• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.34 no.10
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• pp.1471-1478
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• 2010

Microforming processes have recently attracted considerable attention from industry and academia since they enable the production of microscale parts using various materials at a high production rate, minimize material loss, and provide parts with excellent mechanical properties. However, for successful development and applications of the microforming process it is critical to take the tribological size effect into consideration because previous studies have shown that traditional friction models for macroscale forming generate significantly erroneous results in the case of microforming. In this paper, we performed scaled ring compression experiments to investigate the tribological size effect of aluminum and brass materials in microforming. The sensitivity of the interfacial friction to the deformation characteristics of the ring was quantitatively analyzed by the finite element analysis. In addition, a friction model based on slip line field and upper boundary techniques was used to theoretically explain the friction mechanism in microforming.

• Journal of Power System Engineering
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• v.13 no.2
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• pp.18-29
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• 2009

미세유동에 대한 폭발적인 관심에 의해 이 분야의 연구는 다양한 측면에서 이루어지고 있다. 본 연구는 사각 미세채널에서의 슬립유동에 관한 연구 중 아직 제대로 이루어져 있지 않은 마찰특성에 관한 종횡비의 영향에 초점을 맞추어 3차원 수치해석을 행하였다. 그 결과 종횡비가 1.0 일 때 상하 벽면 및 좌우측 벽면에서의 전단음력은 동일하나, 종횡비가 감소함에 따라 전단응력은 상하 벽면과 좌우측 벽면이 상이한 강도로 증가함을 보였다. 또한 Knudsen 수의 증가에 따라서는 전단응력이 감소함을 알 수 있었다. 따라서 벽면에서의 전단응력은 종횡비를 증가시키거나 혹은 Knudsen 수를 증가시키면 감소시킬 수 있으며, 마찰계수(fRe)도 종횡비를 증가시키거나 혹은 Knudsen 수를 증가시키면 감소됨을 밝혔다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2015.05a
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• pp.28-28
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• 2015

현재 인쇄전자 소자 생산을 위해 사용되고 있는 대부분의 그라비아 롤러는 미세 패턴의 보호와 인쇄 중 마찰에 대한 내구성을 향상시키기 위해 경질 크롬 도금 막이 사용되고 있다. 그러나 경질 크롬 도금 막의 경우 구현할 수 있는 경도(~1000 HV)와 이형성, 내마찰(마찰계수: ~ 0.6) 특성 등에 한계가 있다. 이러한 경질 크롬 도금이 적용된 그라비아 롤은 그 수명과 내구성, 구현할 수 있는 인쇄 품질 및 신뢰성 그리고 인쇄처리 속도 등에 있어 여러 문제가 있다. DLC(Diamond Like amorphous Carbon)는 낮은 마찰계수 값인 0.2 이하와 뛰어난 내마모성, 상대재료에 대한 이형성 등을 겸비한 표면강화 기술로 경질 크롬 도금막 대비 우수한 표면 경도(>1,800 HV) 특성을 갖으며, 합성된 DLC 코팅 막의 경우 정밀 인쇄 제판이 요구하는 표면거칠기를 구현할 가능성이 높다는 장점이 있다. 특히 실리콘이 첨가 된 Si-DLC의 경우 표면의 마찰계수를 0.1 이하까지 낮출 수 있는데 닥터블레이드 및 잉크, 인쇄 기재와의 마찰 훼손을 최소화시켜 그라비아 인쇄 롤의 수명을 향상시킬 수 있다. 또한 PECVD 공정을 이용하여 합성한 Si-DLC는 표면거칠기를 10nm 이하의 경면으로 구현할 수 있으며, 높은 접촉각에 의한 우수한 이형성을 통해 미세 패턴 내부에 전자잉크/페이스트가 잔류되는 현상을 억제할 수 있다. 이는 기존 경질 크롬 도금이 적용된 그라비아 롤에서 발생하는 패턴 내 잉크 잔류-고형화와 그에 의한 사용수명 단축현상을 현저히 개선시킬 수 있다.

• Journal of the Korean Ceramic Society
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• v.35 no.7
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• pp.721-725
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• 1998

In this study solid-phase sintered silicon caribide samples composed of SiC powder having boron and car-bon black as additives were prepared by pressureless sintering at $1950^{\circ}C$. The bending strength the frac-ture toughness and the specific werar rate of the samples were examined and the micro structures of the broken and the worn surface were observed by SEM to understand the relationship between the tri-bological charcteristics and the micro structure. Additionally the relationship between the micro struc-tures and the tribological characteristics of the samples for the frictional opponents SiC and $Al_{2}O_{3}$ pins were investigated Conclusions are as follows ; 1. The specific were rate of the samples for the SiC pin was larger than that for the $Al_{2}O_{3}$ pin. HOwever the specific wear rate for the $Al_{2}O_{3}$ pin was increased about 6,45 times as that for the SiC pin under the load increasing. 2. The specific wear rate of the SiC pin was larger than that of the $Al_{2}O_{3}$ pin. owever the specific wear rate of the $Al_{2}O_{3}$ pin was increased about 4 times as that of the SiC pin under the load increasing 3. The micro stucture of the worn surface showed a flat face without cracks in the case that the frictional opponents has the low friction coefficient but in the case of without cracks in the case that the frictional opponents has the low friction coefficient but in the case of the high friction coefficient the micro structure of the worn surface showed an uneven face having spread-ed cracks. 4. The tribological characteristics of thesolid-phase sintered SiC samples was similar to that of li-quid-phase sintered ones when the pin having the high friction coefficient was used.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2007.11a
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• pp.128-129
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• 2007

Cr-Al-N, Cr-Si-N 그리고 Cr-Al-Si-N 코팅막을 WC-Co 모재위에 AIP법과 DC 마그네트론 스퍼터링 법을 결합한 하이브리드 시스템을 이용하여 합성하였으며, Si함량에 따른 Cr-Al-Si-N 코팅막의 미세구조, 기계적 특성과 마찰 거동에 관해 비교 연구하였다. Cr-Si-N(${\sim}35GPa$)과 Cr-Al-Si-N(${\sim}55GPa$) 코팅막의 경도값은 CrN(${\sim}23GPa$)과 Cr-Al-N(${\sim}25GPa$) 코팅막과 비교하여 각각 증가하였고, CrN(${\sim}0.50$)과 Cr-Al-N(${\sim}0.84$)의 평균 마찰계수는 Si 함량이 9 at.% 일때, Cr-Si-N(${\sim}0.30$)과 Cr-Al-Si-N(${\sim}0.57$)으로 각각 감소하였다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.23-23
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• 2010

마찰교반접합(Friction Stir Welding)은 1991년 영국 TWI에서 개발된 접합 법으로서 일정한 속도로 회전하는 툴이 재료내부에 삽입 되면서 툴과 재료사이에서 마찰열이 발생하여 연화된 재료와 접합 툴 사이에서의 기계적 교반에 의해 소성변형이 일어남과 동시에 접합이 이루어진다. 마찰교반접합은 동적 재결정에 의한 접합부의 미세한 결정립 형성으로 인하여 기계적 특성이 향상되며 보호 가스가 필요 없어 친환경적임과 동시에 용융 용접 법에 비해 접합 시 에너지 소모가 적다는 장점이 있다. 마찰교반접합은 기존의 저융점 재료에 관한 접합을 넘어서 최근에는 철계 합금, 타이타늄 합금, 니켈계 합금 등 고융점 재료에서의 적용에 관한 연구가 이루어지고 있다. 하지만 마찰교반접합을 이용하여 위와 같은 강한 재료를 접합하기 위해서는 내구성이 갖추어진 툴이 반드시 수반된다. 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강은 염화물의 농도가 높은 부식 환경에 적용되는 소재로서, 공식(pitting corrosion) 및 틈부식 (crevice corrosion)에 대한 내식성을 높이기 위하여 Mo의 함량을 6%로 낮추고 20~25% Cr과 Ni을 첨가하여 사용된다. 이러한 고합금의 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강은 여타 내식성 합금에 비하여 내식성이 매우 우수한 것으로 알려져 있다. 최근 SO2 배출에 대하여 규제가 강화되면서 화력 발전소용 탈황 설비 중 일부 장비에서 6% Mo가 첨가된 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강의 사용이 늘어나고 있다. 본 연구에서는 $Si_3N_4$ 툴을 사용하여 Mo이 6% 첨가된 슈퍼 오스테나이트계 스테인리스강인 1925hMo강을 마찰교반접합하였다. 툴 회전속도 (200rpm, 300rpm, 460rpm, 700rpm)를 변수로 하여 접합을 실시하였다. 접합 후 외관상태를 점검하였으며 광학현미경 (optical microscope)과 주사전자현미경 (scanning electron microscope)을 사용하여 미세조직 관찰을 하였으며 경도 및 인장강도 측정 등의 실험을 통하여 접합부의 기계적 특성을 평가하였다. 그 후 이러한 결과를 통하여 미세조직과 기계적 특성과의 관련성을 조사하였다.

• Proceedings of the KWS Conference
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• 2010.05a
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• pp.24-24
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• 2010

마찰교반접합법은 특정한 회전수로 회전하는 용접 툴을 이용하여 접합하고자 하는 피접합재의 맞댄면에 삽입시킨 후 툴을 이동시키거나 혹은 시편을 견고하게 고정시킨 장치(backing plate)가 움직여 고상 상태에서 접합이 이루어진다. 알루미늄, 마그네슘 등 비교적 융점이 낮은 저융점 재료의 재료에 처음 적용이 되어 많은 연구가 활발히 진행되었고 타 용접방법에 비해 우수한 접합특성을 나타내었다. 최근 이러한 마찰교반접합은 이러한 저융점 재료를 넘어서 스틸, 타이타늄, 니켈 등과 같은 고융점 재료 등에 대한 적용이 늘어나고 있다. 마찰교반접합을 이용하여 이러한 고융점 재료의 접합 경우 내마모성 및 내열성 등의 내구성이 갖추어진 툴과 이러한 툴을 냉각시킬 수 있는 냉각 장치 등이 필요로 하나 경제적 측면이나 접합부의 우수한 특성 등을 고려 할 때 그 적용 및 발전 가능성이 매우 높다고 볼 수 있다. 2상 스테인레스 강은 금속 조직적으로 페라이트와 오스테나이트 상이 거의 1:1의 동등한 비율로 매우 미세하게 결합된 구조를 가지고 있다. 또한 이상 스테인레스 강은 각상의 개개의 특성에 기인하여 염소 분위기에서 응력부식 저항성이 우수하고, 공식과 틈부식에 대한 저항성이 매우 뛰어나다. 그리고 이상 스테인레스 강은 비교적 고가인 Ni이 일반 오스테나이트 스테인리스 강의 약 1/2의 수준으로 적게 포함이 되어 경제적인 이점을 지니고 있으며 또한 용접성이 좋아 산업계의 수요는 현재 점차 증가하고 있는 상황이다. 하지만 이러한 이상 스테인리스 강은 용접 후 페라이트 상의 조대화, 그리고 페라이트 상의 분율이 오스테나이트 상의 분율보다 높아지게 되어 용접부에서의 저온 인성 감소 및 내식성 저하 등의 문제가 발생하게 된다. 그리하여 용접 시 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 입열량의 조절이 가장 필요로 하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 마찰교반용접을 이용하여 두께 3mm의 대표적인 이상 스테인리스 강인 SAF2205 스테인리스 강에 대해 맞대기 마찰교반접합을 실시하였다. 툴 회전속도를 변수로 하여 접합을 실시하였으며 접합 시 툴은 $Si_3N_4$ 툴을 사용하였다. 접합 후 외관상태 점검, 미세조직 관찰, 경도 및 인장강도 측정 등의 실험을 실시하였고, 이러한 결과를 이용하여 미세조직과 기계적 특성과의 관련성을 조사하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2010.05a
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• pp.569-570
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• 2010

• Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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• v.25 no.11
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• pp.119-125
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• 2008

The objective of this study was to compare micro-scale friction coefficients with and without synovial fluid, and micro-scale measurements were performed using atomic force microscopy (AFM) with a $5{\mu}m$ spherical probe. Four cylindrical cartilage specimens were harvested from two fresh bovine humeral heads (4-6 months old). $Average{\pm}standard$ deviation values of the micro-scale AFM frictional coefficients calculated from the liner fit of friction versus normal force was $0.177{\pm}0.012$ and $0.130{\pm}0.010$ with and without synovial fluid coating on AFM probe respectively, showing its reduction by ${\sim}27%$ with synovial fluid. To the best of our knowledge, this experimental study investigates the first such comparisons of frictional response of articular cartilage with and without synovial fluid coating on AFM probe, and provides significant insights into the role of synovial fluid in the articular cartilage friction and lubrication independently of the confounding effect of fluid pressurization in the articular cartilage.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.124-124
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• 2012

접촉운동기구 계면에서의 마찰력은 요소 혹은 시스템의 효율과 직접적으로 연관이 있으며 이로 해 마찰계수를 낮추기 위한 저마찰 표면처리는 Tribology 연구에 있어 기초적이면서도 동시에 매우 중요한 부분으로 오래 전부터 인식되어오고 있다. 또한 대부분의 습동기구 표면이 경화 처리되어 마모에 강한 특성을 보이나 이는 마찰계수가 일정 이하로 낮게 유지될 경우에만 해당되는 것으로 마찰계수의 조절은 매우 중요하다고 할 수 있다. 과거 자동차 엔진의 실린더 라이너 표면에 가공된 사선 형태의 패턴들이 저마찰 기능을 하는 것은 이미 잘 알려진 사실이며 최근에는 이러한 패턴 혹은 형상을 인위적으로 조절하여 저마찰 기능과 성능을 더욱 높이고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이와 같은 미세한 패턴은 다양한 가공기술의 발전에 의해 가능하게 되었으며 그 결과 마찰계수는 패턴의 형상과 분포 등과 매우 밀접한 관계가 있는 것으로 보고되어 있다. 본 연구에서는 최근 활발한 연구가 진행되고 있는 표면 텍스쳐링 분야에 대한 전반적인 연구 동향과 미래의 가능성에 대해 살펴보고자 한다.