El óxido de aluminio marrón (también conocido como alúmina fundida marrón, BFA) es un aditivo abrasivo crucial en muchas formulaciones de materiales de fricción, especialmente en pastillas de freno semimetálicas y orgánicas sin amianto (NAO).
1. Perfil del material: Óxido de aluminio marrón
Composición: Se produce mediante la fusión de bauxita (mineral de aluminio) con coque y hierro en un horno de arco eléctrico. Se compone principalmente de α-Al₂O₃, pero contiene entre un 2 % y un 4 % de dióxido de titanio (TiO₂) y otras impurezas (sílice, óxidos de hierro).
Propiedades clave (en comparación con el óxido de aluminio blanco):
Alta dureza: dureza Mohs ~8,9 (ligeramente inferior a 9,0 de la alúmina blanca, pero aún extremadamente dura).
Alta tenacidad: Su característica más distintiva. El TiO₂ promueve una estructura cristalina más tenaz, lo que la hace más resistente al aplastamiento o la fractura por impacto.
Autoafilado: Al fracturarse, se rompe a lo largo de los planos de clivaje, revelando nuevos bordes afilados. Esto ayuda a mantener una acción abrasiva constante.
Rentable: Generalmente menos costoso que el óxido de aluminio blanco debido al uso de materias primas de menor costo (bauxita vs. alúmina purificada).
2. La importancia de la malla 325
Tamaño de partícula: La malla 325 corresponde a un tamaño de partícula promedio de aproximadamente 44 micras (0,044 mm). Se considera un polvo medio-fino .
Por qué este tamaño es importante para las pastillas de freno:
Abrasión controlada: lo suficientemente fina para integrarse uniformemente en la matriz de fricción y proporcionar una fricción constante y predecible sin ser demasiado agresiva con el rotor.
Contacto de superficie: proporciona una gran cantidad de puntos de contacto para una modulación de fricción efectiva sin la excesiva «excavación» asociada con los granos más gruesos.
Mitigación de ruido: Es menos probable que las partículas más finas creen chirridos de alta frecuencia en comparación con los granos muy gruesos, aunque el equilibrio de la formulación sigue siendo clave.
Dispersión: Se mezcla bien con otros polvos (resinas, fibras, lubricantes) para obtener un compuesto homogéneo.
3. Funciones principales en la formulación de las pastillas de freno
La alúmina marrón de 325 mallas actúa como un relleno abrasivo modificador del rendimiento :
Estabilizador y modificador del coeficiente de fricción:
Previene el vidriado: sus partículas duras y afiladas micro-rayan la superficie de fricción tanto de la pastilla como del rotor, evitando la formación de una capa vítrea lisa y de baja fricción («vidriado»).
Mantiene la fricción a altas temperaturas: Ayuda a contrarrestar la pérdida de fricción a temperaturas elevadas renovando continuamente la interfaz de fricción. Su robustez garantiza su durabilidad bajo altas fuerzas de corte.
Gestión del desgaste:
Aumenta la resistencia al desgaste de la pastilla: mejora la durabilidad general del compuesto de la pastilla.
Desgaste definido del rotor: Al ser un abrasivo controlado, causará un desgaste medible del rotor. Se trata de un equilibrio calculado. La abrasión fina y constante de las partículas de malla 325 es preferible al desgaste irregular y penetrante de los abrasivos no controlados o gruesos.
Rol térmico y mecánico:
Conducción de calor: el óxido de aluminio tiene buena conductividad térmica, lo que ayuda a disipar el calor de la interfaz de fricción.
Integridad estructural: Las partículas duras añaden resistencia mecánica a la matriz de fricción.
4. Consideraciones típicas de aplicación y formulación
Segmentos de aplicación: Ampliamente utilizado en reemplazo de equipo original, posventa de rendimiento medio a alto y pastillas de freno de vehículos comerciales donde se necesita un modificador de fricción robusto y rentable.
Dosis típica: Generalmente oscila entre el 3 % y el 8 % del peso total de la mezcla de fricción. El porcentaje exacto es un equilibrio crítico que se determina mediante exhaustivas pruebas de formulación.
Sinergias clave y equilibrio:
Funciona junto con lubricantes (por ejemplo, grafito, coque) para crear el nivel de fricción y la curva deseados (mu vs. temperatura).
Debe equilibrarse con fibras de refuerzo (aramida, acero, vidrio) y el aglutinante de resina .
La tenacidad de la alúmina marrón la hace especialmente adecuada para formulaciones que requieren durabilidad bajo cargas pesadas o conducción agresiva.
5. Ventajas y desafíos
Ventajas:
Rendimiento rentable: proporciona una excelente acción abrasiva y estabilidad de fricción a un costo menor que las alternativas premium.
Durable y resistente: resiste altas tensiones de corte mejor que los abrasivos más frágiles.
Fricción confiable: ofrece características de fricción estables y predecibles en un amplio rango de temperaturas.