With the world's fast expanding energy usage comes a slew of new issues. Because one-third of energy is lost in overcoming friction, tremendous effort is being directed into minimizing friction. Surface texturing is the latest surface treatment technology that uses grooves and dimples on the friction surface of the machine to significantly reduce friction and improve wear resistance. Despite the fact that many studies on this issue have been conducted, most of them focused on parallel surfaces, with relatively few cases of converging films, as in most sliding bearings. This study investigated the lubrication performance of surface-textured inclined slider bearings. We analyzed the continuity and Navier-Stokes equations using a commercial computational fluid dynamics code, FLUENT. The results show the pressure and velocity distributions and the lubrication performance according to the number and orientation of rectangular dimples. Partial texturing somewhat improves the lubrication performance of inclined slider bearings. The number of dimples with the maximum load-carrying capacity (LCC) and minimum friction is determined. When the major axis of the dimple is arranged in the sliding direction, the LCC and friction reduction are maximized. However, full texturing significantly reduces the LCC of the slider bearing and increases the flow rate. The results have the potential to improve the lubrication performance of various sliding bearings, but further research is required.
Surface texturing is widely applied to friction surfaces of various machine elements. Most of the theoretical studies have focused on isothermal (ISO) analyses which consider constant lubricant viscosity. However, there have been limited studies on the effect of oil temperature increase owing to viscous shear. Following the first part of the present study that investigated the effects of film-temperature boundary condition (FTBC) and groove number on the thermohydrodynamic (THD) lubrication characteristics of a surface-textured parallel thrust bearing with multiple rectangular grooves, this study focuses on the effect of groove depths. Current study numerically analyzes the continuity, Navier-Stokes, and energy equations with temperature-viscosity-density relations using a commercial computational fluid dynamics (CFD) software, FLUENT. The results of variation in temperature, velocity, and pressure distributions as well as load-carrying capacity (LCC) and friction force indicate that groove depth and FTBC significantly influence the temperature distribution and pressure generation. The LCC is maximum near the groove depth at which the vortex starts, smaller than the ISO result. For intense grooves, the LCC of THD may be larger than that from ISO. The frictional force decreases as the groove becomes deeper, and decreases more significantly in the case of THD. The study shows that groove depth significantly influences the THD lubrication characteristics of surface-textured parallel thrust bearings.
Park, Eun-Young;Lee, Sang-Goo;Ha, Jong-Wook;Park, In-Jun;Lee, Soo-Bok;Lee, Yong-Taek
Polymer(Korea)
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v.32
no.4
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pp.397-402
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2008
Perfluoropolyether(PFPE) has been widely applied in industry because of its very excellent properties of very high contact angle and low surface energy, good lubricant property and antifouling property. But the difficulty to synthesize PFPE has limited the research on this field. In this study, the novel silicon-containing oligomer with perfluoropolyether moiety was synthesized, and the structure was characterized by $^{19}F$-NMR and $^1H$-NMR. The surface properties of contact angle, sliding angle, and soil release property were investigated. The results show that PFPE in this study can be utilized as an anti-smudge coating material because it shows lower sliding angle and better soil release property than commercial products.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.10
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pp.1493-1498
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2010
This paper present the characteristics of micro- and meso-scale milling processes in which compressed cold air, minimum quantity lubrication (MQL) and $MoS_2$ nanofluid MQL are used. For process characterization, the microand meso-scale milling experiments are conducted using desktop meso-scale machine tool system and the surface roughness is measured. The experimental results show that the use of compressed chilly air and nanofluid MQL in the micro- and meso-scale milling processes is effective in improving the surface finish.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.18
no.1
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pp.49-53
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2011
Diamond-like carbon (DLC) films is a metastable form of amorphous carbon containing a significant fraction of Sp3 bond. DLC films have been characterized by a range of attractive mechanical, chemical, tribological, as well as optical and electrical properties. In this study DLC films were prepared by the RF magnetron sputter system on $SiO_2$ substrates using graphite target. The effects of the post annealing temperature on the Property variation of the DLC films were examined. The DLC films were annealed at temperatures ranging from 300 to $500^{\circ}C$ using rapid thermal process equipment in vacuum. The variation of electrical property and surface morphology as a function of annealing treatment was investigated by using a Hall Effect measurement and atomic force microscopy. Raman and X-ray photoelectron spectroscopy analyses revealed a structural change in the DLC films.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.9
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pp.1005-1012
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2014
Gears are critical elements in automobiles, and their use as power transmitting machine elements in engineering applications is quite extensive. In the areas of contact between gear teeth, the condition of a gear is likely to deteriorate due to contact fatigue, wear, material defects, lubrication failure, etc. Thus, it is necessary to monitor its condition to ensure smooth power transmission. Gear teeth deterioration causes failures such as abrasive wear, scuffing, pitting, and spalling. These failures lead to a higher level of vibration signals in the gear system. This paper presents the results of an experiment on the surface fatigue wear of a spur gear system. The correlation between the estimated specific film thickness, statistical parameter of the vibration signals, and Stribeck curve was considered in this study.
Slider bearing is a widely used load-carrying element in the industry. While a large number of studies have investigated the effect of overall surface curvature, very few have considered sinusoidal surface. Recently, consideration of surface roughness/waviness or intentional wave design has been identified as an important issue in the manufacture of hard disk driver, mechanical seal, hydraulic machine, and etc. This study investigated the load-carrying capacity of a finite-width slider bearing with a wavy surface. Film thickness ratios, length-width ratio, ambient pressure, amplitude, and partial distribution were selected as the simulation parameters. The calculation results showed that the load-carrying capacity rapidly varied at small film thickness ratio, but the waviness near the area of minimum film thickness made much more influence with an increase in film thickness ratio. As the length-width ratio of bearing was increased, ambient pressure became more influential at small film thickness ratios. Furthermore a particular partial distribution of the wavy area led to higher load-carrying capacity than did the whole distribution. Consequently, the results of this study are expected to be of use in surface micro-machining of finite-width slider bearings.
Kim, Byeong-Gon;Choe, Sang-Geun;Jeong, Heon-Saeng;Han, Sang-Geun;Lee, Jae-Jang
Korean Journal of Materials Research
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v.11
no.8
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pp.679-684
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2001
The surface of natural graphite has not only good electrical conductivities and lubrication properties but also has strong hydrophobicity. There are no functional groups and chemical properties on it. It is difficult to join with any other ions and to disperse in aqueous system. In order to increase dispersion ability throughout modification of surface property, it is necessary to let graphite have some function on its surface by the adsorption of surfactant molecules. In this study, using zeta potential adsorbed surfactant molecules(ABDM) on graphite surface and its surface Properties turn hydrophobic into hydrophilic. The dispersing mechanism of graphite particles in aqueous system has been explained using the DLVO theory, It is concluded that the high dispersable graphite suspension of which dispersing stability$(T_{1/2})$ is 44.5 hours at pH 10 and 22.5mV zeta potential can be produced.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2012.05a
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pp.104.2-104.2
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2012
이종 재료의 접합에 대한 연구는 단일 재료에서 얻을 수 없는 물리적/기계적 특성과 이종 재료의 우수한 특성을 얻을 수 있다는 장점이 있어 국내외 적으로 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 이종 접합 기술은 구조재료와 에너지 변환분야에 가장 많이 사용되고 있으며, 그 외 광촉매와 Thin film, 경량구조재료 등에도 사용되고 있다. 그 중 FGM(Functional Graded Materials)는 조성의 점진적인 변화를 통하여 접합하는 방법으로 이종 재료 접합 시 발생하는 내부 응력을 해소해줌으로써 적합한 방법이라고 할 수 있다. FGM 제작에 사용되는 방법으로 널리 알려진 것들로는 plasma spraying, 원심주조, 분말 야금법, PVD, CVD 그리고 EPD(electrophoretic deposition) 등이 있다. 이중에서 EPD는 수용액이나 유기용매와 같은 분산매체 중에 콜로이드 입자의 표면에 대전되는 전하를 이용하여, 외부에서 전장을 걸어서 입자의 움직임을 제어하는 기술이다 EPD는 코팅 속도가 상대적으로 빠르고 두꺼운 코팅 층 제작이 가능하다. 또한 바인더, 윤활제 또는 가소제를 사용하지 않고 다양한 종류와 모양의 기판 위에 균일한 코팅이 가능하다는 장점이 있다. 본 연구에서는 Ni substrate를 이용하여 그 위에 Ni과 $Al_2O_3$의 조성을 점진적으로 변화시켜 FGM을 EPD 방법으로 코팅하였다. 여기서 사용된 Ni은 높은 녹는점과 좋은 연성으로 인해 성형이 용이하여 구조재료로 적합하며, $Al_2O_3$는 고내열성과 내부식성을 가지며 경도가 높다는 장점이 있다. 본 연구에서는 EPD 방식을 이용하여 Ni/$Al_2O_3$ FGM을 코팅하였으며, 코팅 후 발생하는 substrate와의 접착력 문제를 해결하기 위해서 건조 방식과 substrate의 표면 상태를 최적화하여 다층의 Ni/$Al_2O_3$ FGM을 코팅 및 소결하였다. Zeta-potential 측정을 통해 electrophoretic mobility와 suspension의 분산 안정도를 평가 할 수 있었으며, X-ray 회절 분석(XRD)을 통하여 Ni 의 환원 여부를 확인하였다. 또한 Scanning electron microscopy(SEM) 분석을 통하여 미세구조 분석을 하였고, 최종적으로 Electron Probe Micro Analyzer (EPMA) 를 이용하여 다층 구조의 조성변화를 확인함으로 Ni/$Al_2O_3$의 FGM 코팅이 이루어졌음을 확인하였다.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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1999.06a
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pp.67-72
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1999
Scanning probe Microscope(SPM) such as Scanning Tunneling Microscope(STM) and Atomic Force Microscope(AFM) was shown to be the powerful tool for nano-scale characterization of material surfaces Using this technique, surface morphology of the cyclically deformed Cu or Cu-Al single crystal was observed. The surface became proportionately rough as the number of cycles increased, but after some number of cycles no further change was observed. Slip steps with the heights of 100 to 200 nm and the widths of 1000 to 2000 nm were prevailing at the stage. The slipped distance of one slip system at the surface was not uniform. and formation of the extrusions or intrusions was assumed to occur such place. By comparing the morphological change caused by crystallographic orientation, strain amplitude, number of cycles or stacking fault energy, some interesting results which help to clarify the basic mechanism of fatigue damage were obtained. Furthermore, applicability of the scanning tunneling microscopy to fatigue damage is discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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