Nano/micro friction with the contact area was studied on Si-wafer (100) and diamond-like carbon (DLC) film. Borosilicate balls of radii $0.32{\mu}m,\;0.5{\mu}m,\;1.25{\mu}m\;and\;2.5{\mu}m$ mounted on the top of AFM tip (NPS) were used for nano-scale contact and Soda Lime glass balls of radii 0.25mm, 0.5mm, 1mm were used for micro-scale contact. At nano-scale, the friction between ball and surface was measured with the applied normal load using an atomic force microscope (AFM), and at micro scale it was measured using ball-on flat type micro-tribotester. All the experiments were conducted at controlled conditions of temperature $(24\pm1^{\circ}C)$ and humidity $(45\pm5\%)$. Friction was measured as a function of applied normal load in the range of 0-160nN at nano scale and in the range of $1000{\mu}N,\; 1500{\mu}N,\;3000{\mu}N\;and\;4800{\mu}N$ at micro scale. Results showed that the friction at nano scale increased with the applied normal load and ball size for both kinds of samples. Similar behavior of friction with the applied normal load and ball size was observed for Si-wafer at micro scale. However, for DLC friction decreased with the ball size. This difference of in behavior of friction in DLC nano- and microscale was attribute to the difference in the operating mechanisms. The evidence of the operating mechanisms at micro-scale were observed using scanning electron microscope (SEM). At micro-scale, solid-solid adhesion was dominant in Silicon-wafer, while plowing in DLC. Contrary to the nano scale that shows almost a wear-less situation, wear was prominent at micro-scale. At nano- and micro-scale, effect of contact area on the friction was discussed with the different applied normal load and ball size.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.21
no.5
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pp.848-854
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2012
SCM420 steel cutting gear to improve the durability is quenched. When quenching, increases surface hardness, a change of the physical properties and machinability or fall. This study, using a solid carbide hobs skiving hobbing gear cutting finishing. And cutting tool solid carbide TiAlN coating hove when TiAlN coating on the surface of multi-con polishing hob conducted aero lap nano polishing for each cutting. Experimental results conducted aero lap nano coating on the surface polishing tool machinability was excellent. And aero lap nano polishing tool results were reduced 2.5 times the tool wear compared to TiAlN coated tools. Excellent results were 1.42 times longer tool life.
"Biomimetics" is the study and simulation of biological systems with desired properties. In recent times, biomimetic surfaces have emerged as novel solutions for tribological applications in micro-electromechanical systems (MEMS). These biomimetic surfaces are attractive for MEMS application as they exhibit low adhesion/friction and wear properties at small-scales. In this paper, we present some of the examples of biomimetic surfaces that have potential application in small-scale devices.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09a
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pp.321-322
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2006
Nano-structured ceramics, which consist of structural elements with nanometer-size crystallites, are expected to show various unusual properties. We developed the novel nano-structured ceramics which consists of $Si_3N_4$ and TiN and a self-lubricant material. The ceramics was fabricated by powder metallurgy process using mechano-chemical grinding process and short-time sintering process. Each grain size of matrix and the self-lubricant particle was under about 50 nm and a few namometer. It showed high wear resistance and low friction coefficient by controlling of microstructure.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09a
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pp.640-641
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2006
To improve the mechanical properties of WC-Co cemented carbides, the dual composite was studied. The compositions of granule and matrix were nano-sized WC-6 wt% Co(granule) and normal sized WC-20 wt% Co(matrix), respectively. The granules were grouped 50, 100 and $150\;{\mu}m$ and mixed with WC and Co powders as the volume fractions of granule to matrix were 50 to 50, 40 to 60 and 30 to 70. These compacts were sintered at $1380^{\circ}C$ for 10 minutes in vacuum. The microstructure, transverse rupture strength and wear resistance were investigated.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2008.11a
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pp.403-403
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2008
This article reports changes in the mechanical properties of chromium steel after nitrogen implantation at high temperature. The samples are implanted with 120keV N-ion at doses ranging from $1\times1080$ to $4\times1080ions/cm^2$ and at substrate temperature ranging from 25 to $400^{\circ}C$. Nano-hardness and AES(Auger electrons spectroscopy) were measured from nitrogen ion implanted layer. The sliding wear and impact wear properties of the implanted samples were also measured. The results revealed that the hardness and mechanical properties of ion implanted samples depend strongly on the ion doses and implantation temperature. The hardness of the nitrogen implanted sample with 120keV, $4\times10^{18}ions/cm^2$, $335^{\circ}C$ was measured to be approximately 20 GPa, which is approximately 5 times higher than that of un-implanted sample (H=3.8 GPa). Also, the sliding wear and impact wear properties of nitrogen implanted samples were greatly improved. Detailed experiment results will be presented.
In this work, we have fabricated anodic aluminum oxide (AAO) with ordered nanoscale porosity through an anodization process. We deposited gold and nano-organic thin films on the porous AAO surface to protect its structure and reduce friction. We investigated the tribological characteristics of the porous AAO with respect to the protective surface coatings using tribometers. While investigating the frictional characteristics of the samples by applying normal forces of the order of micro-Newton, we observed that AAO without a protective coating exhibits the highest friction coefficient. In the presence of protective surface coatings, the friction coefficient decreases significantly. We applied normal forces of the order of milli-Newton during the tribotests to investigate the wear characteristics of AAO, and observed that AAO without protective surface coatings experiences severe damage due to the brittle nature of the oxide layer. We observed the presence of several pieces of fractured particles in the wear track; these fractured particles lead to an increase in the friction. However, by using surface coatings such as gold thin films and nano-organic thin films, we confirmed that the thin films with nanoscale thickness protect the AAO surface without exhibiting significant wear tracks and maintain a stable friction coefficient for the duration of the tribotests.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.43
no.5
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pp.224-229
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2010
$Ni-Si_3N_4$ nano-composite coatings were prepared by pulse current (PC) electrodeposition and direct current (DC) electrodeposition techniques. The micro-structure of the coatings was characterized by scanning electron microscopy (SEM), vickers microhardness, X-Ray Diffraction (XRD) and wear-friction tests. The results showed that the micro-structure and wear performance of the coatings were affected by the electrodeposition techniques. Pulse current electrodeposited $Ni-Si_3N_4$ composite coatings exhibited higher microhardness, smooth surface, and better wear resistance properties as compared to coatings prepared under DC condition. The $Ni-Si_3N_4$ composite coatings prepared at 50 Hz pulse frequency with 10% duty cycles has shown higher codeposition of nano-particles. Consequently, increased microhardness and less plastic deformations occurred in coatings during sliding wear test. The XRD patterns revealed that the increased pulse frequencies changed the preferred (100) nickel crystallite orientations into mixed (111) and (100) orientations.
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.
Park, Hong Ju;Choi, In Beom;Kim, Doo-In;Jeong, Myung Yung
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.22
no.5
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pp.467-473
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2019
In this study, approached to improve durability of the multi-functional nano-pattern fabricated on the curved lens surface using nanoimprint lithography (NIL) was proposed, and the effects of the proposed methods on functionality after wear test were examined. To improve the mechanical property of ultraviolet(UV)-curable resin, UV-NIL was conducted at the elevated temperature around $60^{\circ}C$. In addition, micro/nano hierarchical structures was fabricated on the lens surface with a durable film mold. Analysis on the worn surfaces of nano-hole pattern and hierarchical structures and measurements on the static water contact angle and critical water volume for roll-off indicated that the UV curing process with elevated temperature is effective to maintain wettability by increasing hardness of resin. Also, it was found that the micro-scale pattern is effective to protect nano-pattern from damage during wear test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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