اکسید آلومینیوم قهوهای (همچنین به عنوان آلومینای ذوبشده قهوهای، BFA شناخته میشود) یک افزودنی ساینده مهم در بسیاری از فرمولاسیونهای مواد اصطکاکی، به ویژه در لنتهای ترمز غیر آزبست آلی (NAO) و نیمه فلزی است.
1. مشخصات مواد: اکسید آلومینیوم قهوهای
ترکیب: با ذوب بوکسیت (سنگ معدن آلومینیوم) با کک و آهن در کوره قوس الکتریکی تولید میشود. این ماده عمدتاً از α-Al₂O₃ تشکیل شده است، اما حاوی ۲-۴٪ دی اکسید تیتانیوم (TiO₂) و سایر ناخالصیها (سیلیس، اکسیدهای آهن) نیز میباشد.
خواص کلیدی (در مقایسه با اکسید آلومینیوم سفید):
سختی بالا: سختی موس حدود ۸.۹ (کمی کمتر از ۹.۰ آلومینای سفید، اما همچنان بسیار سخت).
چقرمگی بالا: بارزترین ویژگی آن. TiO₂ ساختار کریستالی سختتری ایجاد میکند و آن را در برابر خرد شدن یا شکستگی در اثر ضربه مقاومتر میکند.
خود تیز شوندگی: هنگام شکستگی، در امتداد صفحات شکاف میشکند تا لبههای تیز جدیدی نمایان شوند. این به حفظ عملکرد سایشی مداوم کمک میکند.
مقرون به صرفه: به طور کلی به دلیل استفاده از مواد اولیه ارزانتر (بوکسیت در مقابل آلومینای خالص) از اکسید آلومینیوم سفید ارزانتر است.
۲. اهمیت مش ۳۲۵
اندازه ذرات: 325 مش معادل اندازه متوسط ذرات تقریباً 44 میکرون (0.044 میلیمتر) است. این یک پودر با ریزدانگی متوسط محسوب میشود .
چرا این اندازه برای لنت ترمز اهمیت دارد:
سایش کنترلشده: به اندازه کافی ریز باشد تا به طور یکنواخت در ماتریس اصطکاک ادغام شود و اصطکاک ثابت و قابل پیشبینی را بدون اینکه بیش از حد به روتور آسیب برساند، فراهم کند.
تماس سطحی: تعداد زیادی نقطه تماس برای تعدیل اصطکاک مؤثر بدون “کندن” بیش از حد مرتبط با دانههای درشتتر فراهم میکند.
کاهش نویز: ذرات ریزتر در مقایسه با ذرات بسیار درشت، احتمال کمتری برای ایجاد صدای جیغ با فرکانس بالا دارند، اگرچه تعادل فرمولاسیون هنوز هم کلیدی است.
پراکندگی: به خوبی با پودرهای دیگر (رزینها، الیاف، روانکنندهها) مخلوط میشود تا ترکیبی همگن ایجاد شود.
۳. وظایف اصلی در فرمولاسیون لنت ترمز
آلومینای قهوهای مش ۳۲۵ به عنوان یک پرکننده ساینده اصلاحکننده عملکرد عمل میکند :
تثبیتکننده و اصلاحکننده ضریب اصطکاک:
جلوگیری از لعاب کاری: ذرات سخت و تیز آن، سطح اصطکاک پد و روتور را به صورت میکرو شیار میدهند و از تشکیل یک لایه شیشهای صاف و کم اصطکاک (“لعاب کاری”) جلوگیری میکنند.
حفظ اصطکاک در دمای بالا: با تجدید مداوم سطح تماس، به خنثی کردن کاهش اصطکاک در دماهای بالا کمک میکند. چقرمگی آن تضمین میکند که در برابر نیروهای برشی بالا دوام میآورد.
مدیریت سایش:
افزایش مقاومت در برابر سایش پد: دوام کلی کامپوزیت پد را افزایش میدهد.
سایش روتور تعریفشده: این یک ساینده کنترلشده است، به این معنی که باعث سایش قابل اندازهگیری روتور میشود. این یک بدهبستان محاسبهشده است. سایش مداوم و ظریف ذرات مش ۳۲۵ بر سایش نامنظم و شیاردار ناشی از سایندههای کنترلنشده یا درشت ترجیح داده میشود.
نقش حرارتی و مکانیکی:
رسانایی گرمایی: اکسید آلومینیوم رسانایی گرمایی خوبی دارد و به اتلاف گرما از سطح تماس کمک میکند.
یکپارچگی ساختاری: ذرات سخت، استحکام مکانیکی را به ماتریس اصطکاک اضافه میکنند.
۴. ملاحظات معمول کاربرد و فرمولاسیون
بخشهای کاربردی: به طور گسترده در لنتهای ترمز خودروهای جایگزین، لنتهای پس از فروش با عملکرد متوسط تا بالا و لنتهای ترمز خودروهای تجاری که در آنها به یک اصلاحکننده اصطکاک قوی و مقرون به صرفه نیاز است، استفاده میشود.
مقدار مصرف معمول: معمولاً از ۳٪ تا ۸٪ وزن کل مخلوط اصطکاکی متغیر است. درصد دقیق، یک تعادل حیاتی است که از طریق آزمایشهای گسترده فرمولاسیون تعیین میشود.
همافزاییها و تعادلهای کلیدی:
در کنار روانکنندهها (مثلاً گرافیت، کک) برای ایجاد سطح اصطکاک و منحنی مورد نظر (μ در مقابل دما) عمل میکند.
باید با الیاف تقویتکننده (آرامید، فولاد، شیشه) و چسب رزینی متعادل شود .
چقرمگی آلومینای قهوهای، آن را به ویژه برای فرمولاسیونهایی که نیاز به دوام در برابر بارهای سنگین یا رانندگی تهاجمی دارند، مناسب میکند.
۵. مزایا و چالشها
مزایا:
عملکرد مقرون به صرفه: عملکرد سایشی عالی و پایداری اصطکاک را با هزینهای کمتر از جایگزینهای ممتاز ارائه میدهد.
بادوام و محکم: در برابر تنشهای برشی بالا، بهتر از سایندههای شکنندهتر مقاومت میکند.
اصطکاک قابل اعتماد: ویژگیهای اصطکاک پایدار و قابل پیشبینی را در طیف وسیعی از دما ارائه میدهد.