• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.132-132
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• 2016

기계 가공품의 정밀화, 경량화 요구로 난색재로 분류되는 비철분야 및 복합재 가공용 공구개발에 대한 수요가 급증하고 있으나, 기존 난삭재 가공 시 절삭공구의 마모가 빠르고, 상대재의 융착 불량 등이 공구 수명 감소의 주요 영향으로 보고된다. 상기문제를 해결하기 위해 절삭가공 공정 중 과다한 절삭유의 사용에 따른 가공비용, 에너지소모 증가, 환경오염 등으로 절삭유의 최소화 또는 절삭유를 사용하지 않는 표면처리기술등의 친환경 가공기술의 개발이 필요하다. 내융착 및 내마모 특성 향상을 위한 표면코팅 방법으로 수소가 포함되지 않은 고경도 비정질 카본 (ta-C)이 있으나, ta-C 코팅 막은 경도 30 - 80 GPa, 잔류응력 3 - 10 GPa 범위로 일반 경질 코팅 막 (AlTiN, TiSiCrN : 평균 3 GPa)에 비해 높고 산업적 활용이 가능한 0.5 - 1.5 um 두께 수준의 후막화가 힘들어 매우 우수한 절삭공구용 코팅 막 특성에도 불구하고 적용사례가 매우 적다. 따라서, 본 연구에서는 아크플라즈마 방식 (Filtered Cathode Vacuum Arc Plasma, FCVA)을 활용한 고경도/무수소 카본 코팅 막을 후막형태로 증착하여 비철금속가공용 절삭 공구류의 수명향상 기법을 제시하고자 한다. ta-C 코팅 막의 기초 공정개발 단계에서는 바이어스 전압, 공정시간을 달리하여 ta-C 코팅 막의 기계적 물성(경도: $50{\pm}3GPa$, 잔류응력: $6{\pm}1GPa$, 밀착력: 30N 이상 및 트라이볼로지 특성: 마찰계수 0.1 이하, 마멸량: $1.85{\times}10-14mm^3$)을 확보하여 절삭공구로의 공정실용화 적용검토를 실시하였다. ta-C 코팅 막은 (1) WC 공구 및 기존 상용품인 (2) TiAlN/TiN/WC 구조에 대해 증착을 실시하였으며 코팅 막의 두께 변화에 따른 실제 절삭환경에서의 내수명 관측을 진행하였다. 시험결과, ta-C/WC의 단일막 구조인 절삭공구의 경우, 실제 절삭환경에서 쉽게 박리가 발생하여 코팅 막으로서의 효과를 나타내지 못하였다. 이는, 기초 공정개발 단계에서의 밀착력 기준이 실제 환경과 부합하지 않는 것을 의미하며 추후 공정개선을 통해 극복하고자 한다. 반면에, 상용품인 (2) TiAlN/TiN/WC 구조의 절삭공구 대비 ta-C/TiAlN/TiN/WC 구조에서 내수명 증가는 약 2.5배 (기존 300회, 코팅 후 800회)로 증가하였으며 ta-C 코팅 막의 두께가 $0.6-0.8{\mu}m$일 때 최대치를 취한 후 감소하였다. 이를 통해, 절삭공구로의 ta-C 코팅 막 효과는 최외각 층의 두께 범위와 모재 강도보강을 할 수 있는 적절한 중간층 막 (TiN/TiAlN 층)이 혼합되어 나타난 것으로 사료되며 현재 산업계로의 적용을 위한 대량생산용 코팅장비의 개발 및 비용절감을 위한 공정개발이 진행 중이다.

• Tribology and Lubricants
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• 제31권3호
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• pp.95-101
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• 2015

Carbon nanotubes (CNTs) are widely used in polymer composites as filler materials to enhance various characteristics of the composites because of their remarkable mechanical, electrical, and thermal properties. In this study, we investigate the effects of MWCNTs on the electrical and wear characteristics of high-impact polystyrene (HIPS) composites, and compare the results with the effects of carbon black (CB). The HIPS composites are classified as Bare-HIPS, MWCNT-HIPS composites containing 2, 3, 4, and 5 wt% MWCNTs, and CB-HIPS containing 17 wt% CB. Electrical characteristics are evaluated by measuring the surface resistance using a 4-point probe. Wear characteristics are evaluated using the reciprocating wear test, and a chrome steel ball with a curvature of 6.3 mm is used as the counterpart. The results show that the addition of MWCNTs or CB can improve the electrical and wear characteristics of HIPS composites. In the case of MWCNT-HIPS composites, surface resistance, friction coefficient, and specific wear rate decrease as the concentrations of MWCNTs increase. Moreover, the addition of MWCNTs is more effective in improving the electrical and wear characteristics of HIPS composites compared to the addition of CB. To fabricate the HIPS composite with appropriate electrical and wear characteristics, more than 4 wt% MWCNTs is added to HIPS.

• Tribology and Lubricants
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• 제30권5호
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• pp.278-283
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• 2014

Carbon nanotubes (CNTs) are used in various composite materials to enhance electrical, thermal and mechanical properties of composite materials. In this study, we investigate the wear characteristics of polycarbonate/acrylonitrile-butadiene-styrene (PC/ABS) blends containing multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). PC/ABS blends are commonly used in many industrial applications such as cellular phones and display cases and MWCNTs have been added to the PC/ABS blends to improve their electromagnetic interference shielding (EMS). We performed wear tests on PC/ABS blends containing MWCNTs under reciprocating linear sliding conditions with chrome steel balls as a counterpart material. The normal loads were 10, 30, 50, 70, 100 N, the sliding speed was 10 mm/s, the stroke length was 15 mm, and the tests lasted 900 s. The MWCNTs included in the PC/ABS blends lower the wear volume and friction coefficient of the composites. We analyzed the wear debris collected from the composites during the tests in terms of the MWCNT concentration using inductively coupled plasma optical emission spectroscopy. The results show that the quantity of MWCNTs in the debris is proportional to the concentration of MWCNTs in the composite, indicating that the exposure of the MWCNTs to environments by wear could be increased with their concentration in the composite.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제22권2호
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• pp.774-780
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• 2021

회전익 항공기의 보조동력장치(APU, Auxiliary Power Unit)는 지상 운용/비행 중 주 동력 기관의 시동, 환경제어시스템용 고압 공기 공급, 비상발전기 등의 역할을 수행한다. 보조동력장치(이하 'APU')는 소형 가스터빈엔진형태로 구성되어 있으며, 해당 구성품의 시동 원리는 전기 시동 모터를 사용하는 방식으로, 축을 회전시켜 시동에 필요한 동력을 발생시킨다. 본 연구에서는 회전익 항공기에 장착된 APU의 시동 모터 운용성 확보를 위해 APU와 APU 시동 모터 간 축간 분리 장치(Over-Running Clutch) 적용을 통한 품질개선을 수행하였다. APU 시동 모터는 초기 APU 시동이 주 역할이지만, 운용 시 실제 작동 시간 이후에도 APU 기어축의 회전력에 의해 무 부하 회전을 하게 되어 구성품/부품 간 과도한 마찰력이 지속적으로 발생하였다. 이러한 현상은 시동 모터 내부 브러시 마모를 유발하게 되고, 결과적으로 항공기 운용을 위한 APU 작동 시간 증가 시 브러시 운용 수명 감소와 APU의 운용성에 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 APU 시동 모터의 운용성/내구성 향상을 위하여 시동 모터 브러시 마모와 APU 작동시간의 연동성을 분리하는 축간 분리 장치(Over-Running Clutch)적용하여 시험으로 효과를 검증하였고, 설계변경에 따른 기술적 타당성을 분석하였다.

• 공업화학
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• 제29권5호
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• pp.533-540
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• 2018

그래핀은 표면 에너지가 낮고 원자단위의 얇은 물질로서 다양한 소재의 표면에 코팅시키거나 윤활제에 분산시켜 접착력과 마찰을 줄여주는 우수한 윤활유 첨가제로 보고되고 있다. 본 연구에서는 산화 그래핀 나노시트를 세 가지 종류의 염화알킬(butyl chloride, octyl chloride 및 tetradecyl chloride)을 이용하여 액체 윤활제 첨가제용 기능화 산화 그래핀(alkyl functionalized GO, FGO)을 제조하였다. 제조한 기능화 산화 그래핀의 화학적 및 구조적 특성은 Fourier transform infrared (FT-IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, scanning electron microscope (SEM), and transmission electron microscope (TEM)으로 분석하였다. 제조한 기능화 산화 그래핀은 PAO-0W40 오일에 0.02 wt%의 농도로 분산시켰으며, 트라이볼로지적 특성을 high frequency friction/wear tester로 분석한 결과, FGO-14이 첨가된 PAO-0W40 오일은 ball-on-disk의 직선왕복운동 하에서 기유에 비해 ~5.88%의 마찰계수와 ~3.8%의 마모 트랙 폭을 감소시킴으로써 내마모성이 향상됨을 확인하였다. 본 연구에서는 산화 그래핀의 성공적인 기능화와 더불어 다양한 탄화수소사슬 길이에 따른 분산 안정성 및 트라이볼로지적 특성의 향상을 입증하였다.

• Elastomers and Composites
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• 제48권3호
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• pp.225-231
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• 2013

본 연구에서는 carboxylated SBR latex와 zinc oxide가 SBS 복합재의 내마모성과 debris 특성 개선에 미치는 영향을 관찰하였다. 실리카를 첨가한 SBS 복합재는 실리카 입자간의 수소 결합에 의한 강한 filler-filler interaction으로 인한 낮은 분산성 때문에 기계적 강도, NBS 내마모성, debris 특성이 전체적으로 감소하는 것으로 나타났다. carboxylated SBR latex를 첨가한 SBS 복합재는 carboxyl group과 실리카의 silanol group간의 결합을 통하여 filler-filler interaction이 감소하고 실리카의 분산성이 증가하기 때문에 기계적 강도, NBS 내마모성, debris 특성이 향상되는 것을 확인 하였다. carboxylated SBR latex와 zinc oxide를 동시에 첨가한 경우, carboxyl group에 의한 실리카의 분산성 향상과 더불어 zinc ion과 carboxyl group간의 ion cluster 형성을 통하여 물성이 크게 증가하였다. Zinc ion과 carboxyl group간의 ion cluster 형성은 $1550{\sim}1650cm^{-1}$의 zinc carboxylate group stretch 피크의 FT-IR 분석 결과로 확인하였다. carboxylated SBR latex와 zinc oxide를 첨가한(SC-4) 복합재의 경우, 인장강도 $156kgf/cm^2$, 신장율 936%, 인열강도 59.4kgf/cm의 우수한 기계적 강도를 나타내었으며, NBS 내마모성은 338%로 가장 우수한 특성을 나타내었다. 또한, 표면 마찰 시에 debris 발생 역시 크게 감소하며, 표면 마찰 저항의 증가로 파도 형태의 마모 특성을 나타내었다.

• 한국가스학회지
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• 제23권4호
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• pp.40-45
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• 2019

논문은 대형트럭의 화재에 관련된 고장사례를 고찰한 논문이다. 첫 번째 사례는 6번 실린더 라이너 상단부와 실린더 헤드 사이에 접촉하는 D링부의 변형으로 헤드 가스켓부의 기밀불량 현상으로 냉각수가 누출하여 엔진이 과열되었다. 이 열이 에어크리너 주변 배선에 전달되어 쇼트(short)에 의해 화재가 발생된 것을 확인하였다. 두 번째 사례는 자동차의 리어(Rear) 4축 브레이크 라이닝 과다마모로 브레이크 작동 S 캠(Cam)이 리턴되지 않아 브레이크 라이닝이 드럼과의 계속적인 마찰에 의한 마찰열에 의해 화재가 발생된 것을 확인하였다. 세 번째 사례는 엔진 점검을 위해 캡을 틸팅하였을 때 틸팅 모터의 과부하로 배선의 단락현상이 발생하여 이 불꽃에 의해 화재가 발생한 것을 확인하였다. 따라서, 대형트럭의 화재는 철저한 관리를 하여 화재발생을 최소화하여야 한다.

• 한국표면공학회지
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• 제46권6호
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• pp.258-263
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• 2013

4 mol% Yttria-stabilized zirconia (4YSZ) coatings are fabricated by Air Plasma Spray (APS) and Electron Beam Physical Vapor Deposition (EB-PVD) with top coating of thermal barrier coating (TBC). NiCrAlY based bond coat is prepared as 150 ${\mu}m$ thickness by conventional APS (Air Plasma Spray) method on the NiCrCoAl alloy substrate before deposition of top coating. Each 4YSZ top coating shows different tribological behaviors based on the inherent layer structures. 4YSZ by APS which has splat-stacked structure shows lower friction coefficient but higher wear rate than 4YSZ by EB-PVD which has columnar structure. For 4YSZ by APS, such results are expected due to the sliding wear accompanied with local delamination of splats.

• Corrosion Science and Technology
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• 제12권1호
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• pp.7-11
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• 2013

High velocity oxy-fuel (HVOF) spray coating of WC-metal powder (powder) was carried out to improve the resistances of friction, wear and corrosion of magnetic bearing shaft material Inconel718 (In718) of turbo blower. A micron sized WC-metal powder (86.5% WC, 9.5% Co 4% Cr) was coated onto In718 surface using HVOF thermal spraying. During the spraying, the binder metals and alloy such as Co, Cr and Co-Cr alloy were molten and a small portion of WC particles were partially decomposed to $W_2C$ and free carbon at above its decomposition temperature of $1250^{\circ}C$. The free carbon and excessively sprayed oxygen formed carbon oxide gases, resulting a porous coating of porosity of $2.2{\pm}0.3%$. The surface hardness of substrate increased approximately three times from 400 Hv of In718 to $1260{\pm}30Hv$ of the coating The friction coefficients of the coating were approximately $0.33{\pm}0.03$ at $25^{\circ}C$ and $0.26{\pm}0.03$ at $450^{\circ}C$. These values were smaller than those of In718 substrate at both temperatures due to the lubrication from the free carbon and the cobalt oxide debris. The corrosion resistance of the coating was higher than that of In718 both in salt water of 3.5% NaCl and acid of 1 M HCl solutions, on the contrary, it was lower in base solution of 1 M NaOH. According to this study, the HVOF WC-metal powder coating is recommended for the durability improvement of magnetic bearing shaft of turbo blower.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제20권6호
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• pp.24-32
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• 2012

A large fraction of urban $PM_{10}$ concentrations is due to non-exhaust traffic emissions including road dust, tire wear particles, and brake lining particles. Although potential health and environmental impacts associated with tire wear debris have been increased, few environmentally and biologically relevant studies of actual tire wear debris have been conducted. Tire wear particles (TWP) are released from the tire tread as a result of the interaction between the tire and the pavement. Roadway particles (RP), meanwhile, are particles on roads composed of a mixture of elements from tires, pavements, fuels, brakes, and environmental dust. The main objective of present study is to identify the contribution of tires to the generation of RP and to assess the potential environmental and health impacts of this contribution. First, a mobile measurement system was constructed and used to measure the roadway particles on asphalt road according to vehicle speed. The equipment of the mobile system provides $PM_{10}$ concentrations by Dusttrak DRX and number density & size distribution measurements of fine and ultra-fine particles by a fast mobility particle sizer (FMPS) and an aerosol particle sizer (APS). When traveling on an asphalt road at constant speed, there is a clear tendency for PM10 concentration to increase slightly in accordance with an increase in the vehicle speed. It was also found that considerable brake wear particles and particles from tire/road interface were generated by rapid deceleration of the vehicle. The morphology and elements of the roadway particles were also analyzed using SEM-EDX technique.