Nano-indentation and nano-scratch tests were peformed to assess the mechanical and tribological properties of the coating on a commercially available thin-film magnetic recording disk. Surface topography and roughness of the disk was studied using atomic force microscopy. The hardness and elastic modulus data show a peak at an indentation depth equivalent to the thickness of carbon overcoat, indicating strong influence of the coatin $g_strate interaction and the coating surface roughness on the measurements. The variations of surface roughness data were analysed statistically based on the normal probability distribution theories and Weibull cumulative probability theories.es.
Condenser tube is a component of the heat exchanger in automobile and air conditioning apparatus. It is generally made from the 1000 or 3000 series Al alloys that have good heat efficiency. In the case of 3000 series, these have high strength and hardness but have the disadvantage of low extruability. The development of extruding process in condenser tube with 3000 series Al alloys is studied in this paper. A study on extrusion process is performed through the 3D FE simulation in non-steady state and extrusion experimentation. Also, nano-indentation test is employed to estimate the weldability of tubes. Especially, An evaluation of the weldability using the nano-indentation is accomplished as compared with nano-hardness of welded part and the others in cross-section of tube.
In this study, Cu-based bulk metallic glass (BMG) coatings were deposited by atmospheric plasma spraying (APS) process with different process conditions (with- and without hydrogen gas). As adding the hydrogen gas, thermal energy in the plasma flame increased and induced difference in the melting state of the Cu-based BMG particles. The microstructure and mechanical properties of the coatings were analyzed using a scanning electron microscope (SEM) with an energy dispersive spectroscopy (EDS) and nano-indentation tester in the light of phase analysis. It was elucidated by the nano-indentation tests that un-melted region was a mainly amorphous phase which showed discrete plasticity observed as the flow serrations on the load.displacement (P - h) curves, and the curves of solidified region showed lower flow serrations as amorphous phase mingled with crystalline phase. Oxides produced during the spraying process had the highest hardness value among the phases and were well mixed with other phases resulted from the increase in melting degree.
The light diffusion component spreads the light from one point evenly over a large area. Various types of light diffusion parts such as films and lenses are applied in the high-tech industries such as LCD display devices, lighting devices, and solar energy generation. Among these, a diffuser sheet (Diffuser Sheet) has a function to uniformly distribute the light, and various studies have been conducted to improve its function. The shape of the conventional light diffusion pattern is mainly made of a dot or hemispherical shape. In this study, a rectangular cone-shaped structure having a light diffusion function and an advantage of controlling the angle of refraction of light was fabricated by using a solenoid indentation process. The change in shape of the indentation structure was analyzed.
The mechanical as well as tribological characteristics of coating films as thin as a few nm become more crucial as applications in micro-systems grow. Especially, the amorphous carbon film has a potential to be used as a protective layer for micro-systems. In this work, quantitative evaluation of nano-indentation, scratching, and wear tests were performed on the 7nm thick amorphous carbon film using an Atomic Force Microscope (AFM). It was shown that AFM-based nano-indentation using a diamond coated tip can be feasibly utilized for mechanical characterization of ultra-thin films. Also, it was found that the critical load where the failure of the carbon film occurred was about 18${\mu}$N by the ramp load scratch test. Finally, the wear experimental results showed that the quantitative wear rate of the carbon film ranged 10$\^$-9/~10$\^$-8/ ㎣ /N cycle. These experimental methods can be effectively utilized for a better understanding the mechanical and tribological characteristics at the nano-scale.
Molecular dynamic simulations of nano indentation on single-crystal silicon (100) surface were performed using diamond indentor. Silicon substrate and diamond indentor were modeled diamond structure with Tersoff potential model. Phase transformation of silicon, incipient plastic deformation, change of incident temperature distribution are investigated through the change of potential energy distribution, displacement-load diagram, the change of kinetic energy distribution and displacements of silicon atoms. Phase transformation is highly localized and consists of a high-density region surrounding the tip. Axial load linearly increased according to the indenting depth. Number of atoms with high kinetic energy increased at the interface between substrate and indentor tip.
Nano-imprint technology has been vigorously studied by many researchers for it is one of the most promising technologies for manufacturing the pattern with its critical dimension below 100nm. In the nano-imprint technology, nano patterns are transferred on a polymer film and the transferred patterns are used as an etch mask to define the designed patterns on a substrate or a metal layer. To this end, it is important to keep the residual thickness of the imprinted polymer film uniform. In this study, a novel measurement technique to measure the residual thickness of films is proposed based on nanoindentation theory. This technique has advantages of saving time and measuring the residual thickness of highly-localized portions in comparison with other techniques, but has limitation of requiring calibration process.
Over the past decade, many computational researches have been performed to investigate quantitative relationships between load-displacement and material properties. But piling-up which causes errors to estimate mechanical material properties remains the most significant unresolved issue in nano-indentation test. This study has estimated quantitative aspects of the effects of material properties, especially work hardening exponent, on piling up/sinking in response of various materials. Using FE Analysis, piling up/sinking in response when material is indented by sharp indenter is investigated to evaluate the effects of material properties. From the FE analysis result, quantitative relationships between piling up/sinking in height and material properties is assessed using dimensional analysis which is used to define scaling variables and universal functions. And nano-indentaion test is performed to verify this relation on various materials. From the result of comparison with prediction from dimensional function and experiment, the work hardening exponent was found to have greater influence on the piling up/sinking in height during the nano-indentation than other material properties, such as elastic modulus and yield stress.
본 연구는 공업용 응용이 많은 알루미늄 또는 구리와 같은 재료를 나노 압입 시험기에 의하여 탄생계수 및 경도 값을 얻을 때 파일-업(pile-up) 현상이 생기는 경우 계측 값을 교정할 수 있는 방법에 대해 다룬다. 나노 압입 시험기에 의해 얻어지는 탄성계수와 경도의 측정치는 접촉면적의 피팅 (fitting) 식에 의존하게 되는데 이는 오로지 싱크-인(sink-in) 재료에만 유효하다. 그러므로 싱크-인이 아닌 파일-업인 많은 무른 공학재료들에 있어서는 그 접촉면적이 실제보다 적게 계산되고 따라서 탄성계수와 경도는 높게 계산된다. 본 연구에서는 이미 탄생계수를 알고 있는 파일-업 거동을 보이는 재료의 경우에 경도 값을 교정하는 방법을 제안한다. 이 방법을 경금속인 Al 6061 T6와 C 12200에 적용하기 위해 인장시험, 나노 압입시험, 압입자국 측정, 그리고 유한요소해석을 수행하였다. 압입 자국 측정과 유한요소해석을 흥하여 두 재료 모두 파일-업 거동이 발생하는 것을 알 수 있었다. 제안한 교정 방법은 싱크-인 접촉면적 값을 파일-업 접촉면적 값으로 늘려 주었고 경도 측정값을 낮추어 주었다. 교정된 경도 값은 별도의 연구에서 다룬 변형률 구배 소성을 고려한 유한요소해석 결과와 잘 일치하였다.
Recently there has been a great world-wide interest in developing and characterizing new nano-structured materials. These newly developed materials are often prepared in limited quantities and shapes unsuitable for the extensive mechanical testing. The development of depth sensing indentation methods have introduced the advantage of load and depth measurement during the indentation cycle. In the present work, ZnO thin films are prepared on the Glass, GaAs(100), Si(111), and Si(100) substrates at different temperatures by pulsed laser deposition(PLD) method. Because the potential energy in c-axis is law, the films always shaw c-axis orientation at the optimized conditions in spite of the different substrates. Thin films are investigated by X-ray diffractometer and Nano indentation equipment. From these measurements it is possible to get elastic modulus and hardness of ZnO thin films on all substrates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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