A nano-$MoS_2$/montmorillonite K-10 (K10) composite was prepared and characterized. The composite contains two types of 2H-$MoS_2$ nanoparticles. One is the hollow spherical $MoS_2$ with a size range of 75 nm, and the other is the spherical nano cluster of $MoS_2$ with a size range of 30 nm. The two kinds of nano-$MoS_2$ were formed via assembly of numerous $MoS_2$ nano-platelets with a size of ~10 nm. A tribological comparison was then made among nano-$MoS_2$/K10, K10, nano-$MoS_2$ and a mechanical mixture of K10 and nano-$MoS_2$. K10 reduced the wear but slightly increased the friction. Nano-$MoS_2$ remarkably reduced both friction and wear. The mechanical mixture demonstrated better wear resistance than nano-$MoS_2$, indicating a synergistic anti-wear effect of nano-$MoS_2$ and K10. The synergistic effect was reinforced using nano-$MoS_2$/K10 instead of the mechanical mixture. A part of the $MoS_2$ in the contact region always lubricated the friction pair, and the rest formed a tribofilm. K10 segregated the friction pair to alleviate the ablation wear but magnified the abrasive wear. S-$MoS_2$ protects K10 and they together function as both a lubricant and an isolating agent to reduce the ablation and abrasive wear.
There are several studies on reducing the friction that occurs on the relative sliding contact surface of moving parts under extreme environments. In particular, a solid lubricated bearing is studied to solve the tribological problem with friction reduction and durability parts using solid lubricants (lead or silver) in a vacuum atmosphere. Galinstan is mainly used as a liquid metal lubricant, but it is inevitable to have limited tribological applications owing to its high coefficient of friction. Many researchers work on surface texturing for surface modification and precision processing methods. To increase durability and low friction, DLC coating with hydrophobicity is applied on the contact surface texture. Therefore, using an untextured specimen, a dimple specimen, and a DLC-coated dimple specimen under liquid metal lubrication, this paper presents the following experimental sliding friction characteristics in the sliding friction test. 1) The average coefficient of friction of the DLC-coated dimple specimen and dimple specimen are lower compared to that of a non-patterned specimen. 2) In the DLC-coated dimple specimens, the average coefficient of friction changes according to the change in the dimple density. 3) DLC-coated dimple specimens with a density of 12.5 have the lowest average coefficient of friction under 41.6 N of normal load and 143.3 RPM.
Graphene has been reported to be an excellent lubricant additive that reduces friction and wear when coated on the surface of various materials or when dispersed in lubricants as an atomic thin material with the low surface energy. In this study, alkyl functionalized graphene oxide (FGO) nanosheets for oil-based lubricant additives were prepared by using three types of alkyl chloride chemicals (butyl chloride, octyl chloride, and tetradecyl chloride). The chemical and structural properties of the synthesized FGOs were analyzed by Fourier transform infrared (FT-IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, scanning electron microscope (SEM), and transmission electron microscope (TEM). The synthesized FGOs were dispersed at 0.02 wt% in PAO-0W40 oil and its tribological characteristics were investigated using a high frequency friction/wear tester. The friction coefficient and the wear track width of poly alpha olefin (PAO) oil added with FGO-14 were tested by a ball-on-disk method, and the measured results were reduced by ~5.88 and ~3.8%, respectively compared with those of the conventional PAO oil. Thus, it was found that the wear resistance of PAO oil was improved. In this study, we demonstrated the successful functionalization of GO as well as the improvement of dispersion stability and tribological characteristics of FGOs based on various alkyl chain lengths.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.21
no.2
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pp.634-643
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2020
In this study, the rheological and tribological properties of urea grease were studied according to the type and amount of polytetrafluoroethylene (PTFE) powders added to the urea grease, which is the most widely used among solid lubricants, to develop an optimal lubrication system. Urea grease was synthesized using 4,4'-methylenebis(phenyl isocyanate)(MDI), oleylamine, and cyclohexylamine, and PTFE powders prepared by dispersion or suspension polymerization process were then added. The basic rheological and tribological properties of the prepared greases were compared. The worked penetration numbers of urea grease decreased with increasing amount of PTFE powders, but both PTFE powders caused no significant changes in heat resistance and copper corrosion resistance. The shear viscosity increased with increasing PTFE powder content, and the dispersion-type PTFE powder was more effective in increasing the viscosity. In the value of the loss coefficient = 1, the shear stress was higher for the grease containing PTFE powders than the non-PTFE added grease, and the dispersion-type PTFE-added grease showed higher viscosity than the suspension-type PTFE-added grease. Finally, urea grease was found to have a low-performance improvement in terms of wear reduction effects by adding PTFE powders, but the load-bearing performance was up to 2.5 times higher for the dispersion-type PTFE and five times higher for the suspension-type PTFE.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2000.11a
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pp.3-4
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2000
Many researchers are interested in the synthesis and characterization of carbon nitride and diamond-like carbon (DLq because they show excellent mechanical properties such as low friction and high wear resistance and excellent electrical properties such as controllable electical resistivity and good field electron emission. We have deposited amorphous carbon nitride (a-C:N) thin films and DLC thin films by shielded arc ion plating (SAIP) and evaluated the structural and tribological properties. The application of appropriate negative bias on substrates is effective to increase the film hardness and wear resistance. This paper reports on the deposition and tribological OLC films in relation to the substrate bias voltage (Vs). films are compared with those of the OLC films. A high purity sintered graphite target was mounted on a cathode as a carbon source. Nitrogen or argon was introduced into a deposition chamber through each mass flow controller. After the initiation of an arc plasma at 60 A and 1 Pa, the target surface was heated and evaporated by the plasma. Carbon atoms and clusters evaporated from the target were ionized partially and reacted with activated nitrogen species, and a carbon nitride film was deposited onto a Si (100) substrate when we used nitrogen as a reactant gas. The surface of the growing film also reacted with activated nitrogen species. Carbon macropartic1es (0.1 -100 maicro-m) evaporated from the target at the same time were not ionized and did not react fully with nitrogen species. These macroparticles interfered with the formation of the carbon nitride film. Therefore we set a shielding plate made of stainless steel between the target and the substrate to trap the macropartic1es. This shielding method is very effective to prepare smooth a-CN films. We, therefore, call this method "shielded arc ion plating (SAIP)". For the deposition of DLC films we used argon instead of nitrogen. Films of about 150 nm in thickness were deposited onto Si substrates. Their structures, chemical compositions and chemical bonding states were analyzed by using X-ray diffraction, Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and infrared spectroscopy. Hardness of the films was measured with a nanointender interfaced with an atomic force microscope (AFM). A Berkovich-type diamond tip whose radius was less than 100 nm was used for the measurement. A force-displacement curve of each film was measured at a peak load force of 250 maicro-N. Load, hold and unload times for each indentation were 2.5, 0 and 2.5 s, respectively. Hardness of each film was determined from five force-displacement curves. Wear resistance of the films was analyzed as follows. First, each film surface was scanned with the diamond tip at a constant load force of 20 maicro-N. The tip scanning was repeated 30 times in a 1 urn-square region with 512 lines at a scanning rate of 2 um/ s. After this tip-scanning, the film surface was observed in the AFM mode at a constant force of 5 maicro-N with the same Berkovich-type tip. The hardness of a-CN films was less dependent on Vs. The hardness of the film deposited at Vs=O V in a nitrogen plasma was about 10 GPa and almost similar to that of Si. It slightly increased to 12 - 15 GPa when a bias voltage of -100 - -500 V was applied to the substrate with showing its maximum at Vs=-300 V. The film deposited at Vs=O V was least wear resistant which was consistent with its lowest hardness. The biased films became more wear resistant. Particularly the film deposited at Vs=-300 V showed remarkable wear resistance. Its wear depth was too shallow to be measured with AFM. On the other hand, the DLC film, deposited at Vs=-l00 V in an argon plasma, whose hardness was 35 GPa was obviously worn under the same wear test conditions. The a-C:N films show higher wear resistance than DLC films and are useful for wear resistant coatings on various mechanical and electronic parts.nic parts.
Jin-Kwon Kim;Jae-Hyeong Choi;Nahm Sahn;Sung-Soo Ryu;Seongwon Kim
Journal of Powder Materials
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v.30
no.5
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pp.409-414
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2023
YSZ (Y2O3-stabilized zirconia)-based ceramics have excellent mechanical properties, such as high strength and wear resistance. In the application, YSZ is utilized in the bead mill, a fine-grinding process. YSZ-based parts, such as the rotor and pin, can be easily damaged by continuous application with high rpm in the bead mill process. In that case, adding WC particles improves the tribological and mechanical properties. YSZ-30 vol.% WC composite ceramics are manufactured via hot pressing under different pressures (10/30/60 MPa). The hot-pressed composite ceramics measure the physical properties, such as porosity and bulk density values. In addition, the phase formation of these composite ceramics is analyzed and discussed with those of physical properties. For the increased applied pressure of hot pressing, the tetragonality of YSZ and the crystallinity of WC are enhanced. The mechanical properties indicate an improved tendency with the increase in the applied pressure of hot pressing.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.10b
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pp.59-60
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2002
In this digest, we briefly review our current molecular dynamics (MD) simulations that utilize both the reactive empirical bond order potential (REBO) and the adaptive intermolecular REBO (AIREBO) potential energy functions. The AIREBO potential includes intermolecular interactions, so that self·assembled monolayers, and liquids, can be modeled. We have examined the mechanical and tribological properties of model self assembled monolayers and amorphous carbon films. Self-assembled monolayers are modeled by covalently bonding hydrocarbon chains to diamond substrates. Because the REBO potentials can model chemical reactions, specific compression and sliding induced chemical reactions were identified.
Abstract- In this paper tribological characteristics of solid and liquid phase sintered W/C-35%Ni tappets were investigated. Three test methods were performed to investigate the wear and surface damage mechanism of sintered tappets. First, block-on-ring wear test was performed to investigate the wear characteristics under pure sliding condition. Second, simplified cam and tappet tests (called component wear test hereafter) were carried out to simulate the real contact history of cam and tappet. Also, after the test, contact surfaces were analyzed with scanning electron microscope to study the wear mechanism. As a final screening, engine dynamo tests were performed. Results showed that in the block on ring sliding wear test, solid phase sintered specimens showed superior wear resistance to liquid phase sintered specimens. The component wear tests and engine dynamo tests also showed the same results. Therefore, in these tests, solid phase sintered tappet material revealed superior wear resistant properties to liquid phase sintered one.
A resin bonded copper-graphite brush was investigated to evaluate the characteristics electrical signal transmission through a sliding contact as a function of the relative amount of graphite and copper in the brush. Particular attention was given to the correlation between electrical signal fluctuation and tribological properties in an electrical sliding contact system. A ring-on-block type tribotester was used for this experiment and the ring was made from pure copper. Results showed that a copper-graphite brush at a particular composition range exhibited the most stable frictional behavior with a minimum voltage drop. The amount of voltage drop at the friction interface was affected by the surface roughness, transfer film formation at the friction interface, and the real area of contact. Microscopic observations and the surface analysis showed a good agreement with the results from this experiment. The results also indicated that the electrical signal flunctuation was directly associated with the oscillation of the coefficient of friction during sliding by nanoscale variation of contacts at the friction interface.
There has been a growing concern for the use of mineral oil based lubricants because of the worldwide interest in environmental issues. This has prompted the use of vegetable oils as more environmentally acceptable base fluids. In view of this, four-ball wear test was carried out to investigate the tribological behavior of selected vegetable oils blended with ZDDP, TCP and DBP under high speed and temperate conditions. Of the additive evaluated, the new additive, DBP has provided antiwear performance superior to the two other additives more commonly used. This superior performance by DBP is probably caused by different wear mechanism. This wear mechanism has been evidenced by the surface analysis of worn balls conducted using optical microscope and EDAX.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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