materials that can be used as a lining material the studies on the composition of brake lining has increased. In this study, two different types of the element carbon, carbon nanotubes and graphite powder were used as a component of brake lining. Assessments of density changes in the manufacturing process of lining samples and the amount of wear by the force of the brake pedal were made. Other materials used in brake pads as a component of iron wool, copper, tin and lead powders. According to the results of the experiment; changes in density of carbon nanotube samples in sintering process have been more than graphite samples, in all samples wear increased with increasing amounts of applied force to the pedal, at least wear in samples are B4 and A2. Keywords : Brake, Carbon nanotubes, Graphite, Lining, Wear Bu makaleye atıf yapmak için Kuş.R., Toros.M., Karbon Nanotüp Ve Grafit Tozunun Fren Balata Numunelerinin Aşınma Ve Yoğunluk Özelliklerine Etkileri Taşıt Teknolojileri Elektronik Dergisi 2011, 3(1) 29-39 How to cite this article Kuş.R., Toros.M.,, The Effects Of Carbon Nanotube Or Graphıte Powder On Wear And Density Properties Of Brake Pad Samples Electronic Journal of Vehicle Technologies, 2011, 3(1) 29-39
Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) 29-39 Karbon Nanotüp Ve Grafit Tozunun Fren Balata Numunelerinin 1. GİRİŞ Bir otomobildeki en önemli emniyet unsuru olan fren sistemi, aracın kinetik enerjisini sürtünme yoluyla ısı enerjisine dönüştürerek aracın durdurulmasını ya da kontrol altına alınmasını sağlayan sistemdir. Otomobil icat edilene kadar sürtünme malzemeleri ve mekanizmaları konusunda çok az gelişme olmuştur. İlk otomobillerde deri sürtünme malzemeleri kullanılırken, tekerleklerde şişirilebilir lastiklerin kullanılmaya başlanmasıyla birlikte fren sürtünme elemanları da değişim göstermeye başlamıştır. Fren balatalarından istenen özelliklerin çoğunu sağlayabilen asbest esaslı sürtünme malzemeleri uzun yıllar kullanılmalarına rağmen çevreye ve insan sağlığına olumsuz etkilerinin ortaya çıkması sebebiyle hükümetler tarafından kullanımı yasaklanmıştır. Bunun sonucu olarak bilim adamları fren balatalarında asbest yerine kullanılabilecek ekolojik malzemelerin araştırılması ve geliştirilmesi konusunda çalışmalar yapmaya başlamışlardır [1, 2]. Bu yönde yapılan çalışmalar sonucu ve malzeme bilimindeki gelişmelerle son yıllarda otomotiv fren balatalarının bileşiminde büyük değişiklikler olmuştur. Bileşimde yapılan değişikliklerle balataların sıcaklık dayanımı, sürtünme ve aşınma özellikleri iyileşmiştir. Günümüzde yüksek sıcaklıklara duyarlı ve insan sağlığını tehdit eden asbest esaslı sürtünme malzemelerinin yerine toz metalürjisi yöntemi ile üretilen, yüksek sıcaklıklara dayanıklı ve insan sağlığını tehdit etmeyen sürtünme malzemeleri üretilmeye çalışılmaktadır [3, 4]. Balatalar, içyapıları karmaşık olan kompozit malzemelerdir. İçyapısındaki malzemelerin çeşitlerine, oranlarına, balatanın değişik sıcaklık ve basınçtan oluşan değişken imalat yöntemlerine ve değişik kürleme metotlarına göre çok fazla çeşitlilik arz ederler. Standartlardaki istenen özelliklere ulaşmak için, hatta bunları daha da iyileştirmek için, bu malzeme ve ısıl işlemler konusunda üretici bağımsızdır. İstenen sürtünme katsayısını ve bunun sıcaklıkla değişim eğrisini kontrol etmek için bu parametreleri değiştirerek, sonuca ulaşıncaya kadar deneyler yapılır. Literatürlerde fren balatalarından istenen özellikler aşağıdaki gibi özetlenebilir [5]: Tüm çalışma koşullarında sabit sürtünme performansı Sürtünme davranışlarındaki değişimin az olması Yüksek sıcaklık direnci Yüksek ısı iletkenliği İyi korozyon direnci Yüksek mekanik mukavemet Düşük gürültü seviyesi Hava koşullarından etkilenmeme Balata malzemesinin sağlığa zararsız olması Yüksek aşınma mukavemeti Fren balatalarından istenen bu özelliklerin çoğunu sağlayabilecek bir fren balatasının üretimi için 5-20 farklı malzeme değişik oranlarda kullanılarak farklı üretim yöntemleriyle içyapısı karmaşık, kompozit fren balataları üretilmektedir. Günümüzde fren balatası üretiminde 2000 den fazla malzeme kullanılabilmektedir [6]. Fren balataları; organik, yarı metalik ve asbestsiz olmak üzere üç ana gruba ayrılabilir. Bu balataların performansları ve kullanım alanları farklıdır. Üreticiler ürün gruplarını ağır vasıta, hafif ticari, otomobil, motosiklet, bisiklet ve yarış araçları olarak sınıflandırabilmektedirler. Balatayı oluşturan bileşenler; bağlayıcı, sürtünme ayarlayıcı, dolgu maddesi, yağlayıcı, temizleyici ve renklendirici olarak sınıflandırılabilmektedir. Bağlayıcı malzeme olarak genellikle fenolik reçine kullanılmaktadır. Çünkü fenolik reçineler yüksek sıcaklık kararlılığına sahiptir ve alevlenmeye karşı dayanıklıdırlar. Balata üretiminde bileşenleri %20-80 oranında mineral esaslı, %10-60 oranında organik esaslı, %20-40 oranında bağlayıcı elemanlar, %10-20 oranında madeni esaslı malzemeler ve renk verici oksitler oluşturmaktadır. Balataların özellikleri bileşenlerin cinsine, miktarına ve üretim yöntemine göre değişir. Balatalara 30
Kuş,R., Toros.M., Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) 29-39 kullanıldığı yere göre özellik kazandırmak için balata içeriğini oluşturan malzeme cinsi ve oranları değiştirilir [7]. Liu ve ark., tarafından yapılan çalışmada stiren bütadien kauçuk ve nitril-bütadien kauçuk yerine debriyaj balataları, diskli ve kampanalı fren balataları üretimi için stiren bütadien nano toz kauçuk ve nitrilbütadien nano toz kauçuk kullanılarak numuneler üretilmiştir. Sabit hız sürtünme testi sonuçları ve dinamometre testleri nano toz kauçuğun sürtünme malzemelerinin özelliklerini oldukça geliştirebileceğini göstermiştir. Nano toz lastik ile modifiye edilmiş sürtünme malzemelerinin sürtünme katsayısı sıcaklık değişimi ile sürekli değiştiği ve sürtünme malzemelerinin aşınma oranı nano toz lastik kullanımıyla nispeten düştüğü deneylerde görülmüştür. Bu sonuçlar, nano toz kauçuk uygulamalarının çeşitli sürtünme malzemesi uygulamaları için ideal ve sürtünme malzemeleri için kauçuğun yeni bir tür modifiye edici olduğunu göstermiştir [8]. Chand ve ark, tarafından 2004 yılında yapılan çalışmada, asbestsiz olarak hazırlanan cam fiber, mineral dolgu, metal parçalar, fenolik reçine, grafit ve katkılar kullanılarak hazırlanan 3 farklı kompozit fren balatası numunelerinin özellikleri fiziksel ve aşınma özellikleri incelenmiştir. Balata numuneleri 140 0 C sıcaklıkta 10 dakika süreyle 1000 kgf/cm 2 basınçla preslenmiş ve sonrasında 24 saat süreyle 120 0 C de kürlenmiştir. Sürtünme katsayısı, yoğunluk, aşınma direnci, SEM görüntüsü, basınç dayanımı ve perçin tutma kapasitesi gibi özellikleri ölçülmüştür. Tüm numunelere 1-3-5 ve 7 N luk yükler uygulanarak aşınma dirençleri ölçülmüştür. Tüm numunelerin aşınmasındaki artış miktarları kayma mesafeyle doğru orantılıdır. Tüm numunelerin 7 N yük altındaki deney sonuçları karşılaştırıldığında; B numunesin aşınma direnci A ve C numunesine göre daha fazla olduğu, bunun sebebinin de B de cam fiber oranının fazla olmasından kaynaklandığı yorumu yapılmıştır. Mineral fiber ve cam fiber oranının azalmasıyla abrasiv aşınmanın azaldığı sonucuna varılmıştır [6]. Bu çalışmada belirli oranlarda bakır, kalay, kurşun tozları ile demir yününden oluşturulan ana karışıma belirli oranlarda grafit veya karbon nanotüp ilave edilerek elde edilen fren balatası numunelerinin üretim basamaklarından olan sinterleme işlemi öncesi ve sonrasındaki yoğunlukları ile numunenin farklı pedal kuvvetlerindeki aşınma değerleri deneysel olarak araştırılmıştır. 2. MATERYAL VE METOD 2.1 Balatanın Üretimi Yapılan çalışmada karbon nanotüp ile grafitin fren balatası kullanılabilme durumu araştırıldığı için öncelikle fren balatası numunesi üretiminden önce belirli bir temel formül oluşturulmasına karar verilmiştir. Karbon nanotüp ile grafiti belirli oranlarda bu ana karışım içerisine ilave ederek 4 er farklı bileşimde toplamda 8 farklı numune üretilmiştir. Numunelerin baz formülünün oluşturulmasında literatür çalışmalarından ve daha önce bu konuda çalışma yapmış bilim adamlarının tecrübelerinden faydalanılmış, birkaç deneme üretimi yapıldıktan sonra ana karışımın kütlesel olarak %70 bakır tozu, %12 demir yünü, %9 kalay tozu ve %9 kurşun tozundan oluşturulması kararlaştırılmıştır. Balata numunesi üretim aşamasında bileşim oranlarını belirlemede hesaplama kolaylığı için kütlesel oran esas alınmıştır. Grafit ile karbon nanotüpün sinterleme işlemi öncesi ve sonrasındaki yoğunlukları ile aşınmaya etkilerini karşılaştırmak için ana karışıma %0,5-%1-%2-%4 oranlarında grafit ile karbon nanotüp ayrı ayrı ilave edilmiş ve grafitli numuneler sırasıyla A1, A2, A3, A4, karbon nanotüplü numuneler ise B1, B2, B3, B4 olarak kodlanmıştır. 3 tekrarlı deney yapabilmek için her bir numuneden 6 şar adet üretilmiştir. Çizelge 1 ve Çizelge 2 de fren balatası numunelerinin üretiminde kullanılan bileşenlerin özellikleri verilmiştir. 31
Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) 29-39 Karbon Nanotüp Ve Grafit Tozunun Fren Balata Numunelerinin Çizelge 1. Bileşimlerin özellikleri [5] Özellik Kalay Bakır Demir Kurşun Grafit Yoğunluk (g/ml) 7,310 8,920 7,874 11,340 2 Erime noktası( C) 231,93 1084,62 1538 327,46 3527 Kaynama Noktası( C) Mineral Sertliği Özgül ısı (Jg -1 K -1 ) Isı iletkenliği(w/cmk) Elektrik analizi (mesh) Nem ( % ) 2602 1,5 0,228 0,67 2927 3 0,38 4 2861 4 0,440 0,80 1749 1,5 0,129 0,35 Çizelge 2. Karbon nanotüpün özellikleri [5] Özellik Değer Yoğunluk (g/cm 3 ) ~ 2,1 Özgül yüzey alanı (m 2 /g) 110 Elektriksel iletkenlik (S/cm) >100 Boyutu Dış çap (nm) 20-30 İç çap (nm) 10-20 Uzunluk (µm) 10-30 Karışım içeriği C (%) 98,35 Cl (%) 0,45 Fe (%) 0,26 Ni (%) 0,94 1 200 1,5 Fren balatası üretiminin ilk aşamasında bileşenler elektrikli mikserde 10 dakika süreyle karıştırılmış ve karışımın homojen olabilmesi için karıştırma işleminin her 3 dakikasında karıştırıcı dikey yönde çalkalanmıştır. Karıştırma işlemi tamamlandıktan sonra bileşim mikser içerisinde oda sıcaklığında 15 dakika bekletilmiştir. Fren balatası karışımı tek yönlü hidrolik preste, 30x40 (çap -kurs) ebatlarındaki kalıp içerisine yerleştirilerek preslenmiştir. Frenleme performansını balata numunesinin üretiminde kullanılan malzemeler kadar üretim parametreleri de etkilediğinden presleme esasında bileşime uygulanacak basınç, sıcaklık ve sürenin tespiti için literatür bilgilerinden faydalanılarak çeşitli üretim denemeleri sonucunda presleme basıncının 10 Mpa, presleme esnasındaki sıcaklığın 150ºC ve presleme süresinin 10 dakika olmasının uygun olacağı sonucuna varılmıştır. 2.2 Numunelerin Sinterlenmesi Sinterleme sıcaklığının ve süresinin belirlenmesi amacıyla üretimi yapılan grafitli ve karbon nanotüplü numunelerin sinterleme işlem parametreleri, ön denemeler yapılarak tespit edilmiştir. Bunun için sırasıyla 800ºC, 810 C, 820 C sıcaklıklarda ve 45-60-75 dakika sürelerde 9 deneme yapılmıştır. Sinterleme işlemi için en uygun sinterleme sıcaklığının 800 C ve sinterleme süresinin 75 dakika olduğu tespit edilmiştir. 25 C sıcaklıkta başlayan sinterleme işleminde tüm numuneler 30 dakika sonra 800 C sıcaklığa maruz kalmışlardır. 800 C de 45 dakika bekletilmiş ve sonrasında fırın içerisinde soğuması beklenmiştir. Üretimleri yapılan tüm fren balatası numunelerinin sinterleme öncesi ve sonrasındaki yoğunlukları (g/cm 3 ), ağırlıkları ve boyutları hassas terazi ve kumpas ile ölçülerek tespit edilmiştir. 32
Kuş,R., Toros.M., Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) 29-39 2.3 Deney Düzeneği Şekil 1. Sinterleme aşaması Deney düzeneğinde bir otomobilin fren sistemi bulunmaktadır. Deney düzeneğinde disk, diskin hareketini sağlamak için elektrik motoru, kaliper ve kaliperde fren balatalarının yerleştirileceği balata tutucu pabuçlar ve hidrolik ünite ile verilerin kaydedildiği bir bilgisayar bulunmaktadır. Deney düzeneğinde fren diskini döndürmek için 380 volt, 50 Hz, 86 A, 4 kw gücünde trifaze, redüktörlü elektrik motoru ve pedal kuvvetölçeri bulunmaktadır. Şekil 2 de fren test cihazının resmi görülmektedir. Deneylerde fren pedal kuvvetini ölçülebilmek için Shimpo marka FGN-50B model, kalibre edilmiş kuvvetölçer kullanılmıştır. Kuvvetölçer 0,01 hassasiyetinde ve 500 N kuvveti ölçebilecek kapasitededir. Numunelerin aşınma miktarları 0,001 gr hassasiyetinde ölçüm yapabilen elektronik terazi ile kütle kaybı esasına göre deney öncesi ve deney sonrasında tüm numuneler tartılarak belirlenmiştir. Şekil 2. Fren test cihazının şematik görünümü 1.Fren diski, 2.Fren kaliperi, 3.Elektrik motoru, 4.Redüktör, 5.Fren merkezi, 6.Kuvvet ölçer, 7. Fren pedal ayar çarkı, 8.Kontrol ünitesi, 9.Yük hücresi, 10.Termokupul, 11.Bilgisayar Bütün numuneler 250 N fren pedal kuvveti altında, 360 d/dk motor devrinde, fren diski çevresel hızı 4.5 m/s, 5 dakika süre sürekli sürtünmeye tabi tutularak numune yüzeyinin %95 i fren diskine temas edinceye kadar alıştırma işlemi yapılmıştır. Fren balatası numunelerinin aşınma değerlerini belirleyebilmek için maksimum elektrik motoru devrinde, 10 dakika sürede, sırasıyla 150-200-250 N fren pedal kuvvetleri altında sürekli frenleme yapılarak belirlenmiştir. Frenleme pedal kuvvetinin 150-200-250 N seçilmesinin sebebi; 100 N da yapılan denemelerde elde edilen sonuçların önemsenmeyecek kadar küçük olmasıdır. 250 N dan sonraki pedal kuvvetlerinde ise kuvvetin fazla gelmesi sebebiyle balatalar diskin dönüş hızını yavaşlatarak diskin durmasına sebep olmuştur. 33
Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) 29-39 Karbon Nanotüp Ve Grafit Tozunun Fren Balata Numunelerinin Performans deneyleri 1475 d/dk devirde, 150-200-250 N olmak üzere üç farklı fren pedal kuvvetinde yapılmıştır. Deney cihazı çalıştıktan sonra pedal kuvveti artırılarak uygulanmıştır. Deneylerden biri bittikten sonra yeni deneye geçmeden önce diskin oda sıcaklığına kadar soğuması beklenmiş ve daha sonra yeni balatalar takılarak denemeler yapılmıştır. 3. DENEYSEL SONUÇLAR VE TARTIŞMA Bu çalışmada kütlesel olarak %70 bakır tozu, %9 kalay tozu, %12 demir yünü ve %9 kurşun tozundan oluşan ana karışım içerisine %0,5-%1-%2-%4 oranlarda grafit ile karbon nanotüp ayrı ayrı katmak suretiyle 8 farklı numune üretilmiştir. Her bileşim için deneyler üç kez tekrarlandığından toplamda 48 numune üretilmiştir. Grafit ile karbon nanotüp katkılı numunelerin sinterleme işlemi öncesi ve sonrası yoğunlukları ile farklı pedal kuvvetlerine bağlı olarak aşınma miktarları deneysel olarak araştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar aşağıda verilmiştir. 3.1 Sinterleme Yoğunlukları Sinterleme toz kütlesinin veya gözenekli yapıda sıkıştırılmış toz parçaların özelliklerini gözeneksiz yapıya sahip malzeme özelliklerine değiştirmek için yapılan bir ısıl işlem uygulamasıdır. Sıkıştırılmış toz yapılar içerindeki parçacıklar bir biri ile temas ediyor olsa da her bir parçacık diğerinden bağımsızdır. Sinterleme ile parçacık temas noktaları artmakta, atomlar ve iyonlar arasında fiziksel bir bağ oluşmaktadır. Tek fazlı sistemlerde (saf toz kullanımında) sinterleme tamamen katı fazda gerçekleşir. Çok fazlı sistemlerde (birden fazla türde toz bir arada kullanılması durumunda veya toz içerisinde bulunan safsızlıklar) sinterleme işlemi sıkıştırılmış parçanın katı formunu koruyacak şekilde sıvı fazda gerçekleşebilir. Sıkıştırılmış toz parçalar arasındaki bağlantı yapışma, mekanik kitlenme ve benzeri türden zayıf bağlar olup kristal kafes içerisindeki bağ dayanımına kıyasla çok zayıf kalmaktadır. Bu sebeple; sıkıştırılmış ham yoğunluktaki toz parçalarına mukavemet ve yüksek yoğunluk kazandırmak amacıyla ergime noktasının altındaki sıcaklıkta ısıl işlem uygulanır. Sinterleme esnasında düşük erime sıcaklığına sahip tozların bir kısmının buharlaşarak yapıyı terk etmesi veya buharlaşma sonucu malzeme içerisinde balon şeklinde boşluk oluşturması sebebiyle hacim artması sonucu yoğunluğun düşmesi beklenen bir sonuçtur. Balata numunesi içerisindeki karbon nano tüpün sinterleme esnasında küresel hale gelerek sinterlenen malzemenin hacim daralması olayını engellediği düşünülmektedir. Sinterleme ile basılmış toz parçalarda yoğunluk artışına neden olan boyutsal (veya hacimsel) küçülme meydana gelir. Bu durum özellikle çok ince taneli tozlarda daha fazla görülmektedir. Tüm toz metal ve seramik parçalar mukavemet kazandırmak amacıyla yüksek sıcaklıklarda sinterlemeye tabi tutulurlar. 150 ºC sıcaklık, 10 Mpa basınçta 10 dakika sıkıştırılan numuneler daha sonra oksijensiz ortamda 75 dakika süreyle 800 ºC sıcaklığa maruz bırakılarak sinterleme işlemi tamamlanmıştır. Sinterleme işlemi esnasındaki yoğunluk değişimini belirleyebilmek için sinterleme öncesi ve sonrasında numunelerin boy ve ağırlık değişimleri, hassasiyeti yüksek kumpas ve teraziyle ölçülerek hesaplanmıştır. Numuneler sinterleme işlemine maruz bırakılırken fırın içerisine bir boru içine yerleştirilerek konulduğundan çap değişikliği olmamıştır. Şekil 3 te ve Şekil 4 de grafitli (A) ve karbon nanotüplü (B) numunelerin yoğunlukları (g/cm 3 ) verilmiştir. 34
Kuş,R., Toros.M., Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) 29-39 Şekil 3. Grafitli numunelerin sinterleme öncesi ve sonrasındaki yoğunlukları Şekil 4. Karbon nanotüplü numunelerin sinterleme öncesi ve sonrasındaki yoğunlukları Sinterleme öncesi ile sonrasındaki numunelerin yoğunlukları karşılaştırıldığında A1, A2, A3 ve A4 numunelerinin yoğunluk değişim oranları sırasıyla 7.05, 6.62, 6.15, 6.11, B1, B2, B3 ve B4 numunelerin de yoğunluk değişim oranları sırasıyla 6.71, 9.13, 9.92, 10.33 olarak gerçekleşmiştir. Grafitin yoğunluğunun düşük olması sebebiyle balata numunelerindeki grafit oranının artmasına ters orantılı olarak yoğunluklar düşmüştür. Yani numunelerdeki grafit oranının artmasıyla numunenin hacmi artmıştır. Grafitli numunelerde oran arttıkça sinterleme sonrası yoğunluk düşüşünde azalma göstermesinin sebebi numunelerin hacimsel olarak genişlemesinin yavaş olmasıdır. Karbon nanotüpün yoğunluğu da düşük olduğundan oran artışıyla birlikte numunede yoğunluk düşüşü olmuştur. Karışım oranını belirlemede kütlesel oranın dikkate alınması sebebiyle ana karışım içerisine kütlesel olarak aynı miktarlarda grafit ile karbon nanotüp ilave edilmesine karşın karbon nanotüp hacimsel olarak daha fazla yer kapladığından yoğunlukları grafitli numunelere göre daha düşüktür. Sinterleme işlemindeki yoğunluk değişimi B numunelerinde daha fazla olmuş ve karbon nanotüp miktarındaki artışla doğru orantılı olarak artmıştır. 35
Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) 29-39 Karbon Nanotüp Ve Grafit Tozunun Fren Balata Numunelerinin 3.2 Aşınma Elektrik motoru diski 1475 d/dk hızla döndürürken 600 saniye süre ile fren balatası numuneleri 3 farklı fren pedal kuvvetinde (150-200-250 N) frenlemeye tabi tutularak numunelerin aşınma miktarları belirlenmiştir. Deney öncesi ve sonrasında numuneler 0,001 g hassasiyetindeki teraziyle ölçülerek aşınma miktarları tespit edilmiştir. 3 tekrarlı olarak yapılan her numunenin deneyleri için elde edilen verilerin ortalamaları alınarak Şekil 5-10 arasındaki grafikler oluşturulmuştur. Şekil 5. A1 ve B1 numunelerinin aşınma grafiği Şekil 6. A2 ve B2 numunelerinin aşınma grafiği 36
Kuş,R., Toros.M., Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) 29-39 Şekil 7. A3 ve B3 numunelerinin aşınma grafiği Şekil 8. A4 ve B4 numunelerinin aşınma grafiği Tüm grafikler incelendiğinde uygulanan pedal kuvvetinin artmasıyla tüm numunelerdeki aşınma miktarlarının da arttığı görülmektedir. 1 ve 2 kodlu numunelerde aşınma B numunelerinde fazla iken 3 ve 4 kodlu numunelerde aşınma A numunelerinde daha fazla olmuştur. A kodlu numuneler içerisinde A2 numunesinin aşınma miktarı tüm pedal kuvvetlerinde diğerlerine göre daha düşük olurken A1 numunesi ise en fazla aşınmanın olduğu numune olmuştur. A3 ve A4 numunelerinin aşınma miktarları ise beklendiği gibi hem kendi aralarında hem de uygulanan fren pedalı kuvveti ile orantılı olarak gerçekleşmiştir. B kodlu numunelere uygulanan fren pedal kuvvetiyle aşınma tüm numunelerde doğrusal olarak artarken pedal kuvvetleri sabit olarak ele alındığında numune içerisindeki karbon nanotüp miktarının artmasıyla aşınma miktarı azalma göstermiştir. B numuneleri içerisinde en az aşınma 150 N pedal kuvvetinde B4 numunesinde olurken en fazla aşınma ise 250 N da B1 numunesinde olmuştur. 37
Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) 29-39 Karbon Nanotüp Ve Grafit Tozunun Fren Balata Numunelerinin Şekil 9. A kodlu numunelerin aşınma grafiği Şekil 10. B kodlu numunelerinin aşınma grafiği 4. SONUÇLAR VE DEĞERLENDİRME Bu çalışmada, karbon nanotüpün fren balatası olarak kullanılabilirliği sinterleme işlemindeki yoğunluk değişimleri ve aşınma miktarlarının grafit ile karşılaştırılmaları yapılarak araştırılmıştır. Bunun için aynı kimyasal bileşime sahip fren balata numunelerine ağırlıkça aynı oranlarda grafit veya karbon nanotüp ilave edilerek elde edilmiş numunelere üretim aşaması basamaklarından olan sinterleme işlemindeki yoğunluk değişimleri ve belirli fren pedal kuvvetlerindeki aşınma miktarları deneysel olarak araştırılmıştır. Deney sonuçlarına göre; Karbon nanotüpün oranının artmasıyla aşınma değerlerinin azalması nanotüpün hızlı bir şekilde karbür yapı oluşturarak kompozitin sertliğinin artmıştır, Numunelerin bileşiminde % 0,5 oranında karbon nanotüp katkılı numunelerde en fazla aşınmanın olduğu, en az aşınma ise % 4 karbon nanotüp katkılı numunelerde görülmüştür, Sürtünme ayarlayıcı olarak kullanılan karbon nano tüpün grafite oranla daha kaydırıcı özelliği olduğu düşünülmekte. Bu özelliğinden karbon nano tüpün % oranı arttıkça aşınma miktarının azaldığı gözlenmiştir. 38
Kuş,R., Toros.M., Teknolojik Araştırmalar: TATED 2011 (3) 29-39 NOT: Bu çalışma Selçuk Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri (BAP) Koordinatörlüğü tarafından 2010/10201049 nolu yüksek lisans tez projesi olarak desteklenmiştir. 5. KAYNAKLAR 1. Bijwe, J., 1997. Composites as a Friction Material Recent Developmets in Non-asbestos Fiber Reinforced Friction Materials a Reveiw, Polimer Composites, 18, 3, 378-396. 1. Mutlu, İ. ve Öner, C., 2002. Cam Elyaf Takviyeli Disk Fren Balatalarının Özelliklerinin İncelenmesi, TEKNOLOJİ, Yıl 5, (2002), Sayı 3-4, 89-96, Online: http://technology.karabuk.edu.tr/arsiv/1302-0056/2002/cilt(5)/sayi(3-4)/89-96.pdf, erişim tarihi: 20.06.2011. 2. Boz, M., ve Kurt, A., 2005. Wear Behavior of Organic Asbestos Based and Bronze Based Powder Metal Brake Linings, Materials and Design,, Volume 25, Issue 4, Pages 343-347. 3. Boz, M. ve Kurt, A. 2006. Bronz Esaslı Fren Balata Malzemelerinin Sürtünme-Aşınma özelliklerine Çinkonun Etkisi, Gazi Üniversitesi, Mimarlık-Mühendislik Fakültesi Dergisi, Cilt 21, No 1, Ayar, H., 1991. Disk Fren Balatalarında Bileşimin Performansa Etkilerinin Deneysel İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. 4. Toros, M., 2011. Fren Balatalarında Nano Malzemelerin Kullanımının Frenleme Performansına Etkilerinin Deneysel Araştırılması, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya. 5. Chand, N., Hashmi, S.A.R., Lomash, S. and Naik, A., 2004. Development of Asbestos Free Brake Pad, IE (I) Journal MC, Vol 85, April 2004, online: http://www.scribd.com/doc/57178664/asbestos-free-brake- Lining, 12.06.2011. 6. Ayar, H., 1991. Disk Fren Balatalarında Bileşimin Performansa Etkilerinin Deneysel İncelenmesi, Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. 8. Liu Y., Fan Z., Ma H., Tan Y., Qiao J., 2006. Application of Nano Powdered Rubber in Friction Materials, Wear 261 (2006) 225 229. 39