• 한국표면공학회지
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• 제47권5호
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• pp.263-268
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• 2014

Nanocrystalline diamond(NCD) coated SiC balls were applied in a ball-on-disk tribometer. After seeding in an ultrasonic bath containing nanometer diamond powders, $2.2{\mu}m$ thick NCD films were deposited on sintered 3 mm diameter SiC balls at $600^{\circ}C$ in a 2.45 GHz microwave plasma CVD system. Bare $ZrO_2$ and SiC balls were prepared for comparison as test balls. Tribology tests were performed in air with pairs of three different balls and mirror polished steel(SKH51) disk. The wear tracks on balls and disks were examined by optical microscope and alpha step profiler. Under the load of 3 N, the friction coefficients of steel against $ZrO_2$, SiC and NCD-coated balls were between 0.4 and 0.8. After a few thousands sliding laps, the friction coefficient of NCD-coated balls dropped from 0.45 to below 0.1 and maintained thereafter. Under a higher load of 10 N or 20 N with a long sliding distance of 2 km, $ZrO_2$ and SiC balls exhibited the similar friction coefficients as above. The friction coefficient of NCD-coated balls was less than 0.1 from the beginning and increased to above 0.1 steadily or with some fluctuations as sliding distance increased. NCD coating layers were found worn out after long duration and/or high load sliding test, which resulted in the friction coefficient higher than 0.1.

• 한국분말재료학회지
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• 제26권2호
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• pp.132-137
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• 2019

Tungsten carbide (WC) hard materials are used in various industries and possess a superior hardness compared to other hard materials. They have particularly high melting points, high strength, and abrasion resistance. Accordingly, tungsten carbide hard materials are used for wear-resistant tools, cutting tools, machining tools, and other tooling materials. In this study, the WC-5wt.%Co, Fe, Ni hard materials are densified using the horizontal ball milled WC-Co, WC-Fe, and WC-Ni powders by a spark plasma sintering process. The WC-5Co, WC-5Fe, and WC-5Ni hard materials are almost completely densified with a relative density of up to 99.6% after simultaneous application of a pressure of 60 MPa and an electric current for about 15 min without any significant change in the grain size. The average grain size of WC-5Co, WC-5Fe, and WC-5Ni that was produced through SPS was about 0.421, 0.779, and $0.429{\mu}m$, respectively. The hardness and fracture toughness of the dense WC-5Co, WC-5Fe, WC-5Ni hard materials were also investigated.

• Human Ecology Research
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• 제59권1호
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• pp.83-97
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• 2021

This study developed safety clothing that is essential for adolescent to protect their bodies from accidents, pursue activities and individuality. Therefore, the developed safety clothing was first based on international standards, while changing design to emphasize creativity, activity, and functionality. Two suits of boy's clothes and a girl's suit were developed as safety clothing for sportswear, along with two pairs of girl's clothes and a pair of boy's clothes for entertainment. It was confirmed that the difference in visibility was revealed by testing under different lighting conditions. Second, the survey on adolescents indicated no significant gender difference in sportswear. Round shirt+shorts for both boys and girls were the most preferred for ball game sportswear. However, there was a significant difference by gender in the design of safety clothing for entertainment. Male students preferred jump suit=cape+pants the most, and female students preferred jump suit>cape+pants in the order (p<0.05). In the safety clothes with the highest preference for entertainment, there was no gender difference. All students preferred the jump suit at the most. Checking at each school level, it was found that both middle and high school students preferred jump suit designs, and in safety clothing, middle school students preferred high-neck shirt blouse+tight skirt, and high school students preferred jump suits. Third, 35.5% responded that they would wear it more if current safety clothing is improved. This indicated the necessity of developing various safety clothing for adolescence.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 2003년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.533-537
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• 2003

Compared to sintered polycrystalline diamond (PCD), the deposited thin film diamond has a great advantage on the fabrication of cutting tools with complex geometries such as drills. Because of high performance in high speed machining non-ferrous difficult-to-cut materials in the field of automobiles industry, aeronautics and astronautics industry, diamond-coated drills find large potentialities in commercial applications. However, the poor adhesion of the diamond film on the substrate and high surface roughness of the drill flute adversely affect the tool lift and machining quality and they become the main technical barriers for the successful development and commercialization of diamond-coated drills. In this paper, diamond thin films were deposited on the commercial WC-Co based drills by the electron aided hot filament chemical vapor deposition (EACVD). A new multiple coating technology based on changing gas pressure in different process stages was developed. The large triangular faceted diamond grains may have great contribution to the adhesive strength between the film and the substrate, and the overlapping ball like blocks consisted of nanometer sized diamond crystals may contribute much to the very low roughness of diamond film. Adhesive strength and quality of diamond film were evaluated by scanning electron microscope (SEM), atomic force microscope (AFM), Raman spectrum and drilling experiments. The ring-block tribological experiments were also conducted and the results revealed that the friction coefficient increased with the surface roughness of the diamond film. From a practical viewpoint, the cutting performances of diamond-coated drills were studied by drilling the SiC particles reinforced aluminum-matrix composite. The good adhesive strength and low surface roughness of flute were proved to be beneficial to the good chip evacuation and the decrease of thrust and consequently led to a prolonged tool lift and an improved machining quality. The wear mechanism of diamond-coated drills is the abrasive mechanical attrition.

• 한국분말재료학회지
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• 제30권5호
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• pp.415-423
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• 2023

With the increasing attention to environmental pollution caused by particulate matter globally, the automotive industry has also become increasingly interested in particulate matter, especially particulate matter generated by automobile brake systems. Here, we designed a coating composition and analyzed its mechanical properties to reduce particulate matter generated by brake systems during braking of vehicles. We designed a composition to check the mechanical properties change by adding Cr₃C₂ and YSZ to the WC-Ni-Cr composite composition. Based on the designed composition, coating samples were manufactured, and the coating properties were analyzed by Vickers hardness and ball-on-disk tests. As a result of the experiments, we found that the hardness and friction coefficient of the coating increased as the amount of Cr₃C₂ added decreased. Furthermore, we found that the hardness of the coating layer decreased when YSZ was added at 20vol%, but the friction coefficient was higher than the composition with Cr₃C₂ addition.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제30권4호
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• pp.715-725
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• 2013

바이오디젤은 세계 화석연료의 흐름을 변화시킬 수 있는 환경 친화적 대체물질로 관심의 대상이 되고 있으며 대체연료 외에도 다양한 분야에서 수많은 응용 연구가 진행되고 있다. 최근에는 원유의 정제로부터 얻어진 석유제품을 대체하려는 다양한 움직임이 활발하게 진행되고 있다. 그 중 윤활기유로서의 식물성 오일은 급속도로 발전된 석유산업으로 인해 상용화 되지 못했던 오일로 관심의 대상이 되고 있으며 자연친화적 생분해성과 무독성, 윤활유로서의 낮은 휘발성과 우수한 계면윤활 등 대체 오일로써 충분한 가능성을 지니고 있다. 하지만 우수한 윤활 및 마모성능에도 불구하고 윤활연구에 넓게 활용되지 못했던 이유 중에는 지방산메틸에스테르가 갖는 열악한 산화안정성(oxidation stability) 및 열화안정도(thermal stability) 때문으로 보고되고 있다. 따라서 바이오디젤을 윤활기유 내 일정비율로 혼합하여 윤활성능 및 산화안정성의 변화를 확인하였으며 사구식 내마모 성능시험 후 발생되는 산화 및 열화현상을 알아보았다. 또한 산화에 따른 혼합 오일의 윤활특성 변화를 분석하였으며 이러한 결과를 바탕으로 윤활유 또는 윤활 향상제로서의 가능성을 살펴보았다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.162-162
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• 2017

AlCrN 코팅은 높은 경도, 낮은 표면 조도 등의 상온에서의 우수한 기계적 특성 이외에 고온에서 안정한 합금상의 형성으로 인하여 우수한 내열성을 보이는 코팅이며, Si을 첨가하여 나노복합구조를 갖는 AlCrSiN 코팅은 고경도 특성을 나타내는 나노결정립과 고내열성을 나타내는 $Si_3N_4$ 비정질이 동시에 존재함으로써 뛰어난 고온 특성까지 보유하여 공구 코팅으로의 적용 가능성이 크다. 본 연구에서는, 가혹화된 공구사용 환경 대응 하는 더욱 우수한 내마모성 및 내열성을 보이는 코팅막을 개발하기 위해 AlCrN/AlCrSiN 이중층 코팅을 합성하였다. 합성된 코팅의 구조 및 물성을 분석하기 위해 field emission scanning electron microscopy(FE-SEM), nano-indentation, atomic force microscopy(AFM) 및 ball-on-disk wear tester를 사용하였다. 내열성을 확인하기 위하여 코팅을 furnace에 넣어 500, 600, 700, 800, 900도에서 30분 동안 annealing한 후에 nano-indentation을 사용하여 경도를 측정을 하였다. 5:5, 7:3, 9:1의 두께 비율로 AlCrN/AlCrSiN 이중층 코팅을 합성하였으며 모든 코팅의 두께는 $3{\mu}m$로 제어되었다. AlCrN 코팅층의 두께가 증가할수록, 이중층 코팅의 경도 및 내마모성은 점차 향상되었지만 코팅의 밀착력은 감소하였다. 일반적으로 AlCrN 코팅은 상대적으로 높은 잔류응력을 갖고 있으므로, AlCrN 층의 두께비율이 증가함에 따라 코팅내의 잔류응력이 높아져 코팅의 경도는 증가하고 밀착특성은 낮아진 것으로 판단된다. AlCrSiN 상부층 공정시 기판 바이어스 전압을 -50 ~ -200V 로 증가시키면서 이중층 코팅을 합성하였다. XRD 분석 결과, 공정 바이어스 전압이 증가함에 따라 AlCrSiN 상부층은 점차 비정질화 되었고, 코팅의 경도와 표면 특성이 향상되는 것을 확인하였다. 이러한 특성 향상은 높은 바이어스 인가가 이온 충돌효과의 증가를 야기시켰으, 이로 인해 치밀한 코팅층 합성에 의한 결과로 판단된다. AlCrN/AlCrSiN 이중층 코팅을 어닐링 한 후 경도 분석 결과, -150, -200V에서 합성한 코팅은 900도 이상에서 26GPa 이상의 높은 경도를 보인 것으로 보아 우수한 내열성을 갖는 것으로 확인 되었다. 이는 AlCrSiN 상부층의 높은 Si 함량 (11at.%) 으로 인한 충분한 $Si_3N_4$ 비정질상의 형성과, 고바이어스 인가로 인한 AlCrN 결정상과 $Si_3N_4$ 비정질상의 고른 분배가 코팅의 내열성을 향상시키는데 기여를 한 결과로 판단된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2017년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.143-143
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• 2017

CrAlN 코팅은 높은 경도, 낮은 표면 조도 등의 상온에서의 우수한 기계적 특성 이외에 고온에서 안정한 합금상의 형성으로 인하여 우수한 내산화성 및 내열성을 보유하여 공구 코팅으로의 적용 가능성이 크다. 그러나 최근 공구사용 환경의 가혹화로 인하여 코팅의 내마모성 및 내열성 등의 물성 향상을 통한 공구의 수명 향상이 필요시 되고 있으며, 다양한 코팅 물질을 활용하여 다층 코팅을 합성함으로써 난삭재용 공구 코팅의 물성을 높이는 연구들이 진행되고 있다. 본 연구에서는 CrAlN 코팅과 WC-Co 6wt.% 모재 사이에 CrZrN, CrN, CrN/CrZrSiN 등의 중간층을 합성하여 CrAlN 코팅의 상온 및 고온 특성을 향상시키는 연구가 진행되었다. 합성된 코팅의 구조 및 물성을 분석하기 위해 field emission scanning electron microscopy(FE-SEM), nano-indentation, atomic force microscopy(AFM) 및 ball-on-disk wear tester를 사용하였다. 코팅의 고온 특성을 확인하기 위해 코팅을 furnace에 넣어 공기중에서 30분 동안 annealing 한 후에 nano-indentation을 사용하여 경도를 측정하였고, $500^{\circ}C$ annealing 코팅의 표면 조도 분석 및 $500^{\circ}C$에서 마찰마모시험을 실시하였다. CrAlN 코팅의 상온 특성을 분석한 결과, 모든 코팅의 경도(35.5-36.2 GPa)와 탄성계수(424.3-429.2 GPa)는 중간층의 종류에 상관없이 비슷한 값을 보인 것으로 확인됐다. 그러나, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅의 마찰계수는 0.33로 CrZrN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅의 마찰계수(0.41)에 비해 향상된 값 보였으며, 코팅의 마모율 및 마모폭도 비슷한 경향을 보인 것으로 보아 코팅의 내마모성이 향상된 것으로 판단된다. 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, 0.083 으로 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. 내열성 시험 결과, CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 코팅은 $1,000^{\circ}C$까지 약 28GPa의 높은 경도를 유지한 것으로 확인 되었다. $500^{\circ}C$ annealing 후 진행된 표면 조도와 마모시험 결과, 모든 코팅의 조도 값 및 마찰계수는 상온 값에 비해 증가하였으며 CrN/CrZrSiN 중간층을 증착한 CrAlN 코팅의 변화량이 가장 낮은 값을 보였다. 이는 CrZrSiN 중간층 내에 존재하는 $SiN_x$ 비정질상이 고온 annealing시에 산소 차폐막 역할을 하여, 코팅내의 잔류 산소에 의한 산화작용을 효과적으로 방지함으로써 코팅의 고온 특성이 향상된 것으로 판단된다.

• 한국표면공학회지
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• 제49권6호
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• pp.580-586
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• 2016

Cr-Si-Al-N coating with different Si content were deposited by hybrid physical vapor deposition (PVD) method consisting of unbalanced magnetron (UBM) sputtering and arc ion plating (AIP). The deposition temperature was $300^{\circ}C$, and the gas ratio of $Ar/N_2$ were 9:1. The CrSi alloy and aluminum targets used for arc ion plating and sputtering process, respectively. Si content of the CrSi alloy targets were varied with 1 at%, 5 at%, and 10 at%. The phase analysis, composition and microstructural analysis performed using x-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscopy (FESEM) including energy dispersive spectroscopy (EDS), respectively. All of the coatings grown with textured CrN phase (200) plane. The thickness of the Cr-Si-Al-N films were measured about $2{\mu}m$. The friction coefficient and removal rate of films were measured by a ball-on-disk test under 20N load. The friction coefficient of all samples were 0.6 ~ 0.8. Among all of the samples, the removal rate of CrSiAlN (10 at% Si) film shows the lowest values, $4.827{\times}10^{-12}mm^3/Nm$. As increasing of Si contents of the CrSiAlN coatings, the hardness and elastic modulus of CrSiAlN coatings were increased. The morphology and composition of wear track of the films was examined by scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy, respectively. The surface energy of the films were obtained by measuring of contact angle of water drop. Among all of the samples, the CrSiAlN (10 at% Si) films shows the highest value of the surface energy, 41 N/m.

• 청정기술
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• 제24권1호
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• pp.9-14
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• 2018

본 연구에서는 TiN-Zr 수소분리막의 제조 공정에 대한 환경 영향 특성을 분석하기 위해 물질전과정평가를 수행하였다. Material Life Cycle Assessment (MLCA)의 소프트웨어로는 Gabi를 사용하였다. 이를 통하여 각 공정에서 미치는 영향과 특성화 별 환경영향평가를 수행하였다. 졸겔법에 의해 전구체 TiN을 합성하고 볼밀법을 이용하여 지르코늄을 코팅하였다. 이를 CIP, HPS에 의해 디스크 형으로 제작하였고 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM), 에너지분산형 분광분석법(energy dispersive X-ray spectroscopy, EDS), X-선 회절분석기(X-ray diffraction, XRD), 열중량분석(thermo gravimetry/differential thermal analysis, TG/DTA), 비표면적분석(Brunauer, Emmett, Teller, BET) 및 가스 크로마토그래프 시스템(gas chromatograph system, GP)을 이용하여 분리막의 야금학적, 물리학적, 열역학적 특성을 분석하였다. 또한, 물질전과정평가를 위해 수행한 특성화와 정규화 결과, 영향범주 별 환경영향은 해양 생태 독성이 94%, 수계 생태 독성 2%, 인간독성 2%의 기여도를 보였다. 아울러, 제조공정 중 전기 사용이 생태계 영향에 큰 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 물질 전 과정 평가는 Eco-Indicator '99 (EI99)와 CML 2001 방법론을 기반으로 분석하였다.