L’oxyde d’aluminium brun (également connu sous le nom d’alumine fondue brune, BFA) est un additif abrasif crucial dans de nombreuses formulations de matériaux de friction, notamment dans les plaquettes de frein organiques sans amiante (NAO) et semi-métalliques.
1. Profil du matériau : Oxyde d’aluminium brun
Composition : Produit par fusion de bauxite (minerai d’aluminium) avec du coke et du fer dans un four à arc électrique. Il est principalement composé d’α-Al₂O₃ mais contient 2 à 4 % de dioxyde de titane (TiO₂) et d’autres impuretés (silice, oxydes de fer).
Principales propriétés (par rapport à l’oxyde d’aluminium blanc) :
Dureté élevée : dureté Mohs ~8,9 (légèrement inférieure à celle de l’alumine blanche, 9,0, mais toujours extrêmement dure).
Haute ténacité : sa caractéristique la plus distinctive. Le TiO₂ favorise une structure cristalline plus résistante, ce qui la rend plus résistante à l’écrasement ou à la rupture sous l’effet d’un impact.
Auto-affûtage : lorsqu’il se fracture, il se casse le long de plans de clivage pour révéler de nouveaux tranchants. Cela contribue à maintenir une action abrasive constante.
Rentable : Généralement moins cher que l’oxyde d’aluminium blanc grâce à l’utilisation de matières premières moins coûteuses (bauxite contre alumine purifiée).
2. Importance du maillage 325
Granulométrie : 325 mesh correspond à une taille de particule moyenne d’environ 44 microns (0,044 mm). Il s’agit d’une poudre moyennement fine .
Pourquoi cette taille est importante pour les plaquettes de frein :
Abrasion contrôlée : suffisamment fine pour s’intégrer uniformément à la matrice de friction et assurer une friction constante et prévisible sans être trop agressive pour le rotor.
Contact de surface : Offre un grand nombre de points de contact pour une modulation efficace du frottement sans le « creusement » excessif associé aux grains plus grossiers.
Atténuation du bruit : Les particules fines sont moins susceptibles de produire des sifflements à haute fréquence que les grains très grossiers, même si l’équilibre de la formulation reste essentiel.
Dispersion : Se mélange bien avec d’autres poudres (résines, fibres, lubrifiants) pour obtenir un composé homogène.
3. Fonctions principales dans la formulation des plaquettes de frein
L’alumine brune de granulométrie 325 mesh agit comme charge abrasive modifiant les performances :
Stabilisateur et modificateur de coefficient de frottement :
Empêche le glaçage : ses particules dures et pointues micro-rayent la surface de friction de la plaquette et du disque, empêchant la formation d’une couche vitreuse lisse à faible friction (« glaçage »).
Maintient une friction optimale à haute température : contribue à compenser la perte de friction à haute température en renouvelant continuellement l’interface de friction. Sa robustesse lui assure une longue durée de vie sous des forces de cisaillement élevées.
Gestion de l’usure :
Augmente la résistance à l’usure des coussinets : Améliore la durabilité globale du composite du coussinet.
Usure contrôlée du rotor : Il s’agit d’un abrasif contrôlé, ce qui signifie qu’il provoquera une usure mesurable du rotor. C’est un compromis calculé. L’abrasion fine et régulière des particules de granulométrie 325 mesh est préférable à l’usure irrégulière et profonde causée par des abrasifs non contrôlés ou grossiers.
Rôle thermique et mécanique :
Conduction thermique : L’oxyde d’aluminium possède une bonne conductivité thermique, contribuant à dissiper la chaleur de l’interface de friction.
Intégrité structurelle : Les particules dures renforcent la matrice de friction.
4. Considérations relatives à l’application et à la formulation typiques
Domaines d’application : Largement utilisé dans les plaquettes de frein de remplacement d’origine, les plaquettes de rechange de moyenne à haute performance et les plaquettes de frein pour véhicules commerciaux où un modificateur de friction robuste et économique est nécessaire.
Dosage typique : Généralement de 3 % à 8 % du poids total du mélange de friction. Le pourcentage exact est déterminé par un équilibre délicat, fruit de nombreux essais de formulation.
Synergies et équilibres clés :
Fonctionne en conjonction avec des lubrifiants (par exemple, graphite, coke) pour créer le niveau de friction et la courbe souhaités (mu en fonction de la température).
Doit être équilibré avec des fibres de renforcement (aramide, acier, verre) et le liant résine .
La robustesse de l’alumine brune la rend particulièrement adaptée aux formulations nécessitant une durabilité sous fortes charges ou en conduite agressive.
5. Avantages et défis
Avantages :
Performance économique : Offre une excellente action abrasive et une stabilité de friction optimale à un coût inférieur aux alternatives haut de gamme.
Durable et résistant : supporte mieux les contraintes de cisaillement élevées que les abrasifs plus fragiles.
Friction fiable : Offre des caractéristiques de friction stables et prévisibles sur une large plage de températures.