Новый путь к ограничению не

Jul 03, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 666 (2023) Цитировать эту статью

598 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

Принимая во внимание переработку и экономику замкнутого цикла, в этом исследовании изучается снижение выбросов высокооптимизированной, коммерчески используемой рецептуры фрикционного материала за счет добавления металлургических шлаков из конвертерной печи в различных количествах от 6 до 38% масс. Различные составы были соединены с контртелом из перлитного серого чугуна и испытаны на трибометре со штифтом на диске. Коэффициент трения и износ пальцев увеличились с добавлением шлака, но все еще оставались в пределах допустимого по сравнению с исходной рецептурой. У образцов с более высоким содержанием шлака наблюдались чрезвычайно уплотненные и протяженные вторичные контактные плато, на которых также отмечалось значительное присутствие шлака. Расширенные плато в виде кусков отделились от сопрягаемых поверхностей, оседали на оборудовании и ограничивали выработку частиц в воздухе. С точки зрения промышленного симбиоза добавление металлургических шлаков оказалось многообещающим способом получения экологически чистых фрикционных материалов с уменьшенными выбросами.

Фрикционные материалы для автомобильных тормозных систем должны удовлетворять широкому спектру требований, включая стабильный и желаемый коэффициент трения (CoF), низкую скорость износа системы, а также низкий уровень шума и вибрации1,2,3. Поэтому рецептуры фрикционных материалов включают ряд компонентов, иногда более 30, которые делятся на связующее, армирующее вещество, наполнители и модификаторы трения (далее разделяемые на абразивные и смазочные материалы)4. В последнее время было предпринято несколько усилий по производству экологически чистых фрикционных материалов. Разрабатываются новые рецептуры с использованием различных типов отходов, включая сельскохозяйственные и промышленные отходы. Это делается в рамках концепции промышленного симбиоза, т.е. в процессе, в котором побочные продукты или отходы отрасли или промышленного процесса становятся сырьем для другой отрасли или процесса. Эта концепция приводит к более устойчивому использованию материалов и помогает в развитии экономики замкнутого цикла, что является целью «Плана действий Европейской комиссии по экономике замкнутого цикла»5,6,7. Благодаря циркулярной экономике воздействие промышленности на окружающую среду снижается, потребность в первичных материалах ограничивается, а потребность в захоронении отходов ограничивается, что приводит к увеличению стоимости отходов8,9,10. С экологической точки зрения рецептуры материалов также должны удовлетворять потребности в сокращении выбросов загрязняющих твердых частиц (ТЧ). Фактически, среди источников невыхлопного происхождения на процесс торможения в настоящее время приходится 55 мас.% фракции PM10 и 21% фракции PM2,5 (переносные по воздуху частицы с аэродинамическим диаметром менее 10 мкм и 2,5 мкм соответственно)11, 12. Было замечено, что выбросы твердых частиц имеют многочисленные последствия для здоровья и окружающей среды. Они могут способствовать развитию респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний, а некоторые из ТЧ классифицируются как канцерогенные агенты13,14.

В настоящей работе мы исследовали возможность использования металлургических шлаков, утилизируемых после реакции в кислородно-конвертерной печи (ККП), в качестве ингредиента в рецептуре промышленных фрикционных материалов. Шлак обычно состоит из CaO, MgO, диоксида кремния и железосодержащих соединений, а также может содержать соединения, содержащие кальций и кремний15. Ожидается, что оксиды будут вести себя как абразивы16. Кроме того, общепризнанно, что вторичные контактные площадки, образующиеся на сопрягаемых поверхностях во время торможения, преимущественно состоят из оксидов железа17,18. Присутствие оксидов железа в шлаках в системе износа может привести к интересным и положительным результатам в отношении характеристик вторичного плато (которые определяют поведение системы при трении, износе и выбросах). Исследование эмиссионных и износостойких характеристик составов проведено при 6, 12, 24, 32 и 38 мас.% содержания шлака, а также характеристика их износа. Цель работы – разработка экологически чистого фрикционного материала с пониженным уровнем выбросов в рамках промышленного симбиоза. Новизна исследования заключается в значительном сокращении выбросов твердых частиц в жизнеспособной рецептуре фрикционного материала за счет добавления шлаков, а также в строгой работе над сокращением использования первичного сырья.