The following results were obtained from a series of studies to accumulate data to reduce the coefficient of friction for press dies by performing tribological tests before and after the UNSM treatment of SM45C. The UNSM-treated material had a nano-size surface texture, high surface hardness, and large and deep compressive residual stress formation. Even when the load was doubled, the small amount of abrasion, small weight of the abrasion, and width and depth of the abrasion did not increase as much as those for untreated materials. When loads of 5 N, 7.5 N, and 10 N were applied to the untreated material of SM45C, the coefficient of friction was approximately 0.76-0.78. With the large specimen, a value of 0.72-0.78 was maintained at a load of 50 N despite the differences in the size of the wear specimen and working load. Tribological tests of large specimens of SM45C treated with UNSM under tribological conditions of 100 N and 50 N showed that the frictional coefficient and time constant stably converged between 0.7 and 0.8. The friction coefficients of the small specimens treated with UNSM showed values between 0.78 and 0.75 under 5 N, 7.5 N, and 10 N. The friction coefficients of the SM45C treated with UNSM were comparable to each other.
In order to accumulate data to lower the friction coefficient of a press mold, tribological tests were performed before and after coating SM45C with a PVC/PO film and plasma coating (CrN, concept). The ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM)-treated material had a nano-size surface texture, high surface hardness, and large and deep compressive residual stress formation. Even when the load was doubled, the small amount of abrasion, small weight of the abrasion, and width and depth of the abrasion did not increase as much as those of untreated materials. A comparison of the weight change before and after the tribological test with the CrN and the concept coating material and that of the untreated material showed that the wear loss of the concept coating material and P-UNSM treated material (that is, the UNSM treated material treated with the concept coating) showed a tendency to decrease by approximately 55-75%. Concept 100N had a lower friction coefficient of about 0.6, and P-UNSM-30-100N showed almost the same curve as concept 100N and had a low coefficient of friction of about 0.6. The concept multilayer coating had a thickness of $5.32{\mu}m$. In the beginning, the coefficient of friction decreased because of the plasma coating, but it started to increase from about 250-300 s. After about 350 s, the coefficient of friction tended to approach the friction coefficient of the SM45C base metal. The SGV-280F film-attached test specimen was slightly pushed back and forth, but the SM45C base material was not exposed due to abrasion. The friction coefficient was 0.22, which was the lowest, and the tribological property was the best in this study.
Mn+1AXn (MAX) phases are a family of nano-laminated compounds that possess unique combination of typical ceramic properties and typical metallic properties. As a member of MAX-phase, $Ti_2AlN$ bulk materials are attractive for some high temperature applications. In this study, $Ti_2AlN$ bulk with high density were synthesized by spark plasma sintering method. X-ray diffraction, micro-hardness, electrical and thermal conductivity were measured to compare the effect of material properties both $Ti_2AlN$ bulk samples and a conventional Ti-6Al-4V alloy. A femto-second laser conditions were conducted at a repetition rate of 6 kHz and laser intensity of 50 %, 70% and 90 %, respectively, laser confocal microscope were used to evaluate the width and depth of ablation. Consequently, the laser ablation result of the $Ti_2AlN$ sample than that of the Ti-6Al-4V alloys show a considerably good ablation characteristics due to its higher thermal conductivity regardless of to high densification and high hardness.
The comparison of sintering behavior and mechanical properties of ultra-fine WC-10wt.%Co and WC-10wt.%Fe hard materials produced by high-frequency induction heated sintering (HFIHS) was accomplished using ultra fine powder of WC and binders(Co, Fe). The advantage of this process allows very quick densification to near theoretical density and prohibition of grain growth in nano-structured materials. Highly dense WC-10Co and WC-10Fe with a relative density of up to 99% could be obtained with simultaneous application of 60 MPa pressure and induced current within 1 minute without significant change in grain size. The hardness and fracture toughness of the dense WC-10Co and WC-10Fe composites produced by HFIHS were investigated.
Saeed Kamarian;Ali Khalvandi;Thanh Mai Nguyen Tran;Reza Barbaz-Isfahani;Saeed Saber-Samandari;Jung-Il Song
Advances in nano research
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제15권4호
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pp.315-328
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2023
The main goal of the present study was to assess the effects of eggshell powder (ESP) and halloysite nanotubes (HNTs) on the mechanical properties of abaca fiber (AF)-reinforced natural composites. For this purpose, a limited number of indentation tests were first performed on the AF/polypropylene (PP) composites for different HNT and ESP loadings (0 wt.% ~ 6 wt.%), load amplitudes (150, 200, and 250 N), and two types of indenters (Vickers or conical). The Young's modulus, hardness and plasticity index of each specimen were calculated using the indentation test results and Oliver-Pharr method. The accuracy of the experimental results was confirmed by comparing the values of the Young's modulus obtained from the indentation test with the results of the conventional tensile test. Then, a feed-forward shallow artificial neural network (ANN) with high efficiency was trained based on the obtained experimental data. The trained ANN could properly predict the variations of the mentioned mechanical properties of AF/PP composites incorporated with different HNT and ESP loadings. Furthermore, the trained ANN demonstrated that HNTs increase the elastic modulus and hardness of the composite, while the incorporation of ESP reduces these properties. For instance, the Young's modulus of composites incorporated with 3 wt.% of ESP decreased by 30.7% compared with the pure composite, while increasing the weight fraction of ESP up to 6% decreased the Young's modulus by 34.8%. Moreover, the trained ANN indicated that HNTs have a more significant effect on reducing the plasticity index than ESP.
This paper describes the thermal and mechanical properties of doped thin film 3C-SiC and porous 3C-SiC. In this work, the in-situ doped thin film 3C-SiC was deposited by using atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) method at $120^{\circ}C$ using single-precursor hexamethyildisilane: $Si_2(CH_3)_6$ (HMDS) as Si and C precursors. 0~40 sccm $N_2$ gas was used as doping source. After growing of doped thin film 3C-SiC, porous structure was achieved by anodization process with 380 nm UV-LED. Anodization time and current density were fixed at 60 sec and 7.1 mA/$cm^2$, respectively. The thermal and mechanical properties of the $N_2$ doped porous 3C-SiC was measured by temperature coefficient of resistance (TCR) and nano-indentation, respectively. In the case of 0 sccm, the variations of TCR of thin film and porous 3C-SiC are similar, but TCR conversely changed with increase of $N_2$ flow rate. Maximum young's modulus and hardness of porous 3C-SiC films were measured to be 276 GPa and 32 Gpa at 0 sccm $N_2$, respectively.
In this study, the measurement of FN (ferrite volume fraction) and the solution annealing ratio at a temperature of $1130^{\circ}C$ were determined with 15A elbow fittings of shell cast SSC13, and the corrosion resistance with and without austenitizing solution annealing were investigated in comparison with AISI304. The delta ferrite phase was observed in the material due to the slow cooling effect of the shell mold casting. However, the delta ferrite phase decreased gradually with the solution annealing at a temperature of $1130^{\circ}C$. The hardness generally decreased with a heat treatment; however, its corrosion resistance was improved with the heat treatment. In addition, when a passivation treatment was applied, its corrosion ratio showed the lowest value. The pattern of general corrosion decreased due to the decrease in the delta ferrite phase with the solution annealing treatment. Consequently, it is suggested that the corrosion resistance of SSC13 elbow fittings can be improved by increasing the ratio of any solution annealing treatment used and by decreasing the ferrite phase. The relationship between the ratio of solution annealing and delta ferrite is expressed as follows: SA (solution annealing ratio,%) = 98 - FN (ferrite volume fraction, %).
산업시설에는 용접된 구조물에 반복 하중이 발생하여 피로파괴가 발생하고 있는데 이 피로파괴를 줄이기 위해 일반구조용압연강재(SS400)와 스테인리스강(STS304)을 $CO_2$ 용접하여 기계적 특성 분석을 하였다. X-ray 촬영을 하여 결함검사를 하고 용접부에 결함이 없는 시험편으로 경도, 인장, 피로 시험을 하였다. 경도는 SS400과 STS304가 용접된 시험편이 SS304만 용접된 시험편보다 높게 나타났다. 그리고 인장강도와 항복강도는 반대로 SS304만 용접된 시험편이 높았으며 피로한도 또한 마찬가지였다. 따라서 $CO_2$ 용접을 할 경우 융점이 낮고 용접성이 좋은 SS400만으로 용접할 때 더 좋은 성능을 보여준다.
A diamond-like carbon (DLC) film deposited on a WC disk was investigated to improve disk wear resistance for injection molding of zirconia optical ferrule. The deposition of DLC films was performed using the filtered vacuum arc ion plating (FV-AIP) system with a graphite target. The coating processing was controlled with different deposition times and the other conditions for coating, such as input power, working pressure, substrate temperature, gas flow, and bias voltage, were fixed. The coating layers of DLC were characterized using FE-SEM, AFM, and Raman spectrometry; the mechanical properties were investigated with a scratch tester and a nano-indenter. The friction coefficient of the DLC coated on the WC was obtained using a pin-on-disk, according to the ASTM G163-99. The thickness of DLC films coated for 20 min. and 60 min. was about 750 nm and 300 nm, respectively. The surface roughness of DLC films coated for 60 min. was 5.9 nm. The Raman spectrum revealed that the G peak of DLC film was composed of $sp^3$ amorphous carbon bonds. The critical load (Lc) of DLC film obtained with the scratch tester was 14.6 N. The hardness and elastic modulus of DLC measured with the nano-indenter were 36.9 GPa and 585.5 GPa, respectively. The friction coefficient of DLC coated on WC decreased from 0.2 to 0.01. The wear property of DLC coated on WC was enhanced by a factor of 20.
Single crystal sapphire being used in high technology industry is a brittle material with a high hardness and excellent physical properties. ELID(Electrolytic In-Process Dressing) grinding technology was applied to material removal machining process of single crystal sapphire wafer. Ultrasonic vibration which added to material using ultrasonic table was adopted to efficient ELID grinding of sapphire materials. The evaluation of the ground surface of single crystal sapphire wafer was carried out by means of surface measuring by using AFM(Atomic Force Microscope), surface roughness tester and optical microscope device. As the results of experiment, it was shown that more efficient grinding was conducted when using ultrasonic table. In case of using #170 grinding wheel, surface roughness of ELID ground specimen in using ultrasonic table was superior to ELID ground specimen without ultrasonic table. However, In case of using #2000 grinding wheel, surface roughness of ELID ground specimen in using ultrasonic table was inferior to ELID ground specimen without ultrasonic table.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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