Boron carbide thin coatings were deposited on silicon wafers by DC magnetron sputtering using a ${B}_4$C target with Ar as processing gas. Various amounts of methane gas (${CH}_4$) were added in the deposition process to better understand their influence on tribological properties of the coatings. Reciprocating wear tests employing an oscillating friction wear tester were performed to investigate the tribological behaviors of the coatings in ambient environment. The chemical characteristics of the coatings and worn surfaces were studied using X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Auger Electron Spectroscopy (AES). It revealed that ${CH}_4$addition to Ar processing gas strongly affected the tribologcal properties of sputtered boron carbide coating. The coefficient of friction was reduced approximately from 0.4 to 0.1, and wear resistance was improved considerably by increasing the ratio of ${CH}_4$gas component from 0 to 1.2 vol %. By adding a sufficient amount of ${CH}_4$(1.2 %) in the deposition process, the boron carbide coating exhibited lowest friction and highest wear resistance.
Kim, Seung Taek;Kim, Seung Mok;Park, Tae Hee;Lee, JungSeok;Lee, YoungZe
Tribology and Lubricants
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v.30
no.5
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pp.291-294
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2014
Multiple additives can help improve the performance of generally used lubricants. These additives include MoS2, cadmium, chloride, indium, sulfide, and phosphide, which are harmful to both humans and the environment. Thus, researchers in this industry have been trying to reduce the use of these additives by finding alternatives. Nanodiamonds are one of these candidates. Nanodiamond particles are very hard, chemically stable, and highly heat-conductive. This research involved uniformly dispersing nanodiamond particles in marine engine oils via a matrix synthesis method at various concentrations (0, 0.1, 0.3, 0.5, and 1.0 wt). Friction and wear tests involved constant loads on ball-on-disk specimens, where the ball was AISI 51200 steel, the disk was AISI 1020 steel, and the sliding speed was 0.217 m/s. The lowest wear occurred at a suitable concentration of nanodiamonds (0.3 wt). However, excessive amounts of nanodiamonds caused them to act as abrasive debris because of their hardness, which increased the wear amount. The friction coefficient decreased as the nanodiamond concentration increased because their octagonal, almost spherical shape caused them to act as rolling contact elements between two surfaces.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2003.11a
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pp.78-84
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2003
Boron carbide thin coatings were deposited on silicon wafers by DC magnetron sputtering using a $B_4C$ target with As as processing gas. Various amounts of methane gas $(CH_4)$ were added in the deposition process to better understand their influence on tribological properties of the coatings. Reciprocating wear tests employing an oscillating friction wear tester were performed to investigate the tribological behaviors of the coatings in ambient environment. The chemical characteristics of the coatings and worn surfaces were studied using X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Auger Electron Spectroscopy (AES). It revealed that $CH_4$ addition to As processing gas strongly affected the tribologcal properties of sputtered boron carbide coating. The coefficient of friction was reduced approximately from 0.4 to 0.1, and wear resistance was improved considerably by increasing the ratio of $CH_4$, gas component from 0 to $1.2\;vol\;\%$. By adding a sufficient amount of $CH_4\;(1.2\%)$ in the deposition process, the boron carbide coating exhibited lowest friction and highest wear resistance.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2004.11a
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pp.90-98
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2004
Nano/micro-scale studies on friction properties were conducted on Si (100) and three self-assembled monolayers (SAMs) (PFOTC, DMDM, DPDM) coated on Si-wafer by chemical vapor deposition technique. Experiments were conducted at ambient temperature $(24{\pm}1^{\circ}C)$ and humidity $(45{\pm}5\%)$. Nano-friction was evaluated using Atomic Force Microscopy (AFM) in the range of 0-40nN normal loads. In both Si-wafer and SAMs, friction increased linearly as a function of applied normal load. Results showed that friction was affected by the inherent adhesion in Si-wafer, and in the case of SAMs the physical/chemical structures had a major influence. Coefficient of friction of these test samples was also evaluated at the micro-scale using a micro-tribotester. It was observed that SAMs had superior frictional property due to their low interfacial energies. In order to study of the effect of contact area on friction coefficient at the micro-scale, friction was measured for Si-wafer and DPDM against Soda Lime balls (Duke Scientific Corporation) of different radii 0.25 mm, 0.5 mm and 1 mm at different applied normal loads $(1500,\;3000\;and\;4800{\mu}N)$. Results showed that Si-wafer had higher friction coefficient than DPDM. Furthermore, unlike that in the case of DPDM, friction was severely influenced by wear in the case of Si-wafer. SEM evidences showed that solid-solid adhesion to be the wear mechanism in Si-wafer.
Abstract : Nano/micro-scale friction properties were investigated on Si (100) and three self-assembled monolayers (SAMs) (PFOTC, DMDM, DPDM) coated on Si-wafer by chemical vapor deposition technique. Experiments were conducted at ambient temperature(24$pm$1$circ$C) and humidity(45$pm$5%). Friction at nano-scale was measured using Atomic Force Microscopy (AFM) in the range of 0-40nN normal loads. In both Si-wafer and SAMs, friction increased linearly as a function of applied normal load. Results showed that friction was affected by the inherent adhesion in Ssi-wafer, and in the case of SAMs the physical/chemical structures had a major influence. Coefficient of friction of these test samples at the micro-scale was also energies. In order to study the effect of contact area on coefficient of friction at the micro-scale, friction was measured for Si-wafer and DPDM against Soda Lime balls (Duke Scientiffic Corporation) of different radii (0.25 mm, 0.5 mm and 1 mm) at different applied normal loads (1500, 3000 and 4800 mN). Results showed that Si-wafer had higher coefficient of friction than DPDM. Further, unlike that in the case of DPDM, friction in Si-wafer was severely influenced by its wear. SEM evidences showed that solid-solid adhesion was the wear mechanism in Si-wafer.
In this work, carbon nanotube and nano-size alumina particle are exploited as additive for lubrication experiment. We used pin-on-disk type tribometer to investigate the tribological characteristics of lubricants with respect to additives and rotational speed. We conducted more than 15 trials of tribotests for two hours for each specimen to obtain stable and accurate frictional force and to create measurable wear track on the substrate. We conducted tests at the boundary/mixed lubrication regime to evaluate the influence of additives on the tribological characteristics. We found that the friction coefficient decreased as the rotational speed increased and as additives were added. In particular, the reduction of friction by adding additives was more significant at low rotational speed than at high rotational speed. We speculate that the additives helped to separate and protect the two contacting surfaces at low speed, while the influence of additives was not significant at high speed since sufficiently thick lubricant film was formed. The wear of the substrate was also reduced by adding additives to the lubricant. However, in contrast to friction, the amount of wear at high rotational speed was less when alumina particles were added to the lubricant than the amount of wear at low speed. We speculate that the increased wear at low rotational speed is as a result of the intermittent abrasive wear caused by alumina particles with uneven shape, while the reduced wear at high speed is as a result of sufficient film thickness which prevented the abrasive wear.
In this study, lubrication characteristics of sliding members were compared with the change of the hardness of friction surfaces and the application of nano-oil. The materials of the specimens were gray cast iron (AISI 35, AISI 60) and nickel chromium molybdenum steel (AISI 4320). The Friction coefficients and the temperature variations of on the frictional surfaces were measured by disk-on-disk tribotester under the condition of fixed rotating speed. The friction surfaces were observed by scanning electron microscope (SEM). In the results, the friction coefficients of the disk surface were increased as hardness difference was increased. The friction coefficient lubricated in nano-oil was less than mineral oil. This is because a spherical nano particle plays a tiny ball bearing between the frictional surfaces, improved the lubrication characteristics.
Gyawali, Gobinda;Joshi, Bhupendra;Tripathi, Khagendra;Lee, Soo Wohn
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2015.05a
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pp.43-44
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2015
Electrodeposited Ni and Ni-SiC composite coatings were prepared on Cu substrates by using the Ni-Sulfamate electrolytic bath. Thus prepared samples were subjected for the two different types of post surface modification techniques; i.e. Laser Surface Texturing (LST) and Ultrasonic Nano Surface Modification (UNSM), respectively in order to investigate their effects on surface and interface related properties of the coatings. Hemispherical dimples, with 80 to 200 um dimple spacing, were created and examined on the surfaces of the materials studied. The results revealed that micro-surface texturing with 150 um dimple spacing considerably improved the coefficient of friction. Dimple spacing accuracy and incorporated second phase ceramic particles both contributed significantly to reduction in coefficient of friction. On the other hand, application of UNSM considerably modified the surface topography, led to increase the Vickers microhardness, and reduced the wear and coefficient of friction as compared to non UNSM treated Ni and Ni-SiC samples.
Kim, Min-Seok;Katoh, Takeo;Kang, Hyun-Goo;Park, Jea-Gun;Paik, Un-Gyu
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2004.07a
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pp.239-242
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2004
We investigated the nanotopography impact on the post-chemical mechanical polishing (post-CMP) oxide thickness deviation(OTD) of ceria slurry with a surfactant. Not only the surfactant but also the slurry abrasive size influenced the nanotopography impact. The magnitude of the post-CMP OTD increased with adding the surfactant in the case of smaller abrasives, but it did not increase in the case of larger abrasives, while the magnitudes of the nanotopography heights are all similar. We created a one-dimensional numercal simulation of the nanotopography impact by taking account of the non-Prestonian behavior of the slurry, and good agreement with experiment results was obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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