Friction characteristics of the brake friction materials without environmentally regulated ingredients were examined to find their role in the brake performance. Five friction materials were produced based on a nearcommercial formulation by changing the relative amount of potentially hazardous ingredients to health and environment, such as $Sb_2S_3$, potassium titanate, and brass fiber. Tribological properties of the friction materials were obtained using a scale dynamometer and Krauss type tribometer. Results showed that the excluded three ingredients played important synergetic effects on tribological properties in terms of fade resistance, wear resistance and friction effectiveness. In particular, brass fibers played important roles in the friction stability by providing excellent thermal diffusivity at the friction interface. Potassium titanate whiskers showed excellent fade resistance and wear resistance compared to the substituted barite. Antimony trisulfide, on the other hand, showed little effect on the high temperature fade resistance and wear resistance, while it increased friction effectiveness at moderate temperatures. The friction materials without the three ingredients showed severe fade, indicating antisynergy effects.
Tribological properties of hybrid type friction materials were studied. Hybrid friction materials were produced by combining non-steel(NS) and low-steel(LS) type friction materials. The emphasis of the investigation was given to possible synergistic effects from the two different friction materials, in terms of friction stability at high temperatures and the amplitude of friction oscillation, also known as stick-slip at low sliding speeds. The high temperature friction test results showed that the friction effectiveness of the hybrid friction material was well sustained compared to LS and NS friction materials. Wear resistance of the hybrid type was similar to LS friction materials. Examination of the rubbing surfaces after tests revealed that the friction characteristics of the hybrid friction material were attributed to the wear debris produced from low-steel friction materials, which were migrated to the surface of the non-steel friction material, forming new contact plateaus. The stick-slip amplitude and its frequency were pronounced when non-steel friction material was tested, while hybrid and low-steel types showed relatively small stick-slip amplitudes. These results suggest possible improvement of tribological properties by designing a hybrid composite of low-steel and non-steel friction materials.
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.
Atmospheric plasma spraying (APS) is world-widely used process in the automotive industry as a method to provide wear resistance coatings for engine cylinder bore, using various materials. The weight of engine blocks can be considerably decreased by removing cast iron liners, which can finally result in the improvement of fuel efficiency. In this study, five kinds of powder materials, 1.2C steel powder and 1.2C steel powder mixed with 5, 10, 15, 20 wt.%. molybdenum powder, were deposited by atmospheric plasma spraying in order to investigate the effect of molybdenum on the wear resistance of coatings. Microstructural analysis showed that molybdenum splats were well distributed in 1.2C steel matrix with intimate bonding. The molybdenum added coatings showed better tribological properties than 1.2C steel coating. However, above the 15 wt.%. blending fraction, wear resistance was somewhat degraded with poor roughness of worn surface due to the brittle fracture occurred in molybdenum splats. Consequently, compared to conventional liner material, gray cast iron, 10 wt. pct. molybdenum blended 1.2C steel coating showed much better tribological properties and therefore it looks very feasible to replace gray cast iron liner.
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.
Research to replace metal mechanical elements with polymer materials has recently accelerated. However, polymers exhibit less favorable mechanical properties than metal materials, and are often easily worn-out owing to frictional heat when their mechanical elements contact while in relative motion. Therefore, research on the polymer tribological properties is required to employ polymer materials in mechanical elements operating under harsh conditions. In this study, we examine the effect of mechanical part operating temperatures on the material friction and wear characteristics of polymer materials. We conduct ball-on-disk friction tests under dry conditions at various temperatures, using a metal ball with high hardness and a polymer as the counter surface. Each test is repeated at least three times to ensure the reliability of the test results. Before the friction test, we analyze the surface hardness and roughness of each polymer specimen; after the friction test, we use a three-dimensional confocal microscope to compare and analyze the polymer specimen wear characteristics. Based on this study, we systematically elucidate the polymer material tribological characteristics. This information should be useful for selecting and utilizing polymer materials at various temperatures.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.10b
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pp.175-176
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2002
Our study is to search for tribological properties of diamond-like carbon (DLC) films as known as anti- wear hard thin film on various polymers. This report deals with the deposition of DLC films on various polymer substrates in vacuum by magnetron radio frequency (RF) sputtering method with using argon plasma and graphite, titanium target. The properties of friction and wear are measured using a ball-on-disk wear -testing machine. The properties of friction and wear have been remarkably improved by DLC coating. Moreover the composition of DLC films has been analyzed by using auger electron spectroscopy(AES). The wear rate of titanium-containing DLC film is lower than that of no-metal-containing DLC film.
DLC is considered as the candidate material for application of moving parts in automotive components relatively in high pressure and temperature operating conditions for its high hardness with self lubrication and chemical inertness. Different deposition method such as arc plating, ion gun plating and PECVD were used for comparing mechanical and tribological properties of each DLCs deposited on stainless steel with 1 um thick respectively. Among these 3 types of DLCs, the arc plated DLC film showed highest value for wear resistance in dry condition. From the results of analysis for physical properties of DLC films, it seems that the adhesion force and crack initiation modes were more important factors than intrinsic mechanical properties such as hardness, elastic modulus and/or roughness to the wear resistance of DLC films. Raman spectroscopy was used for understanding chemical bonding natures of each type of DLC films. Typical D and G peaks were identified based on the deposition method. Hardness of the coating layers were identified by nanoindentation method and the adhesions were checked by scratch method.
Tribological properties of fiber composite materials were measured and wear resistant hybrid structure was proposed based upon the understanding of tribological behavior of the composite materials. Unidirectional composites with glass fibers, carbon fibers, and aramid fibers were tested for tribological properties in order to propose a wear resistant hybrid structure. Hybrid composites which contain carbon and aramid fibers were prepared, the specimens were sliced by a water-jet cutter, and friction and wear properties were measured. An experimental set-up was designed and built for the friction and wear test of the composite specimens. Unidirectional fiber composite and hybrid composite specimens were tested to evaluated the tribological behavior for biomimetic applications. It is observed that the friction and wear behavior of fiber composites depends upon fiber orientation, sliding speed, and type of reinforcing fibers.
Mechanical surface treatment is an excellent approach widely used to modulate and improve the performance and service life of bearings, gears, and frictional joints. The main purpose of this study is to investigate and compare the effect of ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM) and wonder process craft (WPC) on the surface and tribological properties of SUJ2 bearing steel. The surface roughness and hardness of the untreated and treated (UNSM- and WPC-treated) specimens were measured and compared. Their tribological properties were evaluated using a micro-tribometer under grease-lubricated and dry conditions against itself. Surface hardness measurement results revealed that both the UNSM- and WPC-treated specimens had a higher hardness than that of the untreated specimen. The surface roughness of the untreated specimen was reduced after UNSM and WPC treatments. Abrasive wear mode was observed on the surface of the specimens worn under grease-lubricated conditions, while adhesive wear mode was found on the surface of the specimens worn in dry conditions. According to the tribological test results, the friction coefficient and wear rate of the untreated specimens were reduced by the application of both the UNSM and WPC treatments under grease-lubricated and dry conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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