Kim, Namil;Lee, Jung-Seok;Hwang, Byung-Kook;Bae, Seokhu;Yoon, Jeong-Hwan;Yun, Juho
Elastomers and Composites
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제54권2호
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pp.135-141
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2019
Polyphenylene sulfide (PPS) was filled with glass fiber (GF), aramid fiber (AF), and solid lubricants to improve the mechanical properties and wear resistance. The addition of GF effectively enhanced the tensile strength, flexural modulus, and impact strength of PPS, while solid lubricants such as polytetrafluoroethylene (PTFE), molybdenum disulfide ($MoS_2$), and tungsten disulfide ($WS_2$) lowered the friction coefficients of the composites to below 0.3. The ball nut and motor pulley of the electric power steering (EPS) were manufactured using the PPS composites, and feasibility was ascertained thereafter by conducting the durability test. The composites filled with GF and AF showed high mechanical strength, but slip occurred at the interface between the pulley and belt while testing above $50^{\circ}C$. When small amounts of lubricants were added, the slip was no longer detected because of the suppression of friction heat. It is realized that the low friction as well as high mechanical properties is important to ensure the reliability of plastic pulleys.
Through this study, we investigate the effects of ultrasonic nanocrystal surface modification (UNSM) technology on the fatigue life of needle roller bearings. The fatigue life of untreated and UNSM-treated needle roller bearings is evaluated using a roller fatigue tester at various contact stress levels under oil-lubricated conditions. We can ascertain that the fatigue life of an UNSM-treated needle roller bearing was extended by approximately 34.3% in comparison with an untreated one, where the effectiveness of UNSM technology diminishes with increasing contact stress. The surface roughness and surface hardness of needle roller bearings before and after being treated by UNSM technology are compared and discussed to understand the role of UNSM technology in improving the fatigue life of needle roller bearings. In addition, a fractograph of the damaged bearings is observed using a scanning electron microscopy to shed light on the fracture mechanisms of bearings under different contact stress levels. We can therefore conclude that the application of UNSM technology to the needle roller bearings improves the fatigue life by reducing the friction coefficient and increasing the wear resistance; this may be attributed to a reduction in surface roughness from 0.5 to $0.149{\mu}m$ and an increase in surface hardness from 58 to 62 HRc.
Generally, diamond-like carbon films (a-C:H, DLC) have been shown to have a low coefficient of friction, a high hardness and a low wear rate. Pd-doped C thin film was fabricated using a dual magnetron sputtering with two targets of graphite and palladium. Graphite target RF power was fixed and palladium target RF power was varied. The structural, physical, and surface properties of the deposited thin film were investigated, and the correlation among these properties was examined. The doping ratio of Pd increased as the RF power increased, and the surface roughness of the thin film decreased somewhat as the RF power increased. In addition, the hardness value of the thin film increased, and the adhesive strength was improved. It was confirmed that the value of the contact angle indicating the surface energy increases as the RF power increases. It was concluded that the increase in RF power contributed to the improvement of the physical properties of Pd-doped C thin film.
This study aimed to develop an Arduino-based garment pressure device (APD) on the basis of using Single-Tact sensor by suggesting the reliable clothing pressure range and coefficient of selected sensors through the APD calibration process. Once the APD was validated, the pressure of the experimental men's lower body compression wears was measured using the APD and was compared to the pressure measured using the existing air-pack type pressure meter. The subjects were one mannequin and eight men in their 20's, and the trial compression wears were calf sleeves and pants. Clothing pressures were measured in hip, mid-thigh, calf, and ankle. In terms of the 99% confidence level, the experimental clothing pressure measured at the designated measuring points using the APD was considered identical to the one measured using an existing clothing pressure meter. Therefore, on the basis of the experiment results, this study demonstrated that the APD is as reliable as the existing clothing pressure meter within the pressure ranges of 0.54-16.79 kPa and 0.18-25.47 kPa as provided by the SingleTact sensor supplier's data on the basis of using an external ADC (Analog to Digital Converter) module.
Aluminum alloy is a material widely used in the aircraft industry. However, since it has relatively low hardness, strength and tribological properties, it is necessary to improve these properties. In this paper, a TiN thin film was coated on the surface of AL7075-T7351 using DC magnetron sputtering. The coating was performed by setting different deposition pressure, deposition time, and applied power. Then, the tribological properties of the thin film were investigated. As a result of the experiment, the hardness of the thin film was higher than that of the base material, and the specimen with the highest hardness had excellent friction coefficient, wear amount, and adhesive strength characteristics. Through this study, it was confirmed that the tribological characteristics of aluminum alloy can be improved by depositing thin films using DC magnetron sputtering.
The low adherence of diamond-like carbon (DLC) films on titanium (Ti) alloys can be improved by using interlayer coatings. In this study, DLC (a-C:H) films were deposited using radio-frequency plasma-enhanced chemical vapor deposition (rf-PECVD), and a TiCN interlayer was applied between the extra low interstitial (ELI) grade of Ti-6Al-4V alloy and a-C:H film. The characteristics of the a-C:H-coated Ti-6Al-4V ELI alloy were investigated using field emission scanning electron microscopy, Vickers hardness, and scratch and wear tests. The DLC (a-C:H) films deposited by rf-PECVD had a thickness of 1.7 ㎛, and the TiCN interlayer had a thickness of 1.1 ㎛. Vickers hardness of the DLC (a-C:H) films were increased as a result of the influence of the TiCN interlayer. The resulting friction coefficient of the a-C:H-coated Ti-6Al-4V with the TiCN interlayer had an extremely low value of 0.07.
Statement of problems. In an attempt to reduce screw loosening, dry lubricant coatings such as pure gold or tefron have been applied to the abutment screw. However, under repeated tightening and loosening procedures, low wear resistance and adhesion strength of coating material produced free particles on the surface of abutment screw and increased frictional resistance resulting in screw tightening problems. Purpose. The aim of this study was to compare friction coefficient, adhesion strength, vickers hardness and evaluate coating surface of titanium alloy specimens coated with TiN(titanium nitride), ZrN(zirconium nitride) and WC(tungsten carbide). Material and method. Titanium alloy(Ti-6Al-4V) discs of 12mm in diameter and 1mm in thickness divided into 4 groups. TiN, ZrN and WC was coated for the specimens of 3 groups respectively, and those of 1 group were not coated. Each group was made up of 4 specimens. In this study, sputtering method was used among the PVD(Physical Vapor Deposition) techniques available for TiN, ZrN and WC coatings. Friction coefficient, adhesion strength, vickers hardness and coating surface of 4 groups were measured. Results. 1. For all three coating conditions, friction coefficient was significantly decreased. Especially, ZrN coated surface showed the lowest value. $TiN(0.39{\pm}0.02)$, $ZrN(0.24{\pm}0.01)$, $WC(0.31{\pm}0.03)$. 2. TiN coating showed the highest adhesion strength, however ZrN coating had the lowest value. $TiN(25.3N{\pm}1.6)$, $ZrN(14.8N{\pm}0.6)$, $ WC(18.4N{\pm}0.7)$. 3. Vickers hardness of all three coatings was remarkably increased as compared with that of none coated specimen. TiN coating had the highest Vickers hardness, however WC coating showed the lowest value. $TiN(1865.2{\pm}33.8)$, $ZrN(1814.4{\pm}18.6)$, $WC(1008.5{\pm}35.9)$. 4. The ZrN or WC coated specimen showed a homogeneous and smooth surface, however the rough surface with defects was observed for TiN coating. Conclusions. When TiN, ZrN and WC coating applied to the abutment screw, frictional resistance would be reduced, as a result, the greater preload and prevention of the screw loosening could be expected.
전자파 반사재료로 사용되는 탄소섬유/에폭시 복합재료의 탄소섬유 배향이 마찰특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 마찰 시, 상대 마찰 면과 탄소 섬유/에폭시 복합재료의 적층 방향이 수직인 경우가 수평인 경우에 비해 우수한 마찰특성을 나타내었다. 이는 마찰 면과 복합재료의 적층 방향이 수평인 경우, 에폭시와 탄소섬유의 delamination이 상대적으로 많이 일어나기 때문이다. 탄소섬유 배향에 따른 마찰특성은 마찰 면과 복합재료의 적층 방향이 수직인 경우, 탄소 섬유가 단일 방향으로 배향된 $0/0^{\circ}$의 복합재료가 다방향 배향인 $0/45/90/-45^{\circ}$ 및 $0/90^{\circ}$ 복합재료에 비해 상대적으로 뛰어난 마찰특성을 나타내었다. 이는 탄소섬유의 배향 방향에 따라 마찰 면에 접촉하는 탄소섬유의 접촉면적이 변화되고 그 결과, 마찰에 의한 탄소섬유와 에폭시의 debonding 정도가 변화되기 때문이다. 이와는 달리 마찰 면과 적층 방향이 수평인 경우탄소섬유에 가해지는 응력의 종류에 따라 다른 마찰특성을 나타내며 인장응력이 작용하는 $0/90^{\circ}$로 탄소섬유가 배향된 복합재료가 가장 우수한 마찰특성을 갖는다. 마찰면과 탄소섬유 배향에 따라 마찰속도는 마찰계수에 영향을 미치지 못하는 반면 마멸지수와는 비례관계가 있음을 확인할 수 있었다.
복합레진의 중요한 임상적 단점은 낮은 마모 저항성이며, 이와 관련된 하나의 인자로 수복물의 표면하 분해(subsurface degradation)가 고려되고 있다. 본 연구에서는 알카리성 용액(0.1N NaOH)에 현재 구치부 수복에 많이 이용되는 Z100(3M), Clearfil AP-X(Kuraray), Tetric Ceram(Vivadent)의 3종의 복합레진과 흐름성이 뛰어난 Aeliteflo(Bisco) 등 4종의 광중합형 레진을 보관하였을 때 각 제품의 분해저항성을 평가하고자 하였다. 분해저항성은 다음의 지표를 근거로 평가하였다. 1) 무게손실 - NaOH 용액에 노출 전후의 무게 측정, 2) Si 농도 - 시편을 제거한 용액은 ICF-AE분석기를 통하여 용액내로 용출된 Si 이온 정도 평가, 3) 분해층 깊이 - 용액에 보관한 시편을 연마하여 SEM을 이용하여 분해층의 깊이(${\mu}m$)를 측정하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 각 제품의 무게손실량은 Z100, TC, CL, AE 순으로 많았으며, AE, CL군과 TC, Z100군 사이에 유의한 차이가 있었다(p<0.05). 2. 각 제품의 표면하 분해층 깊이는 Z100, TC, CL, AE 순으로 깊었으며, AE. CL군과 Z100군 사이에 유의한 차이가 있었다(p<0.05). 3. 각 제품으로부터 용출된 Si 양은 Z100군이 가장 많고, AE, CL, TC순으로 많았다. 4. 무게손실량과 표면하 분해층 깊이 사이에 비교적 높은 상관관계를 보였다(r=0.71, p<0.05).
최근에 상용차용 디젤 엔진의 성능 향상을 목적으로 엔진 설계가 급격히 변화되면서 캠 팔로우어(cam follower)와 캠(cam) 사이에 작용하는 접동면 하중의 증가로 접동면에서의 마모가 중요한 문제가 되고 있다. 본 연구에서는 기존의 주절체 및 소결합금 캠 팔로우어에 비해 내마모성이 우수한 세라믹 캠 팔로우어를 개발하였다. 잔류 응력을 완화시켜주는 중간층을 사용하지 않고 질화규소($Si_3N_4$) 팁과 중탄소강을 활성납재를 사용하여 직접 접합후 냉각시키는 과정에서 두 모재의 열팽창계수차에 의한 크라우닝(crowning, R) 이 형성되도록 하였다. 접합에 사용한 중탄소강은 열팽창시 이력(hysteresis) 거동을 나타내었으며, $A_{c1}$ 변태점인 $723^{\circ}C$ 이하에서 접합할 경우 원하는 크라우닝이 형성되었다. 접합온도가 $723^{\circ}C$ 이상이 되면 크라우닝 (R) 값이 온도에 따라 지수함수적으로 증가하였으며 이는 중탄소강의 상변태에 의한 열팽창.수축의 이력 특성으로 설명되어질 수 있었다. 규격에 맞는 크라우닝이 형성되는 최적 접합 온도는 $700~720^{\circ}C$의 범위였다. 질화규소와 중탄소강의 직접 접합방법으로 접합과 동시에 크라우닝을 형성시키고 제어함으로써 난가공재인 세라믹을 곡면 가공하지 않고도 적당한 곡률을 갖는 저가의 세라믹 캠 팔로우어를 제조할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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