Carbon nanotubes (CNTs) are widely used in polymer composites as filler materials to enhance various characteristics of the composites because of their remarkable mechanical, electrical, and thermal properties. In this study, we investigate the effects of MWCNTs on the electrical and wear characteristics of high-impact polystyrene (HIPS) composites, and compare the results with the effects of carbon black (CB). The HIPS composites are classified as Bare-HIPS, MWCNT-HIPS composites containing 2, 3, 4, and 5 wt% MWCNTs, and CB-HIPS containing 17 wt% CB. Electrical characteristics are evaluated by measuring the surface resistance using a 4-point probe. Wear characteristics are evaluated using the reciprocating wear test, and a chrome steel ball with a curvature of 6.3 mm is used as the counterpart. The results show that the addition of MWCNTs or CB can improve the electrical and wear characteristics of HIPS composites. In the case of MWCNT-HIPS composites, surface resistance, friction coefficient, and specific wear rate decrease as the concentrations of MWCNTs increase. Moreover, the addition of MWCNTs is more effective in improving the electrical and wear characteristics of HIPS composites compared to the addition of CB. To fabricate the HIPS composite with appropriate electrical and wear characteristics, more than 4 wt% MWCNTs is added to HIPS.
It has been recognized that friction coefficient decreased with decreasing viscosity of oil in lubrication. In general, the more viscosity decreases, the more wear rate increases due to decrease load carrying capacity. It has been proposed that nano particles in oil decrease friction coefficient and wear rate. The purpose of this study is to apply oil of lower viscosity that mix with nano particles at the compressor used in a refrigerator to decrease friction coefficient keeping Load carrying capacity. Mineral oil of 8 cSt were used and mixed with nano particle. Friction coefficient was evaluated by a disk-on-disk tester. As a result, friction coefficient of nano oil decreased by 90% in comparison with raw oil. These results lead us to the conclusion that nano oil is new plan to raise efficiency of the compressor.
A typical wear pattern was reported to resemble the fatigue crack growth behavior considering its mechanism, especially for amorphous rubbers such as styrene-butadiene rubber (SBR). In this study, the wear and crack growth rates were correlated using two separate experiments for carbon black and silica-reinforced selected rubber compounds. The wear rate was determined using a blade-type abrasion tester, where the frictional energy input during wearing was measured. The crack propagation rate was determined under different tearing energy inputs using a home-made fatigue tester, with a pure-shear test specimen containing pre-cracks. The rates of abrasion and crack propagation were plotted on a log-log scale as a function of frictional and tearing energies, respectively. Reasonable agreement was observed, indicating that the major mechanism of the abrasion pattern involved repeated crack propagation.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2007.11a
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pp.61-62
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2007
HVOF thermal spray coating of micron size Co-alloy powder has been studied for the durability improvement of high velocity spindle (HVS). Optimal coating process of this system for the best surface properties is hydrogen flow rate 75 FMR, oxygen flow rate 38-42 FMR, feed rate 30 g/min at spray distance 5 inch. Friction coefficient (FC) and wear trace (WT) decrease increasing coating surface temperature from 25$^{\circ}$C to 538$^{\circ}$C due to the higher lubricant effects of the oxides at the higher temperature. At the study of adhesion of T800 coating on a light metal alloy Ti-6Al-4V (Ti64) tensile bond strength (TBS) and tensile fracture location (TFL) of Ti64/T800 are 8,740 psi and near middle of T800 coating respectively. This shows that adhesion of Ti64/T800 is higher than the cohesion strength (8,740 psi) of T800 coating. Therefore T800 coating is strongly advisable for the surface coating on HVS such as high speed air-bearing spindle.
Superlubricity refers to the lubrication phenomenon that occurs when the friction coefficient is lower than 0.01. In recent years, this phenomenon has received a significant amount of attention because it can greatly contribute to the reduction of economic and environmental losses caused by friction and wear. In the case of acid lubricants, only ceramic materials can be used for superlubricity, and it takes a long running-in period to enter the superlubricity regime. In this work, we investigated the superlubricity effect of vitreous enamel coating on SUS304. We also examined the running-in period of vitreous enamel coating under phosphoric acid lubricant condition with respect to surface treatments. Drying and polishing methods were used to treat the vitreous enamel coating on the specimen. The friction experimental results revealed that superlubricity could be achieved with vitreous enamel coating. It was also found that the drying and polishing methods can significantly reduce the running-in period and improve the wear properties of vitreous enamel coating. In particular, the polishing method shortened the running-in period by approximately 99% and reduced the wear rate by approximately 99%, compared to nontreated vitreous enamel coating.
Ni-SiC composite coating layers were prepared by electroplating method and their deposition rate, codeposition of SiC, morphology, surface roughness, hardness, wear and friction properties were investigated. It was found that the deposition rate and the codeposition of SiC in the composite coating layer increased with increasing concentration of SiC in the solution only at the early stage. Both of them reached certain maxima and then decreased with increasing concentration of SiC. Rough surface was obtained with increasing codeposition of SiC, which is probably due to the agglomeration of the SiC particle in the vicinity of surface. Vickers hardness increased with increasing codeposition of SiC and heat treatment at $300^{\circ}C$ in air for 1 hour. Wear volume decreased with increasing codeposition of SiC and friction coefficient increased with increasing codeposition of SiC at the early stage, and it became almost constant. Such wear and friction behaviors are desirable for the practical application.
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 wear resistance according to the change of apply load and sliding velocity were investigated for these materials. Wear tests of pin-on-disc mode were carried out and the wear test results exhibited as following ; The epoxy matrix composites showed lower coefficient of friction compared to the neat epoxy through the whole sliding distance. As increasing the sliding velocity the epoxy matrix composites indicated lower coefficient of friction, whereas the neat epoxy showed higher coefficient of friction as increasing the sliding velocity. The specific friction work of both materials were increased with apply load. In case of the epoxy matrix composites, the running in periods of friction were reduced as increase in apply load. The epoxy matrix composites were improved the wear resistance by adding the nano silica particles remarkably. It is expected that the load carrying capacity of the epoxy matrix composites will be improved by increase of Pv factor.
Gi-Bbeum Lee;Dongwon Kim;Seowon Lee;Seonhong Kim;Myung-Su Ahn;Bismark Mensah;Changwoon Nah
Elastomers and Composites
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v.58
no.4
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pp.179-190
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2023
The effect of the particle size and silica structure on the wear behavior of Silica/Styrene-Butadiene Rubber (SBR) compounds was investigated using a blade-type abrader and the findings were compared with those obtained with an Akron abrader. The compensated characteristic parameter (Ψc), which was the contributory factor of the combined effect of the particle size and filler structure, was introduced. This parameter was found to exhibit a linear relationship with the Young's modulus. The Young's modulus correlated more with Ψc than the uncompensated characteristic parameter (Ψ) modeled for carbon black. The wear rate and volume loss measured using a blade-type abrader and Akron abrader were respectively observed to be inversely proportional to Ψc, that is, the wear resistance of Silica/SBR compound improved as the particle size became smaller and the silica structure became intricate. The coefficient of determination (R2) obtained from the linear relationship between Ψc and wear rate was higher than those between Ψc and volume loss for the Silica/SBR compound. Thus, the blade-type abrader exhibited high potential to be used for accurately evaluating the effect of particle size and structural properties of silica on the wear behavior of SBR compounds.
The various surface treated conditions of Fe-3.0%Ni-0.7%Cr-1.4%Mn-X steel such as as-received, ion nitriding, DLC coated, DLC coated after nitriding for 3 hrs and 6 hrs were investigated to evaluate the beneficial effect for plastic mold steel. Micro Vickers hardness tester was used to estimate nitriding depth from the hardness profile and to measure hardness on the surface. Elastic modulus and residual stress were measured by a nanoindentator. Scratch test and SP (small ball punch test) were utilized to assess the adhesive strength of DLC coating. The depth of nitriding layer was measured as $50{\mu}m$ for the condition of 3 hrs nitriding and $90{\mu}m$ for that of 6 hrs nitriding. Hardness, elastic modulus, residual stress of DLC coating were 20.37 GPa, 162.78 GPa and -1456 MPa respectively. Residual stress on the surface of DLC coating after nitriding could increase to -3914 MPa by introducing nitriding before DLC coating. During the 'Ball-On-Disc' test ${\gamma}^{\prime}$ particles pulled out from the surface of nitrized layer tend to enhance abrasive wear mode since the fraction of ${\gamma}^{\prime}$ (Fe4N) in ion-nitrized layer is known to increases with nitriding time. Thus the specific wear rate of the nitriding layer increased. Comparing with nitriding the specific wear rate in work piece disc as well as ball decreased prominently in DLC coating due to the remarkable reduction in friction coefficient.
HVOF thermal spray coating of 80%WC-CoFe powder is one of the most promising candidate for the replacement of the traditional hard chrome plating and hard ceramics coating because of the environmental problem of the very toxic $Cr^{6+}$ known as carcinogen by chrome plating and the brittleness of ceramics coatings. 80%WC-CoFe powder was coated by HVOF thermal spraying for the study of durability improvement of the high speed spindle such as air bearing spindle. The coating procedure was designed by the Taguchi program, including 4 parameters of hydrogen and oxygen flow rates, powder feed rate and spray distance. The surface properties of the 80%WC-CoFe powder coating were investigated roughness, hardness and porosity. The optimal condition for thermal spray has been ensured by the relationship between the spary parameters and the hardness of the coatings. The optimal coating process obtained by Taguchi program is the process of oxygen flow rate 34 FRM, hydrogen flow rate 57 FRM, powder feed rate 35 g/min and spray distance 8 inch. The coating cross-sectional structure was observed scanning electron microscope before chemical etching. Estimation of coating porosity was performed using metallugical image analysis. The Friction and wear behaviors of HVOF WC-CoFe coating prepared by OCP are investigated by reciprocating sliding wear test at $25^{\circ}C$ and $450^{\circ}C$. Friction coefficients (FC) of coating decreases as sliding surface temperature increases from $25^{\circ}C$ to $450^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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