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Tese de Doutorado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Ana Cecilia Pontes Rodrigues
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Azevedo, Cesar Roberto de Farias (Presidente)
Hinrichs, Ruth
Júnior, Mário Boccalini
Machado, Izabel Fernanda
Souza, Roberto Martins de
Título em inglês
Effect of nanoparticulate copper, zirconia and graphite: contribution to the friction coefficient and transfer layer formation in dry sliding tests with interfacial media addition.
Palavras-chave em inglês
FIB characterization
Friction materials
TEM characterization
Transfer layer
Tribology
Resumo em inglês
Copper is present in brake pads in the form of fibres, tough its suppression from pads' formulations is already a trend compared to the suppression of asbestos in the 1980's. As a contribution to this challenging scenario, this work investigated the behaviour of mixture additions containing copper, zirconia, graphite and magnetite in dry sliding tribotests. Pin-on-disc tribotests with interfacial media addition were performed in order to contribute on the mission of understanding how Cu, graphite and ZrO2 particles act on the oxide transfer layer formation on dry sliding conditions. Thus describing some of the tribological properties that a possible replacement for copper in brake pads should mimic. Tests were performed at 23°C in air, 400°C in air and 400°C in N2. Nanoparticulate Cu, ZrO2 and micron-sized graphite were mixed in a Fe3O4 basedmatrix. The ZrO2 particles were incorporated to the mixtures by two mixing methods: manual mixing and high-energy ball milling. This study sought to explain the coefficient of friction (CoF) behaviour of these additions individually, as well as together, by correlating the CoF with comprehensive characterization of the oxide transfer layer. The transfer layer was characterized by means of scanning electron microscopy (SEM), Focused Ion Beam (FIB) and Transmission electron microscopy. Graphite containing mixtures displayed low average CoF values (0.23 to 0.31) due to selective transfer of graphite films to the first bodies' tribosurfaces. Copper formed agglomerates and patches within the oxide transfer layer that were responsible for raising the CoF values at 23°C and acted as soft copper films at 400°C. The nanoparticulate addition of ZrO2 in the manual mixtures prevented the formation of Cu patches and larger agglomerates, promoting the formation of a smooth and compact oxide tribolayer, though graphite's selective transfer was still observed.
Título em português
Efeito do cobre nanoparticulado, zirconia e grafite: contribuição para o coeficiente de atrito e camada de transferência formada em testes pino X disco sem lubrificação com adição de meio interfacial.
Palavras-chave em português
Camada de transferência
Caracterização por FIB
Caracterização por TEM
Materiais de atrito
Nanopartículas
Tribologia
Resumo em português
O cobre está presente em pastilhas de freio na forma de fibras e sua eliminação das formulações de pastilhas já é comparável aos esforços para a eliminação do amianto dos freios nos anos 1980's. Para contribuir nessa missão, esse trabalho investigou o comportamento, em ensaios tribológicos sem lubrificação com adição de misturas de cobre, zircônia, grafite e magnetita. Foram realizados ensaios pino x disco com adição de meio interfacial com o objetivo de contribuir na descrição da atuação do Cu, grafite e partículas de ZrO2 na formação de uma camada de óxido compacta em condições sem lubrificação. De forma a descrever propriedades tribológicas relevantes que um possível substituto do cobre deve mimetizar nas pastilhas de freio. Os ensaios foram realizados a 23°C em ar, 400°C em ar e 400°C em N2. Nanopartículas de Cu, ZrO2 (50 nm) e grafite micrométrico (20 µm) foram misturados em uma base de Fe3O4 nanoparticulado. As partículas de ZrO2 foram incorporadas às misturas, por dois métodos distintos, mistura manual, e moagem de bolas de alta energia. Este estudo procurou explicar os resultados de coeficiente de atrito (CoF) dessas adições, individualmente bem como em conjunto, correlacionando os resultados de coeficiente de atrito à extensa caracterização da camada de transferência. Esta última foi caracterizada por meio de microscopia eletrônica de varredura (SEM), feixe de íons focalizado (FIB) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). As misturas contendo grafite apresentaram os menores valores médios de CoF (0.23 to 0.31) devido à presença de filmes contínuos de grafite na camada de transferência. A adição de cobre formou aglomerados e placas na camada de transferência, que foram responsáveis tanto pelo aumento do CoF a 23°C, e agiram como filmes moles de cobre a 400°C. A adição de ZrO2 em misturas manuais preveniu a formação de aglomerados de Cu, auxiliando na formação de uma camada mais compacta, no entanto, não foi suficiente para prevenir a formação de filmes de grafite.
 
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Data de Publicação
2019-07-23
 
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