• 제목/요약/키워드: 마찰/마모

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마이크로 구동 요소부품의 PECVD를 이용한 플라즈마 질화 공정의 기계적특성 연구

  • 이상민;김강삼;안경준;이지환
    • 한국진공학회:학술대회논문집
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    • 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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    • pp.301-301
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    • 2013
  • 구동형 부품(Actuated component)중의 하나인 LeadScrew는 이송장치를 구성하는 핵심 부품으로 소재로는 탄소강, 합금강, 스테인레스강 등이 주로 이용된다. 다양한 IT기기의 정밀 이송 및 고속 구동에 사용되며, 제품의 성능을 결정하는 중요 핵심 부품으로 사용되고 있다. IT기기용 구동 요소 부품은 정밀 가공성의 제약으로 내식성이 우수한 스테인레스강 소재보다는 일반적으로 소재비가 저렴하고 가공성이 우수한 탄소강 소재를 사용하게 되며, 위 소재를 사용하면 대기중의 수분등에 의한 부식환경에서 쉽게 부식되어 부식방지를 위한 표면처리 기술개발이 필요하다.또한, 구동형 부품은 부품 상호간의 심한 마찰 등과 같은 가혹한 조건에 노출되어, 부품의 내마모성 및 표면 경도등을 향상시켜 부품의 수명을 연장하고자 한다. 그러기 위해 선 표면경도, 내마모성, 내식성 등의 다양한 기능이 요구되며, 성능을 만족시키기 위해서 열표면처리 공정을 확인하고자 한다.본 연구에서는 냉간압조용 강선인 SWCH계열 표면에 PECVD 장치로 플라즈마 질화공정을 이용하여 동일조건(압력, Gas flow, Power)하에서 $500{\sim}550^{\circ}C$의 온도 범위 내에서 30~300 min의 시간 조건으로 실험을 진행하였다. 위 시험편으로 XRD를 통해 각 플라즈마 질화 공정 조건에 따른 상 변화를 확인하였고, 염수분무테스트를 통해 내식성을 확인하였다. 표면경도 및 단면경도를 통한 실용질화층을 확인하고, 마모테스트를 통하여 마찰계수를 확인하여 표면경도, 내마모성, 내식성을 충족하는 공정에 대한 실험을 진행하였다.

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흑연과 지르콘의 상대적 함량에 따른 마찰재의 고온 마찰 및 마모특성 (High temperature Friction and Wear of Friction Material; The Effect of the Relative Amount of Graphite and Zirconium Silicate (ZrSiO$_4$))

  • 김성진;장호
    • Tribology and Lubricants
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    • 제16권5호
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    • pp.365-372
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    • 2000
  • Tribological behavior of novolac resin-based friction materials with three different relative amounts of graphite and zirconium silicate was investigated by using a pad-on-disk type friction tester. The goal of this paper is to examine the effects of the relative amount of a lubricant and an abrasive in the automotive friction material on friction and wear characteristics at elevated temperature. Friction and wear of friction materials were affected by the existence of transfer film(3$\^$rd/ body layer) at friction interface and the composition of friction material, especially lubricant amount. The friction material with higher content of graphite indicated homogenized and durable transfer film, and resulted in stable friction coefficient regardless of the increase in friction heat. The experimental result also showed that the higher concentration of ZrSiO$_4$ in friction material aggravated friction stability and wear resistance due to the higher friction heat generated at fiction interface during high temperature friction test.

고체 윤활제의 특성에 따른 반금속계 마찰재의 마찰 마모특성에 관한 연구 (Tribological Properties of Semi-metallic Brake Friction Materials Containing Different Solid Lubricants: Graphite, $WS_2$, and $MoS_2$)

  • 장호;신민욱;김윤철;정동윤
    • Tribology and Lubricants
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    • 제25권1호
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    • pp.61-65
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    • 2009
  • Tribological properties of the semi-metallic friction materials containing different solid lubricants (graphite, $WS_2$, $MoS_2$) were investigated. The friction materials were fabricated with an experimental formulation and tested with gray cast iron disks. Results showed that graphite contributed to stabilize the friction coefficient during run-in processes. Also, graphite provided better fade resistance than that of $WS_2$ and $MoS_2$. At intermediate temperature ranges, however, friction materials with $WS_2$ or $MoS_2$ maintained higher friction effectiveness than that of graphite. On the other hand, friction materials containing $MoS_2$ showed increased wear rates than that with graphite or $WS_2$. Friction materials with proper combinations of two solid lubricants showed better friction and wear properties than that of the friction materials containing single solid lubricant.

빙-콘크리트 마찰 특성 평가를 위한 실험적 기초 연구 (Basic Experimental Study for Ice-Concrete Friction Behavior)

  • 도영준;김유일
    • 대한조선학회논문집
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    • 제57권6호
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    • pp.365-372
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    • 2020
  • Ice induced abrasion is known as a critical problem in concrete gravity based offshore structures, which are mainly used in the arctic regions. Although many researches on ice abrasion have been conducted for the last several decades, there still are some difficulties in designing concrete gravity based offshore structures against abrasion problem because there is no standardized method yet due to the uncertain physics involved in. This paper presents an experimental study for the evaluation of concrete abrasion characteristics due to ice friction on concrete surface. For the test, a testing machine capable of abrasion and friction was designed and produced, and standardized procedure was proposed to produce ice specimen used for abrasion test. For the experiment, compressive strength of the ice specimen were explored through a static compression test. Then the friction test between ice specimen and concrete surface was performed and friction coefficients were derived using measured vertical and horizontal forces. Dependency of friction coefficients on some test parameters were studied and discussed as well.

나노 다이아몬드 입자를 첨가한 엔진 오일의 알루미늄 6061 합금에 대한 마모 특성 (Wear Characteristics of Lubricant with Nano-diamond Particles on Al-6061 Aluminum Alloy)

  • 황성완
    • 한국기계가공학회지
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    • 제20권12호
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    • pp.16-23
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    • 2021
  • Pin-to-disc wear testing experiments were conducted to investigate the wear characteristics of commercial oil (5W-40) with nano-diamond particles. The upper specimen was a SUJ-2 high-carbon chromium steel ball with a diameter of 4 mm, and the lower specimen was made of the Al-6061 alloy. The applied load was 5 N, and the sliding speed was 0.25 m/s. The wear tests were conducted at a sliding distance of 500 m. The friction coefficients and wear rates of the Al-6061 specimens were tested using commercial oil with different nano-diamond concentrations ranging from 0 to 0.02 wt.%. The addition of nano-diamond particles to commercial oil reduced both the wear rate and coefficient of friction of the Al-6061 alloy. The use of nano-diamond particles as a solid additive in oil lubricants was found to improve the tribological behavior of the Al-6061 alloy. For the Al-6061 alloy, the optimal concentration was found to be 0.005 wt.% in view of the friction coefficient and wear rate. Further investigation is needed to determine the optimal concentration of nano-diamond particles for various loadings, sliding speeds, oil temperatures, and sliding distances.

친환경 법규 대응을 위한 복합재 브레이크의 Cu Free 마찰재 개발에 관한 연구 (A Study on the Development of Cu Free Friction Material of Composite Brake to Response Eco-friendly Regulation)

  • 심재훈;이중희;신웅희;임동원;현은재
    • 자동차안전학회지
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    • 제14권2호
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    • pp.90-95
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    • 2022
  • Composite material is widely used in the automotive industries because it has excellent mechanical properties and is possible to reduce weight due to the low density. However, there is a new obstacle to meet environment regulation like Cu less or Cu free regulation for the friction material. Although it is strongly demanded, there are few research results about that unfortunately. Unless this problem is not solved properly, it is impossible to apply composite brake system to vehicle. In this paper, a new eco-friendly friction material for composite brake system is represented to respond these regulations. To do this, friction characteristics between existing low steel friction material and new eco-friendly friction material are verified to secure performances for brake system such as effect characteristic, fade characteristic and wear characteristic. And composite brake gets the equivalent or better performance compared to a low steel friction material. Finally, this result contributes to the study of major principles for the development of eco-friendly friction material in the future.

전 슬관절 치환 성형술에 사용되는 초고분자량 폴리에틸렌 삽입물의 접촉응력에 관한 유한요소해석 (Finite Element Analysis for the Contact Stress of Ultra-high Molecular Weight Polyethylene in Total Knee Arthroplasty)

  • 조철형;최재봉;최귀원;윤강섭;강승백
    • 대한의용생체공학회:의공학회지
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    • 제20권1호
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    • pp.37-44
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    • 1999
  • 인공 슬관절에 사용되는 초고분자량 폴리에틸렌(Ultra-high molecular weight polyethylene : UHMWPE)의 마모는 삽입물의 수명을 결정하는 주요 요인으로 작용한다. UHMWPE의 마모로 입자가 발생하여 조직반응을 일으키고 이에 따른 일련의 반응으로 골용해가 일어나 인공관절의 실패의 원인으로 작용한다. 여러 보고들에 의하면 관절 운동시 발생하는 접촉응력은 UHMWPE의 마모에 영향을 미치는 주요한 인자 중 하나로 알려져 있다. 그러나 이러한 보고들은 관절 접촉면에서의 접촉 조건만을 고려했고 UHMWPE 삽입물을 지지하고 있는 금속 지지판과의 접촉면에서의 접촉 조건은 고려하지 않았다. 본 연구에서는 이러한 접촉 조건들을 고려하여 UHMWPE의 모양, 두께, 마찰, 굴곡 정도 그리고 구성 요소들에 대한 UHMWPE 표면과 내부에서의 응력해석을 통해 이들 변수가 UHMWPE의 마모현상에 미치는 영향을 알아보았다. UHMWPE의 모양에 따른 관절의 일치정도(conformity)에 대한 영향의 경우, 일치정도가 높은 모델이 응력을 줄여줄 수 있는 유형으로 나타났으며, 금속 지지판과의 접촉면에서 접촉조건을 준 경우가 완전히 결합된 것으로 가정한 경우보다 UHMWPE 내부에서의 최대 응력이 1-2mm 더 아래에서 나타났다. 또한 UHMWPE로만 된 유형이 금속 지지판이 있는 유형보다 낮은 응력분포를 보여줌으로써 높은 응력으로 인한 UHMWPE의 마모와 균열을 줄이기 위해서는 UHMWPE로만 된 유형의 삽입물의 사용이 좋을 것으로 사료되었다.

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모재/중간층/박막의 H/E ratio 구배에 따른 Cr계 경질 박막의 기계적 특성에 관한 연구

  • 김회근;송면규;이상율
    • 한국표면공학회:학술대회논문집
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    • 한국표면공학회 2018년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.135-135
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    • 2018
  • 천이금속 질화물 코팅은 우수한 기계적 특성들로 인해 공구 코팅으로 많이 사용 되어왔다. 그 중에서도 특히 Cr계 경질 코팅은 높은 경도와 낮은 표면조도, 우수한 마찰특성 등 뛰어난 기계적 특성을 나타내므로 공구 코팅으로의 적용 가능성이 크다. 그러나 최근 공구산업의 발전으로 인해 공구가 더욱 가혹한 환경에서 사용됨에 따라, 공구의 수명을 향상시키고 보호하기 위해 코팅의 높은 밀착력이 요구되고 있으며, 모재와 코팅 사이에 중간층을 합성함으로써 공구의 밀착력을 향상시키는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이전 연구에서 모재/중간층/코팅간의 경도와 탄성계수 비율(H/E ratio)의 구배가 코팅의 밀착력에 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 그러므로, WC 모재와 Cr계 코팅의 중간값의 H/E ratio를 갖는 중간층의 합성을 통해 코팅의 밀착력을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서는, 코팅의 밀착력을 향상시키기 위해 다양한 중간층을 증착한 CrZrN, CrAlN 코팅을 비대칭 마그네트론 스퍼터링 장비를 이용하여 합성하였다. 모재로는 디스크 형상의 WC-6wt.%Co 시편을 사용하였고 Cr, Zr, Si, Al single 타겟을 이용하여 Cr, CrN, CrZrN, CrZrSiN 등의 중간층이 증착된 코팅을 합성했다. 코팅의 합금상, 경도 및 탄성계수, 미세조직 및 조성, 표면 조도을 확인하기 위해 X-ray diffractometer (XRD), Fischer scope, field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), atomic force microscopy를 사용하였고, 코팅의 밀착 특성을 분석하기 위해 scratch tester와 optical microscopy (OM)를 이용하였다. 코팅의 내열성을 확인하기 위해 코팅을 furnace에 넣어 공기중에서 500, 600, 700, 800, 900, $1,000^{\circ}C$로 30분 동안 annealing 한 후에 nano-indentation을 사용하여 경도를 측정하였다. CrZrN 및 CrAlN 코팅을 나노 인덴테이션으로 분석한 결과, 모든 코팅의 경도(33.4-35.8 GPa)와 탄성계수(384.1-391.4 GPa)는 중간층의 종류에 상관없이 비슷한 값을 보인 것으로 확인됐다. 그러나, 코팅의 마찰계수는 중간층의 종류에 따라 다른 값을 보였다. CrZrN 코팅의 경우 CrN 합금상 중간층을 갖을 때 가장 낮은 값을 보였으며, CrAlN 코팅의 경우 CrN/CrZrSiN 중간층을 증착하였을때 마찰계수는 0.34로 CrZrN 중간층을 증착하였을 때(0.41)에 비해 낮은 값을 보였다. 또한, 코팅의 마모율 및 마모폭도 비슷한 경향을 보인 것으로 보아, CrN/CrZrSiN 중간층을 합성한 CrAlN 코팅의 내마모성이 상대적으로 우수한 것으로 판단된다. 코팅의 밀착력의 경우도 마찰계수와 비슷한 경향을 보였다. 이것은 중간층의 H/E ratio가 코팅의 내마모성에 미치는 영향에 의한 결과로 사료된다. H/E ratio는 파단시의 최대 탄성 변형율로써, 모재/중간층/코팅의 H/E ratio 구배에 따라 코팅 내의 응력의 완화 정도가 변하게 된다. WC 모재 (H/E=0.040)와 CrAlN 코팅(H/E=0.089) 사이에서 CrN, CrZrSiN 중간층의 H/E ratio는 각각 0.076, 0.083으로 모재/중간층/코팅의 H/E ratio 구배가 점차 증가함을 확인 할 수 있었고, 일정 응력이 지속적으로 가해지면서 진행되는 마모시험중에 CrN과 CrZrSiN 중간층이 WC와 CrAlN 코팅 사이에서 코팅 내부의 응력구배를 완화시키는 역할을 함으로써 CrAlN 코팅의 내마모성이 향상된 것으로 판단된다. 모든 코팅을 열처리 후 경도 분석 결과, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅은 $1,000^{\circ}C$까지 약 28GPa의 높은 경도를 유지한 것으로 확인 되었고, 이는 CrZrSiN 중간층 내에 존재하는 SiNx 비정질상의 우수한 내산화성에 의한 결과로 판단된다.

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자동차용 브레이크 마찰재에서 고망간강의 마찰 및 마모특성 (Friction and Wear Properties of High Manganese Steel in Brake Friction Material for Passenger Cars)

  • 정광기;이상우;권성욱;송명석
    • Tribology and Lubricants
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    • 제36권2호
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    • pp.88-95
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    • 2020
  • In this study, we investigate the mechanical properties of high manganese steel, and the friction and wear characteristics of brake friction material containing this steel, for passenger car application, with the aim of replacing copper and copper alloys whose usage is expected to be restricted in the future. These steels are prepared using a vacuum induction melting furnace to produce binary and ternary alloys. The hardness and tensile strength of the high manganese steel decrease and the elongation increases with increase in manganese content. This material exhibits high values of hardness, tensile strength, and elongation; these properties are similar to those of 7-3 brass used in conventional friction materials. We fabricate high manganese steel fibers to prepare test pad specimens, and evaluate the friction and wear characteristics by simulating various braking conditions using a 1/5 scale dynamometer. The brake pad material is found to have excellent friction stability in comparison with conventional friction materials that use 7-3 brass fibers; particularly, the friction stability at high temperature is significantly improved. Additionally, we evaluate the wear using a wear test method that simulates the braking conditions in Europe. It is found that the amount of wear of the brake pad is the same as that in the case of the conventional friction material, and that the amount of wear of the cast iron disc is reduced by approximately 10. The high manganese steel is expected to be useful in the development of eco-friendly, copper-free friction material.

하중 및 온도에 따른 습식 클러치 마찰재의 트라이볼로지 특성 (Effect of Normal Force and Temperature on Tribological Properties of Wet Clutch Friction Material)

  • 박혜선;정구현
    • Tribology and Lubricants
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    • 제35권1호
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    • pp.30-36
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    • 2019
  • The tribological properties of paper-based friction materials are crucial to the performance of a wet clutch system. In this work, the friction and wear characteristics of a paper-based friction material in boundary lubrication state was experimentally investigated using a pin-on-reciprocating tribotester under various normal forces and temperatures. It was found that the wear rate of the friction material increased from $5.8{\times}10^{-6}mm^3/N/cycle$ to $5.5{\times}10^{-5}mm^3/N/cycle$ after 1,700 cycles of testing at $80^{\circ}C$ as normal force increased from 2 N to 7 N. The friction coefficient was also found to increase from 0.135 to 0.155 with increasing normal force from 2 N to 7 N. The increase in contact pressure with increasing normal force may be responsible for these results. In addition, as temperature increased from $20^{\circ}C$ to $80^{\circ}C$, the wear rate of the friction materials increased from $2.0{\times}10^{-5}mm^3/N/cycle$ to $3.6{\times}10^{-5}mm^3/N/cycle$ while the friction coefficient decreased from 0.163 to 0.146. This result may be associated with the decrease in the hardness of friction materials with increasing temperature. Furthermore, plastic deformation on the friction materials was mainly observed after the test. The outcome of this work may be useful to gain a better understanding of the tribological properties of friction materials, and therefore can contribute to the development of friction materials with enhanced performance for wet clutch systems.