The effect of surface characterization parameters, such as surface roughness, skewness and kurtosis, on sliding friction and wear was studied experimentally. The friction coefficient was examined under the various parameters and sliding speed, normal load and type of lubricant with ball-on-disk type tribo-meter. The surface of the lower skewness in negative or the higher kurtosis between the same arithmetic mean value tends to indicate low friction.
Among the engine components of an internal combustion engine, the valve train is a series of systems that supply intake gas to the combustion chamber and operate intake and exhaust valves that discharge exhaust gas. If excessive wear occurs in the valve train system, the suction and exhaust valves do not open and close on time, which leads to abnormal combustion and exhaust gas. In this study, we conduct experiments and analyses on friction and wear characteristics of the valve train system. Moreover, we experimentally study the correlation between the pinball and pinball cap on engine oil lubrication, friction experiment, wear amount analysis, and surface analysis. Specifically, we experiment using Ball on reciprocating tribo-tester and apply commercial engine oil sold on the market engine oil. We construct the experimental conditions for each new oil and oil. Accordingly, the completed specimen was subjected to a confocal microscope to check the wear volume, observe the surface of the specimen, and confirm the elemental components using a scanning microscope (SEM) and an energy dispersion X-ray spectrometer (EDS). Through this experiment, we analyze the friction and wear characteristics of valve train components according to engine oil grade, and the obtained data serve as an effective engine oil management method.
Tribologcal property of the ceramics used in severe condition was investigated and both $Al_2O_3$ ball and Al/SiC composite made by thermal spray process[TSP] were used as a specimen in this study. Four kinds of material couple in ball and disk specimens were tested in the dry condition by using ball-on-disk type tribo-tester. Friction coefficient, surface roughness, wear rate, and photograph of the worn surface were investigated. Generally, High SiC contents[$40{\sim}50%$] specimens showed very low friction coefficient below 0.05 and little wear rate in dry condition. And also, low SiC contents[0%] specimens showed a moderate wear rate and high coefficient of friction at the same condition.
Plasma-sprayed coatings were obtained by spray-dried $Cr_2O_3$ powder with and without Mo addition. A reciprocal type tribo-tester was employed to examine friction and wear behavior of the specimens at room temperature. The composition and the worn surface of coated specimens were observed by XRD and SEM. The results showed that friction Coefficient of the Mo added specimens were lower than one of $Cr_2O_3$ specimen. But $Cr_2O_3$ specimen had a lower wear loss. Protecting layer were observed at the worn surface of coated specimens with Mo addition.
Effect of surface topography on the water wetting nature and micro/nano tribological characteristics of Si-wafer and PTFE was experimentally studied. The ion beam treatment was performed with a hollow cathode ion gun in different argon don dose conditions in a vacuum chamber to change the surface topography, Micro/nano tribological characteristics, water wetting angles and roughness were measured with a micro tribo tester, SPM (scanning prove microscope), contact anglemeter and profilometer, respectively. Results showed that surface roughness increased with the argon ion dose. The water wetting angle of tile ion beam treated samples also increased with the ion dose. Results also showed that micro-adhesion and micro-friction depend on the wetting characteristics of the PTFE samples. However, nano-triboloSical characteristics showed little dependence on the wetting angles. The water wetting characteristics of modified PTFE samples were discussed in terms of the surface topographic characteristics.
S.H. Ahn;J.H. Yoo;Park, Y.S.;Kim, J.G.;Lee, H.Y.;J.G. Han
한국표면공학회:학술대회논문집
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한국표면공학회 2001년도 추계학술발표회 초록집
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pp.31-32
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2001
Recently, many of the current development in surface modification engineering are focused on multilayered coatings. Multilayered coatings have the potential to improve the tribological and corrosion properties of tools and components. By using cathodic arc deposition, $WC-Ti_{1-x}Al_xN$ multilayers were deposited on steel substrates. Wear tests of four multiplayer coatings were performed using a ball-on-disc configuration with a linear sliding speed of 0.1m/s, 5N load. The tests were carried out at room temperature in airby employing AISI 52100 steel ball ($H_v=848N$) of 11mm in diameter. Electrochemical tests were performed using the potentiodynamic and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) measurements. The surface morphology and topography of the wear scars of tribo-element and the corroded specimen have been determined by using scanning electron spectroscopy (SEM). Also, wear mechanism was determined by using SEM coupled with EDS. Results have showed an improved wear resistance and corrosion resistance of the $WC-Ti_{1-x}Al_xN$ coatings.
Tribological behaviors of the hard film on soft substrate system were explored using the hard thin film of diamond-like carbon (DLC) coated the soft polymer of polydimethysiloxane (PDMS). A DLC film with the Young's modulus of 100 GPa was coated on PDMS substrate with Young's modulus of 10 MPa using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique. The deposition time was varied from 10 sec to 10 min, resulting in nanoscale roughness of wrinkle patterns with the thickness of 20 nm to 510 nm, respectively, at a bias voltage of $400\;V_b$, working pressure 10 mTorr. Nanoscale wrinkle patterns with 20-100 nm in width and 10-30 nm height were formed on DLC coating due to the residual stress in compression and difference in Young's modulus. Nanoscale roughness effect on tribological behaviors was observed by performing a tribo-experiment using the ball-on-disk type tribometer with a steel ball of 6 mm in diameter at the sliding speed of 220 rpm, normal load of 1N and 25% humidity at ambient temperature of $25^{\circ}C$. Friction force were measured with respect to thickness change of coated DLC thin film on PDMS. It was found that with increases the thickness of DLC coating on PDMS, the coefficient of friction decreased by comparison to that of the uncoated PDMS. The wear tracks before and after tribo-test were analyzed using SEM and AFM.
Friction and wear affect all processes involved in the extraction of materials and their conversion into finished products in the die applications such as drawing, extrusion etc. Originating phenomenon from the contact surface between the tool and workpiece, they are usually a hindrance to materials process operations which usually result in damaging the tools, increasing energy consumption, the contamination of processed material by wear particles and also some problems associated with technologies to control friction and wear. The most well established method to control friction and wear is by the application of lubricant such as fluorocarbon. Besides, a surface technique so-called surface modification can be applied to solve the tribology problems of the die applications for both the economical and ecological reasons. In this article, we applied DLC(diamond-like carbon) thin film on alumina ceramic for HT test using the PIID(plasma ion immersion deposition), 4 groups of test specimens were tested up to $200^{\circ}C$ which is a little higher than the normal working temperature of die application. Pin-on-disc tribo-tester was used to test the friction and surfaces were characterized by SEM and EDS and else, the morphology changes of DLC coatings were studied. The present work indicated that the DLC had a great potential to reduce the friction and wear in the alumina die application without lubricants.
Phase evolution and tribological behavior of Cr-Mo-N multi compositional films with different interlayer were investigated. The films were deposited by hybrid PVD (Physical Vapor Deposition) system consisted of dc unbalanced magnetron (UBM) sputtering and arc ion plating (AIP) sources. A pure molybdenum (Mo) was used as sputtering target and also a pure Cr was used as AIP target to form the Cr-Mo-N films. Various growth planes were found, no textured surface, in all of the multi composition films. Maximum value of microhardness was measured in Cr-Mo-N film with Mo interlayer as 29 GPa. Composition film was mainly showed the aspect of the adhesive wear than CrN film. The friction coefficient was decreased from 0.6 for pure CrN coating to 0.35 for Cr-Mo-N film with Mo interlayer. This result may come from the formation of metal oxide tribo-layer which is known as solid lubricant during the wear test.
In this study, DLC films deposited by PECVD were evaluated to the properties of super-hydrophobic by CF4 treatment. The structure of DLC films were confirmed by Raman Spectra whether or not mixed sp3 (like diamond) peak and sp2 (like graphite) peak. And the hydrogen contents in the DLC films (F-DLC) were measured by RBS analysis. In addition, DLC films were analyzed by scratch test for adhesion, nano-indentation for hardness and tribo-meter of Ball-on-disc type for friction coefficient. In the result of analysis, DLC films had traditional structure regardless of variation of hardness at constant conditions. Also adhesion of DLC film was increased as higher material hardness. Otherwise, friction coefficient was increased as lower material hardness. The DLC films were treated by CF4 plasma treatment to enhance the properties of super-hydrophobic. And the DLC films were measured by ESEM(Enviromental Scanning Electron Microscope) for water condensation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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