• Journal of The Korean Society For Urban Railway
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• v.6 no.4
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• pp.339-350
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• 2018

The rail wear measurements in urban underground railway have been analyzed to predict the particulate matter emission caused by rail wear which is one of the major sources of particulate matter emission for underground railway systems. From the rail profile variations measured in the interval of one and half year by dedicated rail wear measuring instrument over the commercial urban underground railway line, 'line-s' which is about 45km long, the characteristics as well as the amount of rail wear have been analyzed after dividing the whole line into about 170 section with radius of curve(R). It has been concluded that the vertical wear parameter V0 and corner wear parameter C0 have been selected to represent the wear amount of straight and curved rail respectively. The amount of rail wear as well as the particulate matter emission by rail wear over the whole line normalized by the rail length as well as the number of train has also been deduced from the relationship between the rail wear parameters and the amount of rail cross-section area.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.5 no.3
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• pp.316-323
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• 1995

페놀수지 결합재에 PAN섬유(PF), PAN계 탄소섬유(CF) 그리고 아라미드 섬유(AF)를 보강재로 사용하여 단일섬유 보강복합재를 제조하였으며 이들 섬유를 각각 두 종류씩 혼성하여 혼성섬유 보강복합재를 제조하였다. 각 보강복합재를 섬유의 보강분율에 따른 마찰 및 마모특성을 시험하였다. CF 보강복합재(CFRP)가 마찰계수와 마모량이 가장 낮게 나타났으며, PF 보강복합재(PFRP)는 가장 높은 마찰계수와 마모량을 나타내었다. PF에 CF나 AF를 보강한 혼성복합재의 경우 마찰계수가 0.311~0.328로 혼성비에 따라서는 큰 차이를 보이지 않은 반면, PF의 보강분율이 증가할수록 마모량은 증가하였다. CF와 AF를 보강한 혼성복합재의 마찰계수는 0.264~0.309로 가장 낮게 나타났고, AF의 보강분율이 증가함에 따라 마찰계수는 증가하는 양상을 나타내었으며, 가장 적은 마모량과 함께 안정된 마모형태를 보였다.

• Tribology and Lubricants
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• v.14 no.3
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• pp.46-50
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• 1998

초고분자량 폴리에틸렌(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene)은 인공관절 라이너에 쓰이는 대표적 생체재료이다. 초고분자량 폴리에틸렌의 변형과 마모에 영향을 주는 인자에 대한 기본적 연구를 위하여 본 연구에서는 미세구조 결정상의 정도와 결정구조 방향성에 따른 초고분자량 폴리에틸렌의 크리프 변형 및 마모 특성의 연구를 행하였다. 압출 제작된 초고분자량 폴리에틸렌 봉(extruded UHMWPE rod)단면의 중앙(center)부분과 원주(periphery)부분으로부터 각각 직사각형 및 원통형의 시편을 제작하여 크리프 실험과 마모 실험을 실시하였다. 원주 시편의 크리프 변형율은 중앙 시편의 크리프 변형율보다 11%크며(p<0.05), 마모량도 원주 시편이 중앙 시편보다 두 배나 큰 것으로 (p<0.05)관측되었다. 이 결고달로부터 초고분자량 폴리에틸렌의 크리프 변형과 마모가 미세 결정구조 방향성에 영향을 받는 것으로 나타났다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.349-349
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• 2011

인공관절은 노인성 질환이나 자가 면역질환, 신체적인 외상 등으로 인하여 발생하는 관절의 손상 부위를 대체하기 위해 고안된 관절의 인공 대용물이다. 인공 관절 중 인공 고관절의 경우 관절 운동을 하는 라이너(Liner)와 헤드(Head) 부분이 인공관절의 수명을 결정하게 되는데, 헤드 부분에 메탈소재와 라이너 부분에 고분자 소재를 사용하는 MOP(metal on polymer) 구조의 인공관절은 충격흡수의 장점이 있는 반면 wear debris에 의한 골용해로 인하여 관절이 느슨해지는 문제점이 발생하여 재 시술의 주요 원인이 되고 있다. 현재 인공관절의 수명을 늘리기 위해 DLC, ZrO, TiN 등의 높은 경도 값을 갖는 박막을 금속헤드 위에 증착하여 상대재인 인공관절용 고분자 소재의 마모량을 줄이고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 PIII&D(Plasma Immersion Ion Implantation & Deposition)공정을 이용하여 Co-Cr-Mo 합금 소재에 질소 이온을 주입 한 후 NbN 박막을 증착하여 상대재인 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)의 마모량을 줄이고자 하였다. NbN 박막의 특성을 평가하기 위해 XRD, XPS, AFM 등의 분석을 수행하였으며, 상대재인 초고분자량 폴리에틸렌의 마모량을 측정하기 위해 Pin-on-disk tribometer를 이용하여 마모 실험을 진행하였다. 마모 실험 결과, NbN 박막을 단순 증착한 경우, 현재 인공관절용 헤드(Head) 소재로 가장 널리 사용되고 있는 Co-Cr-Mo 합금에 비하여, 상대재인 초고분자량 폴리에틸렌의 마모량을 약 20% 감소시키는 것을 알 수 있었다. 또한, Co-Cr-Mo 합금 소재에 질소 이온주입을 하여 표면을 개질한 후, NbN 박막을 증착한 경우, 마모량이 최대 50%까지 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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• 1996.04b
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• pp.30-34
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• 1996

자동차용 마찰재의 원료로 사용되는 고체 윤활제($Sb_{2}S_{3}$)와 연마재(ZrSiO$){4}$)의 상대량이 다른 3가지의 마찰재를 제조하여 그들의 마찰특성을 자동차용 Brake Dynamometer를 사용하여 연구하였다. 각각의 마찰재에 관하여 자동차 제동시에 나타나는 마찰계수의 변화와 Torque 변화 그리고 시험후의 마찰재와 rotor의 마모량을 측정하였다. 제동특성과 직접 관련 있는 것으로 알려져있는 마찰계수의 안정성은 $Sb_{2}S_{3}$이 상대량이 높을 때 좋은 특성을 나타내었으며, 반면에 ZrSiO$_{4}$의 상대량이 많은 경우에는 마찰계수의 안정성이 저하되었을 뿐 아니라 제동시의 torque 변화량도 증가하여, 자동차의 Judder현상을 해결하는데 좋지않은 경향을 나타내었다. 이는 마찰시에 계면에 형성되는 윤활막의 거동에 의한 현상이며 이때 마찰재 및 상대재의 마모량은 연마재의 양이 증가함에 따라 마모량이 증가 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.137-137
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• 2012

인공관절은 노인성 질환이나 자가 면역질환, 신체적인 외상 등으로 인하여 발생하는 관절의 손상 부위를 대체하기 위하여 고안된 관절의 인공 대용물이다. 인공 관절 중 인공 고관절의 경우 라이너(Liner)와 헤드(Head) 부분이 직접적인 마모 운동을 수행하게 되므로, 이 부분의 소재 특성에 따라 인공관절의 수명이 결정 되게 된다. 현재 헤드 소재로서는 Co-Cr-Mo 합금이, 라이너 소재로서는 고분자 소재인 UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene)가 주로 사용되고 있다. 이러한 MOP (Metal-On-Polymer) 구조의 인공관절의 경우, 충격흡수의 장점이 있는 반면, 관절 운동시 발생하는 UHMWPE 의wear debris에 의해 골용해가 발생하게 되어 인공관절의 수명이 저하되는 문제점이 있으며, 금속 헤드의 마모로 인한 금속이온의 용출은 세포 독성의 문제를 야기하여 인공관절의 수명을 저하시키는 또 다른 원인이 되고 있다. 따라서 본 연구에서는 PIII&D (Plasma Immersion Ion Implantation & Deposition) 공정을 이용하여 금속 (Co-Cr-Mo 합금)소재 위에 세라믹 (niobium nitride) 박막을 증착하여 상대재인 UHMWPE의 마모를 줄이고자 하는 연구를 진행하였다. 금속 소재 위에 증착된 세라믹 박막은 상대재인 UHMWPE의 마모량을 줄여줄 뿐만 아니라 금속이온의 용출을 막아준다는 장점이 있으나, 장시간의 마모 운동에 의하여 발생하는 박막의 박리 현상은 인공관절의 수명을 급격히 저하시키는 또 다른 원인이 된다. 이러한 단점을 해결하기 위하여, 박막의 증착 초기에 이온주입과 증착을 동시에 수행하는 dynamic ion mixing공정을 수행하였다. Dynamic ion mixing 공정을 수행함에 따라 박막과 금속 사이의 접착력이 증가하게 되어, UHMWPE의 마모량이 2배 가까이 감소하는 것을 확인할 수 있었으며, 장시간의 마모시험에서도 우수한 결과를 얻을 수 있었다. 또한 UHMWPE의 마모량을 감소시키기 위하여 박막을 증착하기 전에 금속 소재에 질소 이온주입을 수행하는 pre-ion implantation 공정을 도입하였다. 질소 이온주입 결과 Co-Cr-Mo 합금 표면에 부분적으로 CrN, Cr2N의 세라믹 상이 형성 되는 것을 확인할 수 있었으며, 그에 따라 UHMWPE의 마모량이 2배 이상 감소 되는 것을 확인 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.189-189
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• 2011

인공관절은 노인성 질환이나 자가 면역질환, 신체적인 외상 등으로 인하여 발생하는 관절의 손상 부위를 대체하기 위해 고안된 관절의 인공 대용물이다. 인공 관절 중 인공 고관절의 경우 관절 운동을 하는 라이너(Liner)와 헤드(Head) 부분이 인공관절의 수명을 결정하게 되는데, 헤드 부분에 메탈소재와 라이너 부분에 고분자 소재를 사용하는 MOP (metal on polymer) 구조의 인공관절은 충격흡수의 장점이 있는 반면 wear debris에 의한 골용해로 인하여 관절이 느슨해지는 문제점이 발생하여 재 시술의 주요 원인이 되고 있다. 또한 메탈 헤드의 마모로 인한 금속이온의 용출은 세포 독성의 문제를 야기하여 인공관절의 수명을 낮추는 또 하나의 요인이 되고 있다. 따라서 인공관절의 수명을 늘리기 위해 DLC, ZrO, TiN 등의 높은 경도 값을 갖는 박막을 금속 헤드 위에 증착하여 상대재인 인공관절용 고분자 소재의 마모량을 줄이고자 하는 연구가 활발하게 진행 되고 있다. 본 연구에서는 PIII&D (Plasma Immersion Ion Implantation & Deposition)공정을 이용하여 Co-Cr-Mo 합금 소재 niobium nitride (NbN) 박막을 증착하여 상대제인 UHMWPE (ultra high molecular polyethylene)의 마모를 줄이고자 하는 연구를 진행하였다. 마모량을 감소시키기 위하여, 박막 증착전에 질소를 이온주입하는 pre-ion implantation 공정을 도입하였으며, 또한 Co-Cr 합금과 NbN박막 사이의 접착력을 증가시키기 위하여 박막의 증착 초기에 이온주입과 증착을 동시에 수행하는 dynamic ion mixing공정을 수행하였다. NbN 박막의 특성을 평가하기 위해 XRD, XPS, AFM 등의 분석을 수행하였으며, 상대재인 초고분자량 폴리에틸렌의 마모량을 측정하기 위해 Pin-on-disk tester를 이용하여 마모 실험을 진행하였다. 마모 실험 결과, pre-ion implantation 공정을 도입한 경우 현재 상용화 되어있는 Co-Cr 합금에 비하여 마모량을 2배 이상 감소시키는 것을 확인 할 수 있었으며, dynamic ion mixing 공정을 도입한 경우 장시간의 마모 시험에 대한 마모 특성이 향상 되는 것을 확인 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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• 1998.10a
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• pp.100-105
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• 1998

초고분자량 폴리에틸렌(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene)은 인공관절 라이너에 쓰이는 대표적 생체재료이다. 초고분자량 폴리에틸렌의 변형과 마모에 영향을 주는 인자에 대한 기본적 연구를 위하여 본 연구에서는 미세구조 결정상의 정도와 결정구조 방향성에 따른 초고분자량 폴리에틸렌의 크리프 변형 및 마모 특성의 연구를 행하였다. 압출 제작된 초고분자량 폴리에틸렌 봉(extruded UHMWPE rod)단면의 중앙(center) 부분과 원주(periphery)부분으로부터 각각 직사각형 및 원통형의 시편을 제작하여 크리프 실험과 마모 실험을 실시하였다. 원주 시편의 크리프 변형율은 중앙 시편의 크리프 변형율보다 11% 크며 (p<0.05), 마모양도 원주 시편이 중앙 시편보다 두 배나 큰 것으로(p<0.05)관측되었다. 이 결과들로부터 초고분자량 폴리에틸렌의 크리프 변형과 마모가 미세 결정구조 방향성에 영향을 받는 것으로 나타났다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.40 no.6
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• pp.547-555
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• 2016

The wheel wear of a railway vehicle is mainly generated when maneuvering on a curved track. The change in the wheel profile affects the dynamic stability of the vehicle. In this analysis, the wheel wear volume was calculated while changing the velocity and radius of the curve to analyze the wear characteristics of a wheel at a curved section. The wear index was calculated from a vehicle dynamic analysis based on a multibody dynamics analysis and wear volume from a wear model by British Rail Research. The wear volume at a radius of 300 m is dominant compared with other radii. The wear volume was calculated by assigning different coefficients of friction to the tread and flange of the wheel to investigate the effect of lubrication on the wear characteristics. The effect of the improvement by lubrication is calculated by varying the radius of the track, and is assessed on an actual urban railway section.

• Tribology and Lubricants
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• v.14 no.4
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• pp.1-6
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• 1998

인공관절 라이너에 널리 사용되는 대표적 생체재료인 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra-High Molecular Weight Polyethylene)은 체내에 삽입되기 전에 멸균처리를 거쳐야 하며, 가장 보편적인 멸균방법은 감마선을 이용한 멸균처리이다. 그러나, 감마선은 폴리에틸렌의 화학분자 결합구조에 변화를 일으키며, 따라서 물리적, 기계적 물성치에 변화를 야기시킨다. 이는 인공관절 수명을 좌우하는 변형과 마모현상에도 결정적 영향을 줄 것으로 사려된다. 본 연구에서는 감마선 멸균처리가 UHMWPE의 크리프 변형 및 마모에 미치는 영향이 관찰되었고, 그 결과들은 감마선 멸균처리로 야기된 폴리에틸렌의 화학분자 결합구조의 변화(Crystallinity, Oxidation, Crosslinking)와 함께 분석되었다. 압축 제작된 초고분자량 폴리에틸렌 봉(extruded UHMWPE rod)으로부터 원통형의 시평을 제작하여 감마선 멸균처리를 행하고, 압축 크리프 실험과 마모 실험을 실시하여 멸균처리하지 않은 시편을 제작하여 감마선 멸균처리를 행하고, 압축 크리프 실험과 마모 실험을 실시하여 멸균처리하지 않은 시편 사이에는 크리프 복원정도를 제외하고 거의 차이가 없었으나, 반면에 마모의 경우, 감마선 멸균처리된 시편이 멸균처리하지 않은 시편보다 훨씬 적은 마모량을 보였다(p〈0.05). 이것은 crosslinking 증가에 따른 마모 저항력 향상으로 볼 수 있다.