Nano ve mikro partiküllü nadir toprak oksit takviyeli kompozit fren balatalarının tarım araçlarında kullanılabilirliği

Abstract

Nadir toprak oksit takviyeli malzemeler üzerine yapılan çalışmalar artmakla birlikte, özellikle fren sürtünme malzemeleri konusunda literatürde bir boşluk bulunmaktadır. Tez çalışmasında; %5 ve %10 nano ve mikro boyutta CeO2 takviyeli fren balatasının performansı incelenerek, tarım araçlarında kullanılabilirliği kapsamlı bir şekilde değerlendirilmiştir. Balata örneklerinin sürtünme karakteristiklerinin yanı sıra, fren diskindeki yüzey pürüzlülüğüne etkileri de incelenmiştir. Üretilen balata örneklerinde X-ışını kırınım analizi (XRD) kullanılmış, deneyler sonrası aşınma mekanizmalarının analizinde ise taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanılmıştır. Balata örnekleri kararlı bir sürtünme katsayısı sergilemiş olup, sürtünme katsayıları nano boyutlu %5 ve %10 CeO2 içeren numunelerde 0,25, mikro boyutlu %5 içeren numunede 0,26 ve mikro boyutlu %10 içeren numunede ise 0,27 olarak belirlenmiştir. CeO2 takviyeli nano boyutlu balata örneklerine nazaran mikro boyutlu balata örneklerinde daha düşük aşınma oranları tespit edilmiştir. Numunelerin ortalama sertlik değeri 94 Shore D olup, takviye edilen CeO2 oranı arttıkça hem mikro hem de nano boyuttaki balata örneklerinin sertlik değerleri de artmıştır. Yüzey pürüzlülüğü analizlerine göre CeO2 katkı maddesinin disk yüzeyindeki çizik ve girinti yoğunluğunu önemli ölçüde azaltmıştır. Aşınma yüzeylerine ait SEM analizlerine göre ise aşınma yüzeylerinde birincil ve ikincil platolar, mikro çatlaklar ve sürtünme kaynaklı çizikler belirlenmiştir. Tez çalışması ile nadir toprak oksit takviyeli fren balatalarının performans optimizasyonu ve aşınma davranışlarının anlaşılması açısından önemli katkılar sunmanın yanında CeO2 katkısının disk yüzey pürüzlülüğünü minimize etmesi endüstriyel uygulamalar için bu malzemenin potansiyelini de vurgulamaktadır.

While studies on rare earth oxide-reinforced materials are increasing, there is a gap in the literature, particularly on brake friction materials. This thesis study examined the performance of brake pads containing 5% and 10% nano-sized and micro-sized CeO2, comprehensively assessing their usability in agricultural vehicles. In addition to the friction characteristics of the pad samples, the effects on the surface roughness of the brake disc were also investigated X-ray diffraction analysis (XRD) was used on the produced pad samples, and scanning electron microscopy (SEM) was used to analyze the wear mechanisms after the experiments. The pad samples exhibited a stable coefficient of friction, with coefficients of friction determined as 0,25 for nano-sized samples containing 5% and 10% CeO2, 0,26 for micro-sized samples containing 5%, and 0,27 for micro-sized samples containing 10%. Lower wear rates were observed in micro-sized pad samples compared to nano-sized pad samples containing CeO2. The average hardness of the samples was 94 Shore D, and as the CeO2 content increased, the hardness values of both micro- and nano-sized pad samples also increased. Roughness analyses revealed that the CeO2 additive significantly reduced the scratch and indentation density on the disc surface. According to SEM analysis of the wear surfaces, primary and secondary plateaus, microcracks and friction-induced scratches were determined on the wear surfaces. This thesis study not only contributes significantly to the performance optimization and understanding of wear behavior of rare earth oxide-enhanced brake pads, but also highlights the potential of this material for industrial applications due to the CeO2 additive's ability to minimize disc surface roughness.