Pin-to-disc wear testing experiments were conducted to investigate the wear characteristics of commercial oil (5W-40) with nano-diamond particles. The upper specimen was a SUJ-2 high-carbon chromium steel ball with a diameter of 4 mm, and the lower specimen was made of the Al-6061 alloy. The applied load was 5 N, and the sliding speed was 0.25 m/s. The wear tests were conducted at a sliding distance of 500 m. The friction coefficients and wear rates of the Al-6061 specimens were tested using commercial oil with different nano-diamond concentrations ranging from 0 to 0.02 wt.%. The addition of nano-diamond particles to commercial oil reduced both the wear rate and coefficient of friction of the Al-6061 alloy. The use of nano-diamond particles as a solid additive in oil lubricants was found to improve the tribological behavior of the Al-6061 alloy. For the Al-6061 alloy, the optimal concentration was found to be 0.005 wt.% in view of the friction coefficient and wear rate. Further investigation is needed to determine the optimal concentration of nano-diamond particles for various loadings, sliding speeds, oil temperatures, and sliding distances.
In this work, we examine pure water and water with nanoparticles to investigate water lubrication characteristics and the effect of nanoparticles as lubricant additives for different substrates. We test carbon-based coatings and metals such as high-speed steel and stainless steel in pure deionized (DI) water and DI water with nanoparticles. We investigate water lubrication characteristics and the effect of nanoparticles based on the friction coefficient and wear rate for different substrates. The investigation reveals that nanoparticles enhance the friction and wear properties of high-speed steel and stainless steel. The friction coefficient and wear rate of both high-speed steel and stainless steel decreases in DI water with nanoparticles compared with the results in pure DI water. The presence of nanoparticles in water show good lubricating effect at the contact area for both high-speed steel and stainless steel. However, for carbon-based coatings, nanoparticles do not improve friction and wear properties. Rather, the friction coefficient and wear rate increases with an increase in the concentration of nanoparticles in case of water lubrication. Because carbon-based coatings already have good tribological properties in a water environment, nanoparticles in water do not contribute toward improving the friction and wear properties of carbon-based coatings.
The wear behavior of epoxy matrix composites filled with nano sized silica particles is discussed in this paper. Especially, the variation of the coefficient of friction and the specific wear rate under the various applied load and sliding velocity were investigated for these materials. Wear tests of pin-on-disc mode were carried out and followed by scanning electron microscope observations. The presence of silica filler in epoxy composites was demonstrated significant influence on the friction and wear behavior of epoxy nanocomposites. With the incorporation of silica filler into the epoxy matrix, reduction of the coefficient of friction and specific wear rate were identified. Wear mechanism was discussed by analyzing the worn surface by scanning electron microscope as well.
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.
The friction and wear characteristics of the rubber matrix composites filled with nano sized silica particles were investigated at ambient temperature by pin-on-disc friction test. The volume fraction of silica particles was 19%. The cumulative wear volume and wear rate of these materials on counterpart roughness were determined experimentally. The major failure mechanisms were lapping layers, deformation of matrix, ploughing, debonding of particles, fracture of particles and microcracking by scanning electric microscopy photograph of the tested surface. The cumulative wear volume showed a tendency to increase with increase of sliding distance. The wear rate of these composites tested indicated low value as increasing the sliding distance.
Joshi, Bhupendra;Tripathi, Khagendra;Gyawali, Gobinda;Lee, Soo Wohn
한국표면공학회:학술대회논문집
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한국표면공학회 2014년도 추계학술대회 논문집
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pp.180-181
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2014
Optically translucent Sialon ceramics was fabricated by hot pressed sintering method. The Sialon ceramics was laser textured and their tribological performance was observed. Starved lubrication method was applied on Sialon ceramics with different dimple spacing under a load of 10N and at room temperature. The material having high dimple spacing ($200{\mu}m$) shows low coefficient of friction. The material shows mild wear and therefore, wear rate of steel ball (meeting partner) was observed to measure wear rate. Different phases Sialon ceramics were analyzed by XRD patterns. Moreover, the mechanical properties of the Sialon ceramics were observed.
PTFE has good mechanical and chemical stability at a wide range of temperatures and demonstrates a low friction coefficient value. PTFE is being used for self-lubricating parts in industry. But it shows a high wear rate. Thus, PTFE and nano-diamond powder were mixed into a composite and the wear properties of a PTFE coating layer on Al6061 was investigated. A ball-on-disk type of wear tester was used under a dry condition and different temperatures of oil. After the wear test, the wear track wasexamined by optical microscope. The PTFE-diamond showed the lowest friction coefficient (0.02) of all the lubricants in the experiments. The friction coefficient was shown to be directly related to the diamond powder in the PTFE coating. Adhesion estimations were performed by a scratch test, which is mainly used for coatings. The critical load between the coating and substrate was defined through analyses of the friction load, normal load curve, and acoustic emissions, along with optical microscope observations. The scratch test results showed that an import item (SWISS) gave the highest critical load values.
In order to investigate tribological effects of nano copper particles impregnated(CuN) on surface polytetrafluoroethylene(PTFE) on sealing wear and an experimental study was carried out to determine the wear behavior of copper nano-particles impregnation two kind thickness in super critical $CO_2$ liquid. Experimental results showed that the friction coefficients of CuN PTFE at the low sliding speed(0.44m/s) and the oil temperature ($60^{\circ}C$) were higher than that of virgin PTFE. And a thin nano copper particles impreganated thickness was formed on the surface in the PTFE and the specimen with this treatment has much better friction properties than the original one. Fortunately, at the high load(80 N) and the oil temperature, the friction coefficient of CuN PTFE was lower than that of virgin PTFE. This evidenced the load carrying capacity of CuN PTFE was much better than that of virgin PTFE under the high load condition(80 N) specially. Therefore, it can be concluded that the friction coefficient variation of CuN PTFE is very small but its wear rate decreases greatly with increase in sliding speed.
Ni-P-SiC composite coating layers were prepared by electroless plating method and their deposition rate, codeposition of SiC, morphology, surface roughness, hardness, wear and friction properties were investigated. The deposition rate was kept almost constant independent of the concentration of SiC in the plating solution and the codeposition of SiC in the composite coating layer increased with increased concentration of SiC in the plating solution except the early stage. Vickers microhardness increased with respect to the increased codeposition of SiC and the heat treatment at $300^{\circ}C$ in air for 1 hour. It was found that the wear volume decreased with increased up to 50 wt.% of SiC codeposition, and that friction coefficient increased gradually with increased codeposition of SiC. Considering the wear and the friction behaviors, the composite coating layer obtained by using 50 wt.% of SiC codeposition is desirable for the practical application for anti-wear and anti-friction coatings.
The wear behavior of styrene-butadiene rubber (SBR) and butadiene rubber (BR) was investigated using a blade-type abrader with a steel blade (SB), Ti-coated tungsten carbide blade (TiB), or zirconia blade (ZB). The wear rate of SBR against SB and TiB decreased with increasing number of revolutions because of the blunting of the blades during wear. However, the wear rate of SBR against ZB remained nearly constant with little blade blunting. Generally, the wear rate of BR was largely unaffected by the blade material used for abrasion. The wear rate and frictional coefficient of SBR were found to be higher than those of BR at similar levels of frictional energy input. A power-law relationship was found between the wear rate and frictional energy input during abrasion. A well-known Schallamach pattern was observed for SBR, while a much finer pattern was observed for BR. The blade material affects the wear rate of the rubbers because the macromolecular free radicals and blade tend to undergo mechano-chemical reactions. The inorganic ZB was found to be the most inert for such a mechanism.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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