Kim, Hyo-Sang;Kim, Dae-Hyun;Ahn, Hyo-Sok;Hahn, Jun-Hee;Woo, Lee
Tribology and Lubricants
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v.26
no.1
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pp.14-20
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2010
Tribological properties of nanoporous structured alumina film was investigated. Alumina film (AAO: anodic aluminum oxide) of $60{\mu}m$ thickness having nanopores of 45 nm diameter with 105 nm interpore-diatance was fabricated by mild anodization process. Reciprocating ball-on-flat sliding friction tests using 1 mm diameter steel ball as a counterpart were carried out with wide range of normal load from 1 mN to 1 N in an ambient environment. The morphology of worn surfaces were analyzed using scanning electron microscopy. The friction coefficient was strongly influenced by the applied normal load. Smooth layer patches were formed on the worn surface of both AAO and steel ball at relatively high load (100 mN and 1 N) due to tribochemical reaction and compaction of wear debris. These tribolayers contributed to the lower friction at high loads. Extremely thin layer patches, due to mild plastic deformation of surface layer, were sparsely distributed on the worn surface of AAO at low loads (1 mN and 10 mN) without the evidence of tribochemical reaction. Delaminated wear particles were generated at high loads by fatigue due to repeated loading and sliding.
Sim, Jae Woong;Caro, Christian Nicholas De;Seo, Kuk-Jin;Kim, Dae-Eun
Tribology and Lubricants
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v.35
no.6
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pp.337-342
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2019
This paper presents an experimental investigation of friction and wear characteristic with respect to patterns occurring on the surface of 3D printed polymer products by fused deposition modeling method. The purpose of this study was to investigate the effect of the patterns and sliding directions on the tribological properties of 3D printed polymer surface. A cubic specimen was printed using polylactic acid filament as the printing material. Friction tests were conducted for different directions with respect to the patterns that were generated on the top and the side surfaces of the specimen, by using a ball-on-reciprocating type tribotester. SUJ2 bearing ball of which the diameter was 11 times greater than the width of the largest pattern was used as the counter surface to assess the frictional behavior. Friction tests were conducted on the top and the side surfaces with respect to the patterns in 3 (0°, 45°, 90°) different directions respectively. Coefficient of friction increased as cycles increased in all cases. The results of the tests showed that the lowest coefficient of friction was measured with the 45° sliding direction on the side surface. The wear rate was the lowest at 45° sliding direction on the side surface, while it was the highest at 0° sliding direction on the top surface. Coefficient of friction of about 0.45 was determined to be the converging value on the top compared to the side surface.
Because the running speed of vehicles is increasing and a shorter braking distance is required, high heat-resistant brake pads are needed to satisfy the requirements of customers and car makers. In the near future, hazardous materials such as Cu, Cr, Zn, and Sb will be restricted from use in friction materials. Ceramic composites reinforced by carbon fibers are good candidates for eco-friendly friction materials. In this study, we develop ceramic composite friction materials. The friction materials are composed of carbon fibers, Si, SiC, graphite, and phenol resin and are prepared by hot forming and heat treatment at high temperatures. The density, void ratio, and compressive strength are $1.59-1.66g/cm^3$, 16.6-20, and 70-90 MPa, respectively. Friction and wear tests are performed using a pin-on-plate-type reciprocating friction tester at 25, 100, and $200^{\circ}C$. The counterpart material is a CrMoV steel extracted from a KTX brake disc. Friction coefficient, wear amount, and wear mechanism are measured and examined. We determine that the friction coefficients depend on the temperature and the fluctuation of the friction coefficients is larger at higher temperatures. The amount of wear increases with the surface temperatures of the specimens. The tribological properties of the developed composites are similar to those of a Cu-based sintered friction material. Through this study, it is confirmed that ceramic composite materials can be used as friction materials.
Singh R. Arvind;Yoon Eui-Sung;Kim Hong Joon;Kong Hosung;Jeong Hoon Eui;Suh Kahp Y.
KSTLE International Journal
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v.6
no.2
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pp.33-38
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2005
Submicron-scale patterns made of polymethyl methacrylate (PMMA) were fabricated on silicon-wafer using a capillarity-directed soft lithographic technique. Polyurethane acrylate (PUA) stamps (Master molds) were used to fabricate the patterns. Patterns with three different aspect ratios were fabricated by varying the holding time. The patterns fabricated were the negative replica of the master mold. The patterns so obtained were investigated for their adhesion and friction properties at nano-scale using AFM. Friction tests were conducted in the range of 0-80 nN. Glass (Borosilicate) balls of diameter 1.25 mm mounted on cantilever (Contact Mode type NPS) were used as tips. Further, micro-friction tests were performed using a ball-on-flat type micro-tribe tester, under reciprocating motion, using a soda lime ball (1 mm diameter) under a normal load of 3,000 mN. All experiments were conducted at ambient temperature ($24{\pm}1^{\circ}C$) and relative humidity ($45{\pm}5\%$). Results showed that the patterned samples exhibited superior tribological properties when compared to the silicon wafer and non-patterned sample (PMMA thin film) both at the nano and micro-scales, owing to their increased hydrophobicity and reduced real area of contact. In the case of patterns it was observed that their morphology (shape factor and size factor) was decisive in defining the real area of contact.
Demand for plastic gears are increasing in many industries due to their low production cost, light weight, applicability without lubricant, corrosion resistance and high resilience. Despite these benefits, utilizing plastic gears is limited due to their poor material properties. In this work, DLC coating was applied to improve the tribological properties of polyamide66 gear. 0 V, 40 V, and 70 V of negative bias voltages were selected as a deposition parameter in DC magnetron sputtering system. Pin-on-disk experiment was performed in order to investigate the wear characteristics of the gears. The results of the pin-on-disk experiment showed that DLC coated polyamide66 with 40 V of negative bias voltage had the lowest friction coefficient value (0.134) and DLC coated PA66 with 0 V of negative bias voltage showed the best wear resistance ($9.83{\times}10^{-10}mm^3/N{\cdot}mm$) among all the specimens. Based on these results, durability tests were conducted for DLC coated polyamide66 gears with 0 V of negative bias voltage. The tests showed that the temperature of the uncoated polyamide66 gear increased to about $37^{\circ}C$ while the DLC coated gear saturated at about $25^{\circ}C$. Also, the power transmission efficiency of the DLC coated gear increased by about 6% compared to those without coating. Weight loss of the polyamide66 gears were reduced by about 73%.
Nanofluids are dispersions of particles smaller than 100 nm (nanoparticles) in base fluids. They exhibit high thermal conductivity and are mainly applied in cooling applications. Nanolubricants use nanoparticles in base oils as lubricant additives, and have recently started gathering increased attention owing to their potential to improve the tribological and thermal performances of various machinery. Nanolubricants reduce friction and wear, mainly by the action of nanoparticles; however, only a few studies have considered the rheological properties of lubricants. In this study, we adopt a parallel slider bearing model that does not generate geometrical wedge effects, and conduct thermohydrodynamic (THD) analyses to evaluate the effect of higher thermal conductivity and viscosity, which are the main rheological properties of nanolubricants, on the lubrication performances. We use a commercial computational fluid dynamics code, FLUENT, to numerically analyze the continuity, Navier-Stokes, energy equations with temperature-viscosity-density relations, and thermal conductivity and viscosity models of the nanolubricant. The results show the temperature and pressure distributions, load-carrying capacity (LCC), and friction force for three film-temperature boundary conditions (FTBCs). The effects of the higher thermal conductivity and viscosity of the nanolubricant on the LCC and friction force differ significantly, according to the FTBC. The thermal conductivity increases with temperature, improving the cooling performance, reducing LCC, and slightly increasing the friction. The increase in viscosity increases both the LCC and friction. The analysis method in this study can be applied to develop nanolubricants that can improve the tribological and cooling performances of various equipment; however, additional research is required on this topic.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.12
no.6
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pp.3-9
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2013
Aluminum Oxide($Al_2O_3$) ceramics are excellent candidates for such applications due to their outstanding mechanical, thermal, and tribological properties. However, they are difficult to machine using conventional mechanical methods. Carbon fillers, such as carbon nanotubes(CNT) and graphene nanoplatelets(GNP)can be dispersed in a ceramic matrix to improve the mechanical and electrical properties. In this study, CNT and Graphene reinforced hybrid ceramic composites were fabricated using the spark plasma sintering method at a temperature of $1,500^{\circ}C$, pressure of 40 MPa, and soaking time of 10min. Besides this, the material properties such as microstructure, crystal structure, hardness, and electrical conductivity were analyzed using FE-SEM, XRD, Vickers, and the 4-point probe method. A micro machining test was carried out to compare the effects of the material properties and the machining performance for CNT and Graphene reinforced ceramic composites.
This paper explores the use of a variety of carbon nanoparticles to impart electrical, thermal conductivity, good frictional properties to silicon nitride matrices. We used the highly promising types of carbon as carbon nanotubes, exfoliated graphene and carbon black nanograins. A high-efficiency attritor mill has also been used for proper dispersion of second phases in the matrix. The sintered silicon nitride composites retained the mechanical robustness of the original systems. Bending strength as high as 700 MPa was maintained and an electrical conductivity of 10 S/m was achieved in the case of 3 wt% multiwall carbon nanotube addition. Electrically conductive silicon nitride ceramics were realized by using carbon nanophases. Examples of these systems, methods of fabrication, electrical percolation, mechanical, thermal and tribological properties are discussed.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2016.11a
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pp.3-32
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2016
High power impulse magnetron sputtering (HiPIMS) technique has been developed for more than 15 years. It is characterized by its ultra-high peak current and peak power density to obtain unique thin film properties, such as high hardness, good adhesion and tribological performance. However, its low deposition rate makes it hard to be applied in industries. In this work, the development of HiPIMS system and integration of radio frequency (RF) or mid-frequency (MF) power supplies were introduced. Effects of duty cycle and repetition frequency on the microstructure, mechanical property, optical and electrical properties of some binary, ternary and quarternary nitride coatings and oxide thin films were discussed. It can be observed that the deposition rate was effectively increased by the superimposed HiPIMS with RF or MF power. High hardness, good adhesion and sufficient wear resistance can be obtained through a proper adjustment of processing parameters of HiPIMS power system.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2016.11a
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pp.118.1-118.1
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2016
The laser surface modification has been reported for its functional applications for improving tribological performance, wear resistance, hardness, and corrosion property. In most of these applications, continuous wave lasers and pulsed lasers were used for surface melting, cladding, alloying. Since flexibility in processing, refinement of microstructure and controlling the surface properties, technology utilizing lasers has been used in a number of fields. Especially, femtosecond laser has great benefits compared with other lasers because its pulsed width is much shorter than characteristic time of thermal diffusion, which leads to diminish heat affected zone. Moreover, laser surface engineering has been highlighted as an effective tool for micro/nano structuring of materials in the bio application field. In this study, we applied femtosecond and nanosecond pulsed laser to treat biometals, such as Mg, Mg alloy, and NiTi alloy, by heating to improve corrosion properties and functionalize their surface controlling cell response as implantable biomedical devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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