Um novo caminho para limitar não

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 666 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Mantendo a reciclagem e a economia circular em mente, este estudo explora a redução na emissão de uma formulação de material de fricção altamente otimizada e comercialmente empregada por meio da adição de escórias metalúrgicas de um forno básico de oxigênio em quantidades variáveis ​​de 6 a 38% em peso. As várias composições foram combinadas com uma contraface de ferro fundido cinza perlítico e testadas em um tribômetro de pino sobre disco. O coeficiente de atrito e o desgaste do pino aumentaram com a adição de escória, mas ainda ficaram dentro do limite permitido quando comparados à formulação original. As amostras com maior teor de escória observaram platôs de contato secundário extremamente compactados e estendidos, que também registraram presença significativa de escória. Os platôs estendidos se desprenderam em forma de pedaços das superfícies de contato, que se fixaram no hardware do equipamento e restringiram a produção de partículas transportadas pelo ar. Numa perspetiva de simbiose industrial, a adição de escórias metalúrgicas revelou-se uma forma promissora de obtenção de materiais de fricção verdes com emissões reduzidas.

Os materiais de fricção para sistemas de frenagem automotivos devem satisfazer uma vasta gama de requisitos que incluem coeficiente de atrito estável e desejável (CoF), baixa taxa de desgaste do sistema e baixo ruído e vibrações1,2,3. Portanto, as formulações de materiais de fricção incluem uma variedade de constituintes, às vezes mais de 30 ingredientes, que são divididos em aglutinante, reforço, cargas e modificadores de fricção (divididos posteriormente em abrasivos e lubrificantes)4. Recentemente, vários esforços foram iniciados para produzir materiais de fricção ecologicamente corretos. Novas formulações estão em desenvolvimento empregando diferentes tipos de resíduos, incluindo resíduos agrícolas e resíduos industriais. Isso é feito dentro do conceito de Simbiose Industrial, ou seja, em um processo pelo qual subprodutos ou resíduos de uma indústria ou processo industrial tornam-se matéria-prima para outra indústria ou processo. Este conceito resulta na utilização mais sustentável dos materiais e contribui para o desenvolvimento de uma economia circular, que é o objetivo do 'Plano de Ação para a Economia Circular da Comissão Europeia'5,6,7. Por meio da economia circular, as pegadas ambientais das indústrias são reduzidas, as necessidades de materiais virgens são limitadas e a necessidade de disposição em aterros é restrita, resultando na agregação de valor dos resíduos8,9,10. Do ponto de vista ambiental, as formulações dos materiais também devem atender à necessidade de reduzir a emissão de material particulado (MP) poluente. De fato, entre as fontes de origem não-escape, o processo de frenagem atualmente contribui para 55% em peso da fração PM10 e para 21% da fração PM2,5 (partículas transportadas pelo ar com um diâmetro aerodinâmico inferior a 10 µm e 2,5 µm, respectivamente)11, 12. Observou-se que as emissões de PM têm inúmeras repercussões relacionadas à saúde e ao meio ambiente. Podem contribuir para doenças respiratórias e cardiovasculares, e alguns PMs são classificados como agentes cancerígenos13,14.

No presente trabalho, investigamos a possível utilização de escórias metalúrgicas descartadas após reação no forno básico de oxigênio (BOF) como ingrediente em uma formulação comercial de material de fricção. A escória normalmente constitui CaO, MgO, sílica e compostos contendo ferro e também pode conter compostos contendo cálcio e silício15. Espera-se que os óxidos se comportem como abrasivos16. Além disso, é uma observação bem estabelecida que os platôs de contato secundário depositados nas superfícies acopladas durante a frenagem são predominantemente feitos de óxidos de Fe17,18. A presença de óxidos de Fe através de escórias em um sistema de desgaste pode levar a resultados interessantes e positivos nas características do platô secundário (que determina o comportamento de atrito, desgaste e emissão de um sistema). A investigação das características de emissão e desgaste das formulações foi realizada a 6, 12, 24, 32 e 38% em peso de teor de escória, juntamente com a caracterização dos detritos de desgaste. O objetivo do trabalho é o desenvolvimento de um material de fricção ecológico e com emissões reduzidas através de uma perspetiva de simbiose industrial. A novidade do estudo é reduzir significativamente as emissões de PM em uma formulação viável de material de fricção por meio da adição de escórias, ao mesmo tempo em que trabalha rigorosamente na redução do uso de matérias-primas virgens.