Pin-to-disc wear testing experiments were conducted to investigate the wear characteristics of commercial oil (5W-40) with nano-diamond particles. The upper specimen was a SUJ-2 high-carbon chromium steel ball with a diameter of 4 mm, and the lower specimen was made of the Al-6061 alloy. The applied load was 5 N, and the sliding speed was 0.25 m/s. The wear tests were conducted at a sliding distance of 500 m. The friction coefficients and wear rates of the Al-6061 specimens were tested using commercial oil with different nano-diamond concentrations ranging from 0 to 0.02 wt.%. The addition of nano-diamond particles to commercial oil reduced both the wear rate and coefficient of friction of the Al-6061 alloy. The use of nano-diamond particles as a solid additive in oil lubricants was found to improve the tribological behavior of the Al-6061 alloy. For the Al-6061 alloy, the optimal concentration was found to be 0.005 wt.% in view of the friction coefficient and wear rate. Further investigation is needed to determine the optimal concentration of nano-diamond particles for various loadings, sliding speeds, oil temperatures, and sliding distances.
한국분말야금학회 2006년도 Extended Abstracts of 2006 POWDER METALLURGY World Congress Part2
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pp.1309-1310
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2006
High-purity and super-hard nano-polycrystalline diamond has been successfully synthesized by direct conversion from high-purity graphite under static pressures above 15 GPa and temperatures above $2300^{\circ}C$. This paper describes research findings on the formation mechanism of nano-structure and on the contributing factor leading to high hardness.
In this study, in order to increase surface ability of hardness and corrosion of magnesium alloy, anodizing and sealing with nano-diamond powder was conducted. A porous oxide layer on the magnesium alloy was successfully made at $85^{\circ}C$ through anodizing. It was found to be significantly more difficult to make a porous oxide layer in the magnesium alloy compared to an aluminum alloy. The oxide layer made below $73^{\circ}C$ by anodizing had no porous layer. The electrolyte used in this study is DOW 17 solution. The surface morphology of the magnesium oxide layer was investigated by a scanning electron microscope. The pores made by anodizing were sealed by water and aqueous nano-diamond powder respectively. The hardness and corrosion resistance of the magnesium alloy was increased by the anodizing and sealing treatment with nano-diamond powder.
In this study, in order to improve corrosion resistance and wear resistance of aluminum, surface treatment was made by anodizing with oxalic acid solution and sealing with nano-diamond powder. Average size of nano-diamond powder was 30nm. Anodizing with oxalic acid made many pores in the aluminum oxide layer. Pore size and oxide thickness were investigated by scanning electron microscope (SEM). Pore size increased as temperature increased and voltage increased. It was possible to make oxide layer with pore diameter more than 50 nm. Oxide thickness increased as temperature and voltage and treatment time increased. Oxide layer with above $10{\mu}m$ thickness was made. Aluminum oxide layer with many pores was sealed by water with nano-diamond powder. Surface morphology was investigated by SEM. After sealing treatment with nano-diamond powder, corrosion resistance, wear resistance and hardness increased.
PTFE has good mechanical and chemical stability at a wide range of temperatures and demonstrates a low friction coefficient value. PTFE is being used for self-lubricating parts in industry. But it shows a high wear rate. Thus, PTFE and nano-diamond powder were mixed into a composite and the wear properties of a PTFE coating layer on Al6061 was investigated. A ball-on-disk type of wear tester was used under a dry condition and different temperatures of oil. After the wear test, the wear track wasexamined by optical microscope. The PTFE-diamond showed the lowest friction coefficient (0.02) of all the lubricants in the experiments. The friction coefficient was shown to be directly related to the diamond powder in the PTFE coating. Adhesion estimations were performed by a scratch test, which is mainly used for coatings. The critical load between the coating and substrate was defined through analyses of the friction load, normal load curve, and acoustic emissions, along with optical microscope observations. The scratch test results showed that an import item (SWISS) gave the highest critical load values.
In this study, polycrystalline diamond was synthesized by chemical vapor deposition (CVD). Diamond films were deposited on a-plane sapphire substrates while changing the concentration of methane for hydrogen (CH4/H2), and the concentrations of methane were 0.25, 0.5, 1, 2, 3 and 4 vol%, respectively. Crystallinity and nucleation density according to changes in methane concentration were investigated. At this time, the discharge power, vacuum pressure, and deposition time were kept constant. In order to deposit polycrystalline diamond, the sapphire substrate was etched with sulfuric acid and hydrogen peroxide (ratio 3:7), and the sapphire surface was polished for 30 minutes with 100 nm-sized nanodiamond particles. The deposited diamond thin film was analyzed by a scanning electron microscope (SEM), a Raman spectra, Atomic force microscope (AFM) and an X-ray diffractometer (XRD). By controlling the ratio of methane to hydrogen and performing appropriate pre-treatment conditions, a polycrystalline diamond thin film having excellent crystallinity and nucleation density was obtained.
In this study, an aluminum oxide layer for sealing treatment of nano-diamond powder was synthesized by anodizing under constant current. The produced pore size and oxide thickness were investigated using scanning electron microscopy. The pore size increased as the treatment time increased, current density increased, sulfuric acid concentration decreased, which is different from the results under constant voltage, due to a dissolution of the oxide layers. The oxide layer thickness by the anodizing increased as temperature, time, and current density increased. The results of this study can be applied to optimize the sealing treatment process of nano-diamond particles of 4-10 nm to enhance the resistances of corrosion and wear of the matrix.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제38권1호
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pp.1-7
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2014
기본유체에 나노분말을 분산시킨 나노유체는 기본유체보다 높은 열전도도를 보인다. 이러한 특성으로 인해, 에너지 효율을 향상시키기 위한 대안으로서 나노유체가 주목받고 있으며, 고효율을 필요로 하는 열교환기의 작동유체로 적용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 상용 열교환기의 작동유체로서 많이 사용되고 있는 증류수, 에틸렌글리콜, 에틸알코올에 나노다이아몬드 분말을 적용한 나노유체의 열전도도를 측정하였다. 나노유체는 매트릭스 합성 분산법을 이용하여 제조하였으며, 나노다이아몬드의 혼합량은 0.1, 0.3, 0.5, 1vol%로 하였다. 측정결과 모든 기본유체 조건에서 나노유체의 열전도도가 증가하였으며, 특히 증류수에 분산된 1vol%의 나노유체에서 23%의 높은 열전도도 향상 경향을 보였다.
필드이온빔(FIB) 가공기를 써서 초고강도의 벌크다이아몬드를 가공하기 위해 이온 소오스의 종류와 가공 조건에 따른 나노급 미세 선폭의 최적조건을 알아보고 이에 근거한 2차원적인 텍스트의 가공과 3차원적인 박막요소의 가공을 시도하였다. 다이아몬드 기판과 실리콘 기판을 Ga과 $H_2O$ 소오스를 이용하는 FIB를 써서 30 kV 빔 전류를 10 pA $\sim$ 5 nA로 변화시키면서 패터닝하고 이때 각각 20 ${\mu}m$ 길이로 생성되는 선형 패턴의 선폭, 깊이, 에치속도, 에치형상, 깊이선폭비 (aspect ratio)를 확인하였다. 다이아몬드도 실리콘 기판과 마찬가지로 나노급 패턴의 형성이 가능하였다. $H_2O$ 소오스를 채용한 경우가 에치 깊이가 2배 정도 증가하였으며 동일한 가공 조건에서는 실리콘에 비해 다이아몬드의 에치 선폭이 감소는 경향이 있었다. 특히 다이아몬드는 절연성 때문에 차지가 축적되어 가공 중 이온빔이 불안정해지는 문제가 있었으나 차지 중화 모드를 이용하여 성공적으로 sub-100 nm급 선폭의 미세 가공이 가능하였다. 확인된 선폭가공 조건에 근거하여 2차원적으로 0.3carat의 보석용 다이아몬드의 거들부에 300여개의 글자를 FIB를 활용하여 선폭 240 nm정도로 명확히 기록하는 것이 가능하였다. $Ga^+$이온과 30 eV-30 pA로 조건에서 비교적 넓은 선폭과 Z축 depth 고정범위에서 많은 개인정보의 기록이 영구적으로 가능하였으며 전자현미경으로 재생이 가능하였다. 3차원적으로 두께 $1{\mu}m$의 박막요소를 FIB가공과 백금 용접으로 떼어낸 후 FIB가공으로 두께가 100 nm가 되도록 한 후 투과전자현미경을 이용하여 성분 분석을 하는 것이 성공적으로 수행될 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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