Adhesion and friction tests were carried out in order to investigate the effect of temperature on the tribological characteristics of poly (methylmethacrylate) (PMMA) film using AFM. The pull-off and friction forces on the PMMA film were measured under a high vacuum condition (below $1{\times}10^{-4}$ Pa) as the temperature of the PMMA film was increased from 300 K to 420 K (heating) and decreased to 300K (cooling). Friction tests were also conducted in both high vacuum and air conditions at room temperature. When the temperature was 420 K, which is 25 K higher than the glass transition temperature $(T_g)$ of PMMA, the PMMA film surface became deformable. Subsequently, the pull-off force was proportional to the maximum applied load during the pull-off force measurement. In contrast, when the temperature was under 395 K, the pull-off force showed no correlation to the maximum applied load. The friction force began to increase when the temperature rose above 370 K, which is 25 K lower than the $T_g$ of PMMA, and rapidly increased at 420 K. Decrease of the PMMA film stiffness and plastic deformation of the PMMA film were observed at 420 K in force-displacement curves. After the heating to 420 K, the fiction coefficient was measured under the air condition at room temperature and was found to be lower than that measured before the heating. Additionally, the RMS roughness increased as a result of the heating.
Plasma-sprayed Cr$_2$O$_3$-based coatings containing MoO$_3$were studied to gain a better understanding of the influence of MoO$_3$composition in the coatings on their tribological behaviour. A reciprocal type tribo-tester was employed to examine friction and wear behavior of the specimens at room temperature. The physical characteristics of worn surfaces were investigated by scanning electron microscopy and chemical composition of the coating surfaces was analyzed using a X-ray photoelectron spectrometer. The results showed that friction coefficient of the MoO$_3$-added coatings were lower than those without MoO$_3$addition. However pure Cr$_2$O$_3$coating showed the lowest wear loss at the self-mated test. The larger protecting layers were observed at the worn surface of plasma spray coated specimens with MoO$_3$addition. XPS analysis of the protecting layer indicated that MoO$_3$composition was dominantly formed at the surface. MoO$_3$composition in the protecting layer appears to be more favorable in reducing the friction.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.06a
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pp.1398-1401
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2005
The nano/microstructure, the aging response (in T5 heat treatment), and the mechanical/tribological properties of the eutectic regions in squeeze-cast A356 alloy were investigated using nano/micro-indentation and mechanical scratching, combined wit optical microscopy and atomic force microscope(AFM). Most eutectic Si crystals in the A356 alloy showed a modified morphology as fine-fibers. The loading curve for the eutectic region was more irregular than that of the primary Al region due to the presence of various particles of varying strength. In addition, the eutectic region showed lower pile-up and higher elastic recovery than the primary Al region. The aging responses of the eutectic regions in the squeeze-cast A356 alloys aged at $150^{\circ}C$ for different times(0, 2, 4, 8, 10, 16, 24, 36 and 72 h) were investigated. As the aging time increased, acicular Si particles in the eutectic regions gradually came to a fine structure. Both Vickers hardness ($H_V$) and indentation ($H_{IT}$) test results showed almost the same trend of aging curves, and the peak was obtained at the same aging time of 10 h. A remarkable size-dependence of the tests was found. The friction coefficient for the eutectic region was lower than that for the primary Al region.
Yoon, Eui-Sung;Yang, Seung-Ho;Kong, Ho-Sung;Grigoriev, Andrei Ya
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.05a
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pp.207-214
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2002
Nano adhesion between SPM (scanning probe microscope) tips and $DDPO_{4}$ (dodecylphosphoric acid ester) and $ODPO_{4}$ (octadecylphosphoric acid ester) SAM (self-assembled monolayer) was experimentally studied. Tests were performed to measure the nano adhesion and friction in both AFM(atomic force microscope) and LFM(lateral force microscope) modes with the applied normal load. $DDPO_{4}$ and $ODPO_{4}$ SAM were formed on TiMe and TiOx surfaces. TiMe and TiOx were coated on the Si wafer by ion sputtering. Adhesion and friction of $DDPO_{4}$ and $ODPO_{4}$ SAM surfaces were compared with those of OTS (octadecyltrichlorosilane) SAM and DLC surfaces. $DDPO_{4}$ and $ODPO_{4}$ SAM converted the TiMe and TiOx surfaces to be hydrophobic. When the surface was hydrophobic, the adhesion and friction forces were found lower than those of bare surfaces. Work of adhesion was also discussed to explain how the surface was converted into hydrophobic. Results also showed that tribological characteristics of $DDPO_{4}$ and $ODPO_{4}$ had good properties in the adhesion, friction, wetting angle and work of adhesion. $DDPO_{4}$ and $ODPO_{4}$ SAM could be one of the candidates for the bio-MEMS elements.
This paper is concerned with the analysis on the surface expansion of AA 2024 and AA 1100 aluminum alloys in backward extrusion process. Due to heavy surface expansion appeared usually in the backward can extrusion process, the tribological conditions along the interface between the material and the punch land are very severe. In the present study, the surface expansion is analyzed especially under various process conditions. The main goal of this study is to investigate the influence of degree of reduction in height, geometries of punch nose, friction and hardening characteristics of different aluminum alloys on the material flow and thus on the surface expansion on the working material. Two different materials are selected for investigation as model materials and they are AA 2024 and AA 1100 aluminum alloys. The geometrical parameters employed in analysis include punch corner radius and punch nose angle. The geometry of punch follows basically the recommendation of ICFG and some variations of punch geometry are adopted to obtain quantitative information on the effect of geometrical parameters on material flow. Extensive simulation has been conducted by applying the rigid-plastic finite element method to the backward can extrusion process under different geometrical, material, and interface conditions. The simulation results are summarized in terms of surface expansion at different reduction in height, deformation patterns including pressure distributions along the interface between workpiece and punch, comparison of surface expansion between two model materials, geometrical and interfacial parametric effects on surface expansion, and load-stroke relationships.
Kim J. H.;Cho I. S.;Baek I. H.;Jung Jae-Youn;Oh Suk-Hyung
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2004.11a
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pp.255-260
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2004
Recently, the technologies related to the swash plate type oil hydraulic piston pump are requiring extreme technologies to overcome the limit of high efficiency in cope with high speed and pressure, and are devoted to compact the unit, to gain low noise level, and to adopt electronic technologies, and the question regarding to maximize the mechanical efficiency, that is, to minimize the torque loss by minimizing the leakage loss in the relative sliding region but these are in trade-off relation that tribological responding is very difficult. Cylinder block-valve pate in high speed relative sliding motion has the characteristics that should be extremely controlled for the optimization of these leakage loss and mechanical efficiency, and pressure resistance designing of them is important for high pressure performance. But, studies on the stress analysis of these parts have not been performed briskly, so in this paper the stress distribution and the region where the highest displacement appears are described through the static stress analysis using CATIA V5. Through the future studies on these theme, it has the purpose of finding the suitable materials for the other parts as well as cylinder block and valve plate, in cope with high pressure operation through the stress analysis with the most similar conditions for the practical operation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.3
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pp.432-439
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2003
Inconel 690 for nuclear steam generator tube has more Chromium than the conventionally used Inconel 600 in order to increase the corrosion resistance. To evaluate the tribological characteristics of Inconel 690 under fretting condition the fretting tests were carried out in air and elevated temperature water. Fretting tests of the cross-cylinder type were done under various vibrating amplitudes and applied normal loads in order to measure the friction forces and wear volumes. From the results of fretting wear tests. the wear of Inconel 690 can be predictable using the work rate model. The amounts of friction forces were proportional to relative movement between two fretting surfaces. The friction coefficients were decreased as increasing the normal loads and deceasing the vibrating amplitudes. Depending on fretting environment, distinctively different wear mechanisms and often drastically different wear rates can occur It was found that the fretting wearfactors in air and water at 2$0^{\circ}C$, 5$0^{\circ}C$, and 8$0^{\circ}C$ were 7.38 $\times$$10^{-13}$$Pa^{-1}$, 2.12 $\times$$10^{-13}$$Pa^{-1}$, 3.34$\times$$10^{-13}$$Pa^{-1}$and 5.21$\times$$10^{-13}$$Pa^{-1}$, respectively flexibility to model response data with multiple local extreme. In this study, metamodeling techniques are adopted to carry out the shape optimization of a funnel of Cathode Ray Tube, which finds the shape minimizing the local maximum principal stress. Optimum designs using two metamodels are compared and proper metamodel is recommended based on this research.
An, Sung Chan;Lee, Sang Don;Son, Jung Ho;Cho, Yong Joo
Tribology and Lubricants
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v.32
no.4
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pp.132-139
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2016
The piston of a marine diesel engine works under severe conditions, including a combustion pressure of over 180 bar, high thermal load, and high speed. Therefore, the analyses of the fatigue strength, thermal load, clamping (bolting) system and lubrication performance are important in achieving a robust piston design. Designing the surface profile and the skirt ovality carefully is important to prevent severe wear and reduce frictional loss for engine efficiency. This study performs flexible multi-body dynamic and elasto-hydrodynamic (EHD) analyses using AVL/EXCITE/PU are performed to evaluate tribological characteristics. The numerical techniques employed to perform the EHD analysis are as follows: (1) averaged Reynolds equation considering the surface roughness; (2) Greenwood_Tripp model considering the solid_to_solid contact using the statistical values of the summit roughness; and (3) flow factor considering the surface topology. This study also compares two cases of skirt shapes with minimum oil film thickness, peak oil film pressure, asperity contact pressure, wear rate using the Archard model and friction power loss (i.e., frictional loss mean effective pressure (FMEP)). Accordingly, the study compares the calculated wear pattern with the field test result of the piston operating for 12,000h to verify the quantitative integrity of the numerical analysis. The results show that the selected profile and the piston skirt ovality reduce friction power loss and peak oil film pressure by 7% and 57%, respectively. They also increase the minimum oil film thickness by 34%.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.8
no.2
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pp.67-72
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2007
High Pressure Micro Jet (HPMJ) pad conditioning system was investigated as an alternative to diamond disc conditioning in copper CMP. A series of comparative 50-wafer marathon runs were conducted at constant wafer pressure and sliding velocity using Rohm & Haas IC1000 and Asahi-Kasei EMD Corporation (UNIPAD) concentrically grooved pads under ex-situ diamond conditioning or HPMJ conditioning. SEM images indicated that fibrous surface was restored using UNIPAD pads under both diamond and HPMJ conditioning. With IC1000 pads, asperities on the surface were significantly collapsed. This was believed to be due to differences in pad wear rates for the two conditioning methods. COF and removal rate were stable from wafer to wafer using both diamond and HPMJ conditioning when UNIPAD pads were used. Also, HPMJ conditioning showed higher COF and removal rate when compared to diamond conditioning for UNIPAD. On the other hand, COF and removal rates for IC1000 pads decreased significantly under HPMJ conditioning. Regardless of pad conditioning method adopted and the type of pad used, linear correlation was observed between temperature and COF, and removal rate and COF.
The role of transfer films formed during sliding of polymer composites against steel counterfaces was studied in terms of the tribological behaviors of composites. Four kinds of composites were included in this study: (1) unfilled PPS, (2) PPS+2%CuO, (3) PPS+2%CuO+5% carbon fiber (CF), and (4) PPS+2%CuO+15%Kevlar. The filler material CuO was in nanoscale particulate form and the reinforcing material was in the form of short fibers. The composites were prepared by compression molding at $310^{\circ}C$ and sliding tests were run in the pin-on-disk sliding configuration. The counterface was made of tool steel hardened to 55-60 HRC and finished to a surface roughness of 0.09-0.10 ${\mu}m$ Ra. Wear tests were run for 6 hrs at the sliding speed of 1 m/s and contact pressure of 0.65 MPa. Transfer films formed on the counterfaces during sliding were investigated using AFM and SEM. The results showed that as the transfer film became smooth and uniform, wear rate decreased. PPS+2%CuO+15%Kevlar composite showed the lowest steady state wear rate in this study and its transfer film showed the smoothest and the most uniform characteristics. The examination of worn surfaces of PPS+2%CuO composite using X-ray area scanning (dot mapping) showed back-transfer of steel counterface material to the polymer pin surface. This behavior is believed to strengthen the polymer pin surface during sliding thereby contributing to the decrease in wear rate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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