Lee Young-Ze;Kim Woo-Jung;Ahn Seung-Ho;Kim Ho-Gun;Kim Jung-Gu;Cho Chung-Woo
Tribology and Lubricants
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v.20
no.6
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pp.306-313
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2004
Many of the current development in surface modification engineering are focused on multilayered coatings, which have the potential to improve the tribological properties. Four different multilayered coatings were deposited on AISI D2 steel in this study. The prepared samples are designed as $WC-Ti_{0.6}Al_{0.4}N,\;WC-Ti_{0.53}Al_{0.47}N,\;WC-Ti_{0.5}Al_{0.5}N\;and\;WC-Ti_{0.43}Al_{0.57}N$. The multilayered coatings were investigated with respect to coating surface and cross-sectional morphology, roughness, adhesion, hardness, porosity and tribological behaviors. Especially, wear tests of four multilayered coatings were performed by using a ball-on-disc configuration with a linear sliding speed of 0.017 m/sec and a normal load of 5.38 N load. The tests were carried out at room temperature in air by employing AISI 52100 steel ball $(H_R\;=\;66) $ having a diameter of 10 mm. The surface morphology, and topography of the wear scars of samples and balls have been determined by using scanning electron spectroscopy (SEM). Also, wear mechanism was determined by using SEM coupled with energy-dispersive spectroscopy (EDS). Results have showed an improved wear resistance of the $WC-Ti_{1-x}Al_xN$coatings with increasing of Al (aluminum) concentration.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.3
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pp.1253-1258
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2014
The tribological properties of TiC, TiN and TiC/TiN coatings on steels prepared by the cathodic-arc (CA) ion plating technique were investigated. Experiments were carried out on a tribo-test machine using a Falex journal V block system. The friction and wear characteristics of the coatings were determined by varying the applied load and sliding speed. The TiC, TiN and TiC/TiN coatings markedly increased the tribological characteristics of the surface. As far as a single layer coating was concerned, TiN goes better results than TiC. However, the TiC/TiN multilayer coating performed better than either single layer coating. The major factor in the improved performance of the multilayer coating was the role of TiC in improving the adhesion between the external TiN layer and the substrate steel.
Han, J. C.;Jung, C.;Song, Y. S.;Yoon, J. K.;Lo, B. H.;Lee, K. H.
Journal of Surface Science and Engineering
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v.31
no.1
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pp.12-23
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1998
The Thermal Barrier Coating(TBC) has been used to improve the heat barrier and tribological properties of the aircraft engine and the automobile engine in high temperature. Especially, the high temperature tribological propertied of the cylinder haed and the piston crown of diesel engine was emphasized. Therefore, the purpose of this work was to evaluate the microstructure, tribological propeer in high tempearmal shock resistance and bonding strength of five layer functionally gradient TBC for the applications. The five layerwere composed with 100% ceramic insulating later, 75(ceramic):25 (metal) layer, 50:50 layer, 25:75 layer and 100% metal bonding layer to redude the thermal stress. the YSL and MSL poweders were the insulation ceramics powers. The NiCrAly, Inconel625 and SUS powders were the bonding and mixingg powders for plasma spray process. According to the result of high temperature wear test, the wera resistance of YSZ/NiCrAlY siytem was most out standing at 600 and $800^{\circ}C$. At $400^{\circ}C$, the wear resistance of YSZ/Inconel system was better than others. Wear volume at other temperature because of the low temperature degration of zirconia. The thermal shock mechanism of 5 later is the vertical crack gegration in insulating layer. this means that the initial cracks were generated in the top layer, and then developed into the composite layers during thermal shock test. Finally, these cracks werereached to the interface of coating and substrate and also, these vertioal cracks join with the horizontal cracks of the each layers. The bonding strength of YSZ/NiCrAlY and YSZ/Inconel 5 layer system is better than other 5layer systems. The theramal shock resistance of thermal barrier coating s with 5 layer system is better than that of 3 layers and 2 layers.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2016.11a
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pp.156-156
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2016
The effect of nitrogen doping on the mechanical and tribological performance of single-layer tetrahedral amorphous carbon (ta-C:N) coatings of up to $1{\mu}m$ in thickness was investigated using a custom-made filtered cathode vacuum arc (FCVA). The results obtained revealed that the hardness of the coatings decreased from $65{\pm}4.8GPa$ to $25{\pm}2.4GPa$ with increasing nitrogen gas ratio, which indicates that nitrogen doping occurs through substitution in the $sp^2$ phase. Subsequent AES analysis showed that the N/C ratio in the ta-C:N thick-film coatings ranged from 0.03 to 0.29 and increased with the nitrogen flow rate. Variation in the G-peak positions and I(D)/I(G) ratio exhibit a similar trend. It is concluded from these results that micron-thick ta-C:N films have the potential to be used in a wide range of functional coating applications in electronics. To achieve highly conductive and wear-resistant coatings in system components, the friction and wear performances of the coating were investigated. The tribological behavior of the coating was investigated by sliding an SUJ2 ball over the coating in a ball-on-disk tribo-meter. The experimental results revealed that doping using a high nitrogen gas flow rate improved the wear resistance of the coating, while a low flow rate of 0-10 sccm increased the coefficient of friction (CoF) and wear rate through the generation of hematite (${\alpha}-Fe_2O_3$) phases by tribo-chemical reaction. However, the CoF and wear rate dramatically decreased when the nitrogen flow rate was increased to 30-40 sccm, due to the nitrogen inducing phase transformation that produced a graphite-like structure in the coating. The widths of the wear track and wear scar were also observed to decrease with increasing nitrogen flow rate. Moreover, the G-peaks of the wear scar around the SUJ2 ball on the worn surface increased with increasing nitrogen doping.
$TiB_2$-TiN double-layer coating have been prepared by ion beam enhanced deposition. AES, XRD, TEM and HRTEM were employed to characterize the $TiB_2$ layer. The microhardness of the coatings was evaluated by an ultra low-load microhardness indenter system, and the tribological behavior was examined by a ball-on-disc tribology wear tester. It was found that in a single titanium diboride layer, the composition is uniform along the depth of the film, and it is mainly composed of nanocrystalline $TiB_2$ with hexagonal structure, which resulted from the ion bombardment during the film growth. The hardness of the $TiB_2$ films increases with increasing ion energy, and approaches a maximum value of the $TiB_2$ films increases with increasing ion energy, and approaches a maximum value of 39 Gpa at ion energy of 85 keV. The tribological property of the TiB2 films is also improved by higher energy of 85keV. The tribological property of the $TiB_2$ films is also improved by higher energy ion beam bombardment. There is no major disparity in the mechanical properties of double-layer $TiB_2$/TiN coatings and TiN/$TiB_2$ coatings. Both show an improved wear resistance compared with single-layer $TiB_2$ films. The adhesion of double-layer coatings is also superior to that of single-layer films.
In order to reduce resistance torque and energy loss, minimizing friction between race surface and rolling elements of a bearing is necessary. Recently, to reduce friction in bearing element, solid lubricant coating for the bearing raceway surface has been receiving much attention. Considering the operating conditions of real bearings, verifying the effect of solid lubricant coatings under extreme conditions of high load that is more than 1 GPa is necessary. In this study, we evaluated the friction and wear characteristics of SUJ2 bearing steels deposited by carbon-based coatings (Si-DLC, ta-C), $MoS_2$ and graphite. In case of $MoS_2$ and graphite coatings, different surface treatments were applied to the coatings to verify the effect of surface treatment. A pin-on-disc type tribotester was used to evaluate the tribological characteristics of the coatings. It was possible to quantitatively estimate the friction and wear characteristics of solid lubricant under dry and lubrication conditions. The carbon-based coatings improved the friction and wear properties of SUJ2 bearing steels under the high load condition, but $MoS_2$ and graphite coatings were not suitable for high load conditions due to its low hardness. Different friction and wear behaviors were found for different substrate surface treatment method. Also, it was confirmed that solid lubricant coatings had a more positive effect than just applying the lubricant for improving the tribological characteristics.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.21
no.5
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pp.247-255
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2018
In this research, the effect of normal load, sliding velocity, and texture density on thefriction coefficient of surfaces micro-textured on AISI 4140 under paraffin oil lubrication were investigated. The predicted tribological behavior by numerical calculation can be serves as guidance for the designer during the machine development stage. Therefore, in this research friction coefficient prediction model based on response surface methodology (RSM), support vector machine (SVM), and artificial neural network (ANN) were developed. The experimental result shows that the variation of load, speed and texture density were influence the friction coefficient. The RSM, ANN and SVM model was successfully developed based on the experimental data. The ANN model can effectively predict the tribological characteristics of micro-textured AISI 4140 in paraffin oil lubrication condition compare to RSM and SVM.
Park, Seonghyun;Son, Jungyu;Woo, Seongwoong;Ryu, Euijin;Lee, Hyunseop
Tribology and Lubricants
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v.36
no.6
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pp.365-370
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2020
Recently, additive manufacturing (AM) technology has been applied to various industries such as automotive, aviation, medical, and electronics. Most prior studies are limited to the mechanical properties of printed materials, and few studies are being conducted on their tribological characteristics. However, the friction and wear characteristics of the material should be studied in order to utilize the components manufactured using AM technology as mechanical parts. In this study, the friction and wear characteristics of acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS)-like resin printed with stereo lithography apparatus (SLA) 3D printing are evaluated according to the viscosity of silicon oil lubricant using a ball-on-disk experiment. Lubricants with a viscosity of 500, 1000, and 2000 cSt are prepared for the experiment. If silicon oil lubricants are used during the ball-on-disk test, the coefficient of friction (COF) and wear rates are significantly reduced, and the higher the viscosity of the lubricant, the lower will be the COF and wear rates. It is also verified that the temperature of the specimen owing to friction also decreases according to the viscosity of the lubricant. This is because of the silicon oil film thickness, and the higher the viscosity of the lubricant, the thicker will be the oil film. More studies on the tribological characteristics of 3D printing materials and suitable lubricants will be required to use 3D printed parts as mechanical elements.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.9
no.2
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pp.231-239
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1999
The microstructure of ceramic composite has been found to be governed by the type and amount of the secondary phase, the sintering aid, and the sintering conditions such as sintering temperature, pressure and holing time. Moreover, tribological properties are strongly dependent on microsturcture of composite and operating conditions. In this study, silicon nitride with various amount of magnesia as a sintering aid were prepared and sintered by a hot pressing (HP) technique. Microstructure, mechanical properties (hardness, strength, and fracture toughness), and tribological properties in different environments of $Si_{3}N_{4}$ (in air, water, and paraffine oil) were investigated as a function of MgO content in $Si_{3}N_{4}$. As increasing the amount of MgO in $Si_{3}N_{4}$, the glassy phase in the grain boundaries enlarged the $\beta$-phase elongated grains, and also degraded the Hertzian contact damage resistance. Tribological behaviors in air was seemed to be determined by fracture toughness of $Si_{3}N_{4}$, and those in water and paraffin oil was seemed to be determined by hardness as well as strength. Since glassy grain-boundary phase (MgO) in $Si_{3}N_{4}$ expected to be reacted with water during sliding, such tribochemical reaction reduced wear. In paraffin oil under a higher applied load, the initial sliding dominated wear rate because of Hertzian contact damage.
Sputtered $MoS_2$ thin films provide lubrication and wear improvements for vacuum and space applications. In this study, deposition of $MoS_2$ thin films by R.F. magnetron sputtering was studied with regard to the micro-structural change of $MoS_2$ film and mechanical properties. The coating parameters such as the working pressure, the RF power, the substrate temperature, the etching time were varied to determine how these parameters affected the film morphology and mechanical properties of deposited films. The best wear properties and critical load were observed with the film deposited at $70^{\circ}C$, 1.0$\times$$10^{ -3}$ Torr, 170W and 1 hour deposition time. The critical load increased with the increase of sputter etching time.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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