Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.41
no.1
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pp.46-57
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2024
In this study, the various process conditions for high-power DC Magnetron Sputtering (DCMS) on the surface roughness of carbon thin films were investigated. The optimal conditions for Si/C coating were 40min for deposition time, which does not deviate from normal plasma, to obtain the maximum deposition rate, and the conditions for the best surface roughness were -16volt bias voltage and 400watt DC power with 1.3x10-3torr chamber pressure. Under these optimal conditions, an excellent carbon thin film with a surface roughness of 1.62nm and a thickness of 724nm was obtained. As a result of XPS analysis, it was confirmed that the GLC structure (sp2 bonding) was more dominant than the DLC structure (sp3 bonding) in the thin film structure of the carbon composite layer formed by DC sputtering. Except in infrequent cases of relatively plasma instability, the lower bias voltage and applied power induces smaller surface roughness value due to the cooling effect and particle densification. For the optimal conditions for Graphite/C composite layer coating, a roughness of 36.3 nm and a thickness of 711 nm was obtained under the same conditions of the optimal process conditions for Si/C coating. This layer showed a immensely low roughness value compared to the roughness of bare graphite of 242 nm which verifies that carbon coating using DC sputtering is highly effective in modifying the surface of graphite molds for glass forming.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.9
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pp.1027-1032
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2012
Two types of very small multiplying gears and arrays have been developed for new dental hand-pieces, and the increased speed ratios, modules, number of teeth, gear diameters, and gear types were calculated based on the dynamics of the machinery. The contacting and bending strengths were evaluated for gear teeth with two design concepts using AGMA equations and finite element analyses, and the contacting stresses on teeth with and without DLC (diamond-like-carbon) coating layers were calculated. Fatigue and tension tests were performed to obtain an S-N curve, the Young's modulus, and the strength of the gear material, and these were utilized in the analyses. Slightly larger stresses were found for 2-axis-type gears than for other types of gears, and the S-N curves showed that a gear lifetime of 109 cycles was satisfied. The contacting stresses in gears coated with DLC were reduced by 30%. A new prototype model of a hand-piece with small gears was successfully fabricated and tested.
Lee, Woo Young;Ryu, Ho Jun;Jang, Young Jun;Kim, Gi Taek;Deng, Xingrui;Umehara, Noritsugu;Kim, Jong Kuk
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2016.02a
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pp.144.2-144.2
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2016
Diamond-like carbon (DLC) coatings have been widely applied to the mechanical components, cutting tools due to properties of high hardness and wear resistance. Among them, hydrogenated amorphous carbon (a-C:H) coatings are well-known for their low friction properties, stable production of thin and thick film, they were reported to be easily worn away under high temperature. Non-hydrogenated tetrahedral amorphous carbon (ta-C) is an ideal for industrial applicability due to good thermal stability from high $sp^3$-bonding fraction ranging from 70 to 80 %. However, the large compressive stress of ta-C coating limits to apply thick ta-C coating. In this study, the thick ta-C coating was deposited onto Inconel alloy disk by the FCVA technique. The thickness of the ta-C coating was about $3.5{\mu}m$. The tribological behaviors of ta-C coated disks sliding against $Si_3N_4$ balls were examined under elevated temperature divided into 23, 100, 200 and $300^{\circ}C$. The range of temperature was setting up until peel off observed. The experimental results showed that the friction coefficient was decreased from 0.14 to 0.05 with increasing temperature up to $200^{\circ}C$. At $300^{\circ}C$, the friction coefficient was dramatically increased over 5,000 cycles and then delaminated. These phenomenon was summarized two kinds of reasons: (1) Thermal degradation and (2) graphitization of ta-C coating. At first, the reason of thermal degradation was demonstrated by wear rate calculation. The wear rate of ta-C coatings showed an increasing trend with elevated temperature. For investigation of relationship between hardness and graphitization, thick ta-C coatings(2, 3 and $5{\mu}m$) were additionally deposited. As the thickness of ta-C coating was increased, hardness decreased from 58 to 49 GPa, which means that graphitization was accelerated. Therefore, now we are trying to increase $sp^3$ fraction of ta-C coating and control the coating parameters for thermal stability of thick ta-C at high temperatures.
The broad beam ion sources of hot filament plasma type have widely used for modifications of materials and thin films, and the new type intensive current broad beam metal ion source including reactive gaseous ion beams is needed for preparing the hard coating films such as DLC, $\beta-C_3N_4$ Carbides, Nitrides, Borides etc. Now a electorn beam evaporation(EBE) broad beam metal ion source has been developed for this purpose in our lab. CN film has been formed by the EBE ion source. Study of the CN film shows that it has high hardness(HK=5800kgf/$\textrm {mm}^2$)and good adhesion. This method can widely changes the ratio of C/N atom's concentrations from 0.14 to 0.6 and has high coating rate. The low energy pocket ion source which was specially designed for surface texturing of medical silicon rubber was also developed. It has high efficiency and large uniform working zone. Both nature texturing and mesh masked texturing of silicon rubbers were performed. The biocompatibility was tested by culture of monocytes, and the results showed improved biocompatibility for the treated silicon rubbers. In addition, the TiB2 film synthesized by IBED is being studied recently in our lab. In this paper, the results which include the hardness, thickness of the films and the AES, XRD analysis as well as the tests of the oxidation of high temperature and erosion will be presented.
Kon;Chun, Hui-Gon;Cho, Tong-Yul;Nikolay S. Sochugov;You, Yong-Zoo
Journal of Korean Vacuum Science & Technology
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v.6
no.4
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pp.143-148
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2002
Method of plasma-immersion ion deposition of hydrogenated DLC films on relatively thick flat dielectric substrates from plasma of not-self-sustained low-pressure gas arc discharge is suggested. Coating properties have been investigated experimentally, average energy Per a deposited carbon atom depending on discharge current has been calculated. Optimum deposition parameters lot obtaining sufficiently hard and transparent high-adhesive a-C:H films on a 4-mm thick glass substrates have been determined. Possibility to use these coatings for photo-tools protection from abrasion wear at low operating loads is shown in general.
Kim, Jong-Guk;Kim, Gi-Taek;Kim, Dong-Sik;Gang, Yong-Jin;Lee, Seong-Hun
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2015.05a
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pp.72-72
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2015
최근 비철소재 가공용 공구의 이형성 향상 코팅 및 자동차 부품의 고온 환경에서 사용할 수 있는 코팅으로 유망한 수소가 없는 비정질 다이아몬드 카본 막 (Non-Hydrogen Diamond Like Carbon films : ta-C)을 양산할 수 있는 코팅 시스템에 대한 연구 결과를 발표하고자 한다. 본 시스템은 Diamet-600이라고 하며 ta-C의 처리폭은 350 mm, 직경 450 mm 8축 공자전 치구에서 400nm/h의 증착률을 가지며, 막의 경도는 최대 65GPa을 달성하였다.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.6
s.171
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pp.159-167
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2005
This work focuses on the effects of crack free friction on Mode II stress intensity factors, $K_{II}$, for a vertical surface crack in a two-dimensional finite element model of TiN/steel subject to rolling contact. Results indicate that maximum $K_{II}$ values, which occur when the load is adjacent to the crack, may be significantly reduced in the presence of crack face friction. The reduction is more significant for thick coatings than for thin. Crack extension and increased layer thickness result in increased $K_{II}$ values. The effect of crack face friction on compressive $K_I$ values appears negligible. Comparative results are presented for $MoS_2/steel$ and diamond-like carbon(DLC)/Ti systems.
Kim, Jong-Guk;Gang, Yong-Jin;Kim, Do-Hyeon;Jang, Yeong-Jun
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.91-91
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2017
트라이볼로지란? 상대운동을 하면서 서로 영향을 미치는 두면 및 이와 관련된 문제로 마찰, 마모, 윤활에 대한 것을 말한다. 트라이볼로지는 1960대에 조사 연구되기 시작하면서 학문적으로 많은 정리가 이루어졌고, 현재 현대사회에서 문제가 되고 있는 에너지 및 환경 문제를 해결할 수 있는 핵심 요소로 떠오르고 있다. 특히 4차 산업혁명시대를 맞이하여 많은 부분에서는 인공지능, 클라우딩, 빅 데이터 및 로봇 등을 이야기하고 이에 대한 투자 및 개발을 이야기하고 있지만, 이 4차 산업을 뒷받침할, 강인한 제조업이 없으면 불가능한 혁명이라고 말 할 수 있다. 특히 트라이볼로지는 제조업의 무인 자동화 및 무인 로봇 등 이를 필요로 하는 산업 기기와 같은 전반적인 부품 및 소재의 마모를 감소시켜, 기계 장치의 신뢰성을 증가시킬 수 있다. 마찰은 두 물체 상호간의 열 발생을 억제 시키고, 마모는 물체의 표면 경도가 높으면 높을수록 마모량이 적어진다고 알려져있다. 따라서 트라이볼로지와 관련한 표면 처리의 경우, 고온 환경에서의 사용성 증대 및 고경도화 그리고 저마찰을 위한 방향으로 개발 발전되어져 왔다. 트라이볼로지 코팅 중 내마모 코팅의 경우, 티타늄 원소를 기본으로 알루미늄(Al) 및 실리콘(Si)를 합금화하면서, 고경도화 및 내열성을 증대시키는 방향으로 발전되어 왔다. 그에 따라 표면경도의 경우, 4000 Hv, 내열성 $1200^{\circ}C$에 도달였다. 하지만 여전히 철계와의 마찰계수는 0.3 이상으로 이를 낮추는 방법이 요구되고 있다. 최근 트라이볼로지 코팅 중 카본을 함유한 비정질 다이아몬드상 카본 막 (Diamond like Carbon Film : DLC) 이나, Diamond 막의 수요 증가는 마찰을 낮추어 융착마모를 줄이려는 노력으로 볼 수 있다. 특히 수소를 포함하지 않는 고경도 탄소막인 ta-C(tetrahedral amorphous-Carbon)의 수요는 증대되고 있으며, 이에 대한 후막화 및 양산화 기술의 개발의 현재 isssu로 대두되고 있다.
In order to reduce resistance torque and energy loss, minimizing friction between race surface and rolling elements of a bearing is necessary. Recently, to reduce friction in bearing element, solid lubricant coating for the bearing raceway surface has been receiving much attention. Considering the operating conditions of real bearings, verifying the effect of solid lubricant coatings under extreme conditions of high load that is more than 1 GPa is necessary. In this study, we evaluated the friction and wear characteristics of SUJ2 bearing steels deposited by carbon-based coatings (Si-DLC, ta-C), $MoS_2$ and graphite. In case of $MoS_2$ and graphite coatings, different surface treatments were applied to the coatings to verify the effect of surface treatment. A pin-on-disc type tribotester was used to evaluate the tribological characteristics of the coatings. It was possible to quantitatively estimate the friction and wear characteristics of solid lubricant under dry and lubrication conditions. The carbon-based coatings improved the friction and wear properties of SUJ2 bearing steels under the high load condition, but $MoS_2$ and graphite coatings were not suitable for high load conditions due to its low hardness. Different friction and wear behaviors were found for different substrate surface treatment method. Also, it was confirmed that solid lubricant coatings had a more positive effect than just applying the lubricant for improving the tribological characteristics.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.42
no.3
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pp.89-94
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2019
K1A1 tank commander's primary thermal sight is a device that enables tank commanders to detect, identify, aim and track the target by observing targets in all directions during day, night and in situations of smokescreen and fog through $360^{\circ}$ rotation independent from the gunner's primary thermal sight and stabilizing the line of sight even under the vibrations occurring when the tank is standstill and moving. The main function of this device is to detect and process visible and thermal images and deliver the final images to the tank commander. One of the core parts to that end is the observation window (daytime/thermal image window). This core part is mounted at the entrance of the optical path for observing the target and plays the role of making visible light during the daytime and infrared light during the night pass through the target and transmitting the resultant images to the internal optical system of the tank commander's primary thermal sight. Such core parts have been selected as depot maintenance items so that they are replaced by new parts instead of being recycled when they are subjected to maintenance in most cases. That is, the military budget is wasted because such parts are replaced by new parts despite that they can be recycled for maintenance. Therefore, this study proposed a mounting tool for polishing and coating observation windows (daytime and thermal image window) using planar polishing equipment and DLC (Diamond-Like Carbon) coating equipment. In addition, this study presented an amendment (proposal) of the Depot Maintenance Work Request (DMWR) already published to verify the performance of recycled products including the establishment of inspection standards for recycling processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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