L’ossido di alluminio marrone (noto anche come allumina fusa marrone, BFA) è un additivo abrasivo fondamentale in molte formulazioni di materiali di attrito, in particolare nelle pastiglie dei freni organiche non contenenti amianto (NAO) e semimetalliche.
1. Profilo del materiale: ossido di alluminio marrone
Composizione: Prodotto dalla fusione di bauxite (minerale di alluminio) con coke e ferro in un forno ad arco elettrico. È costituito principalmente da α-Al₂O₃, ma contiene il 2-4% di biossido di titanio (TiO₂) e altre impurità (silice, ossidi di ferro).
Proprietà principali (rispetto all’ossido di alluminio bianco):
Elevata durezza: durezza Mohs ~8,9 (leggermente inferiore a quella dell’allumina bianca, 9,0, ma comunque estremamente dura).
Elevata tenacità: la sua caratteristica più distintiva. Il TiO₂ favorisce una struttura cristallina più tenace, rendendola più resistente allo schiacciamento o alla frattura in caso di impatto.
Autoaffilante: quando si frattura, si rompe lungo i piani di clivaggio, rivelando nuovi bordi affilati. Questo aiuta a mantenere un’azione abrasiva costante.
Conveniente: generalmente meno costoso dell’ossido di alluminio bianco perché utilizza materie prime più economiche (bauxite anziché allumina purificata).
2. Il significato della mesh 325
Granulometria: 325 mesh corrispondono a una granulometria media di circa 44 micron (0,044 mm). Questa è considerata una polvere medio-fine .
Perché questa dimensione è importante per le pastiglie dei freni:
Abrasione controllata: sufficientemente fine da integrarsi uniformemente nella matrice di attrito e garantire un attrito costante e prevedibile senza essere eccessivamente aggressivo sul rotore.
Contatto superficiale: fornisce un gran numero di punti di contatto per una modulazione efficace dell’attrito senza l’eccessivo “scavo” tipico delle grane più grossolane.
Attenuazione del rumore: le particelle più fini hanno meno probabilità di creare stridii ad alta frequenza rispetto alle graniglie molto grossolane, sebbene l’equilibrio della formulazione sia comunque fondamentale.
Dispersione: si mescola bene con altre polveri (resine, fibre, lubrificanti) per ottenere un composto omogeneo.
3. Funzioni primarie nella formulazione delle pastiglie dei freni
L’allumina marrone da 325 mesh agisce come riempitivo abrasivo che modifica le prestazioni :
Stabilizzatore e modificatore del coefficiente di attrito:
Previene la formazione di vetri: le sue particelle dure e affilate micro-inciso la superficie di attrito sia della pastiglia che del rotore, impedendo la formazione di uno strato vetroso liscio e a basso attrito (“vetrificazione”).
Mantiene l’attrito ad alta temperatura: aiuta a contrastare la perdita di attrito ad alte temperature rinnovando continuamente l’interfaccia di attrito. La sua tenacità ne garantisce la durata anche in presenza di elevate forze di taglio.
Gestione dell’usura:
Aumenta la resistenza all’usura delle pastiglie: migliora la durata complessiva del composito delle pastiglie.
Usura definita del rotore: è un abrasivo controllato, il che significa che causerà un’usura misurabile del rotore. Si tratta di un compromesso calcolato. L’abrasione fine e uniforme delle particelle da 325 mesh è preferibile all’usura irregolare e abrasiva degli abrasivi incontrollati o grossolani.
Ruolo termico e meccanico:
Conduzione del calore: l’ossido di alluminio ha una buona conduttività termica, che aiuta a dissipare il calore dall’interfaccia di attrito.
Integrità strutturale: le particelle dure aggiungono resistenza meccanica alla matrice di attrito.
4. Considerazioni tipiche sull’applicazione e sulla formulazione
Segmenti di applicazione: Ampiamente utilizzato nelle pastiglie freno di ricambio OE, aftermarket ad alte e medie prestazioni e per veicoli commerciali, dove è necessario un modificatore di attrito robusto e conveniente.
Dosaggio tipico: varia solitamente dal 3% all’8% in peso della miscela di attrito totale. La percentuale esatta è un equilibrio critico determinato attraverso approfonditi test di formulazione.
Sinergie e bilanciamento chiave:
Funziona in combinazione con lubrificanti (ad esempio grafite, coke) per creare il livello e la curva di attrito desiderati (mu rispetto alla temperatura).
Deve essere bilanciato con fibre di rinforzo (aramide, acciaio, vetro) e legante in resina .
La tenacità dell’allumina marrone la rende particolarmente adatta alle formulazioni che richiedono resistenza in presenza di carichi pesanti o guida aggressiva.
5. Vantaggi e sfide
Vantaggi:
Prestazioni convenienti: garantisce un’eccellente azione abrasiva e stabilità dell’attrito a un costo inferiore rispetto alle alternative premium.
Durevole e resistente: resiste meglio agli sforzi di taglio elevati rispetto agli abrasivi più fragili.
Attrito affidabile: garantisce caratteristiche di attrito stabili e prevedibili in un ampio intervallo di temperature.