• 항공우주시스템공학회지
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• 제15권5호
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• pp.1-7
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• 2021

Ti-6Al-4V 티타늄 합금은 무게 대비 우수한 강도와 고온 강도 특성 때문에 수요가 증가하고 있지만 상온에서 낮은 성형성 때문에 고온으로 성형을 해야 한다. 현재 진행된 고온 성형 연구는 하부 금형을 가열하여 시편을 가열하는 방식이기 때문에 제약이 많다. 기존 고온 성형 방식과 다르게 제품을 국부적으로 가열할 수 있는 고주파 유도가열을 적용한다면 가공의 효율성을 높일 수 있을 것으로 예상된다. 또한 공정 기술 개발 시 신뢰도 높은 해석 기법으로 미리 공정을 시뮬레이션한다면 시간과 비용을 절약할 수 있다. 본 논문에서는 고주파 유도가열을 이용하여 Ti-6Al-4V 합금을 가열하였고 실험 결과와 전자기-열전달 연동 해석 결과를 비교하여 해석의 신뢰도를 판단하였다.

• 한국융합학회논문지
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• 제10권9호
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• pp.187-192
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• 2019

본 연구에서는 토션빔 후륜 서스펜션의 형상에 따른 구조 및 피로 해석을 하였다. 실제 토션빔 서스펜션의 형상과 비슷한 3종류의 모델들을 해석하여 어떤 것이 강도상에서 가장 좋은 지를 알아본다. 토션빔 서스펜션의 모델들은 CATIA프로그램을 통하여 Model A, B, C 3종류로 설계하였고 ANSYS 프로그램을 이용하여 구조 및 피로 해석의 결과들을 얻었으며, 어떤 Model이 다른 모델에 비해 더 나은 구조적 형상인지 확인한다. 해석 결과에 따르면 변형은 주로 가운데 부분에서 가장 크게 발생하며 Total deformation의 경우 Model B가 model A, C 에 비하여 변형이 가장 적었다. 마찬가지로 Equivalent stress에서도 Model B가 가장 작은 값이 나타난 것으로 보아 Model B가 가장 강도적인 면에서 가장 좋은 것으로 판단되었으며, 후륜 토션빔 서스펜션 설계 시에 디자인 예술과 융합하는 것이 가장 효율적이라고 사료된다.

• 한국융합학회논문지
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• 제12권1호
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• pp.199-204
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• 2021

본 연구에서는 엔진 배기 매니폴드 두 가지 모델의 형상을 설계하고 이 모델들에 대한 구조 해석 및 고유진동수 해석을 통하여 강도 및 내구성을 해석하였다. 구조 해석의 결과로서 Model B의 응력과 변형량이 Model A의 최대의 응력과 변형량보다 각각 9배 및 39배 이상으로 상당히 더 크기 때문에 Model A의 강도가 Model B보다 훨씬 더 양호하다고 볼 수 있다. 또한 Model A의 최대 진동수가 Model B의 고유 진동수보다 더 크고 그 최대 변형량은 Model A가 Model B보다 작기 때문에 Model A의 내구성이 Model B보다 더 양호하다는 것을 확인할 수 있다. 본 연구 결과를 이용하면 실제 실험을 하지 않아도 중형 자동차의 배기매니폴드 형상에 따른 내구성을 조사할 수 있다. 또한 소형 자동차의 머플러의 미적인 융합 설계에 도움이 될 수 있다고 보인다.

• Design & Manufacturing
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• 제17권2호
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• pp.22-26
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• 2023

As Light-Emitting Diodes(LEDs) continue to advance in performance, their application in automotive lamps is increasing. Automotive LEDs utilize light guides not only for aesthetics but also to control light quantity and direction. Light guides employ patterns of a few hundred micrometers(㎛) to regulate the light, and the surface roughness(Ra) of these patterns can reach tens of nanometers(nm). Given that these light guides are produced through injection molding, mold processing technology with high surface quality micro-patterns is required. This study serves as a preliminary investigation into the development of high surface quality micro-pattern processing technology. It examines the surface roughness of the workpiece based on the cutting direction of the pattern and the cutting fluid type when cutting micro-patterns on STAVAX steel using cubic Boron Nitride(cBN) tools. The experiments involved machining a step-shaped micro-pattern with a height of 60 ㎛ and a pitch of 400 ㎛ in a 22×22 mm area under identical cutting conditions, with only the cutting direction and cutting fluid type being varied. The machining results of four cases were compared, encompassing two cases of cutting direction(parallel to the pattern, orthogonal to the pattern) and two cases of cutting fluid type (flood, mist). Consequently, the Ra value was found to be the highest(Ra 128.33 nm) when machining with the flood type in parallel to the pattern, while it was the lowest(Ra 95.22 nm) when machining with the mist type orthogonal to the pattern. These findings confirm that there is a difference of up to 25.8 % in the Ra value depending on the cutting direction and cutting fluid type.

• Design & Manufacturing
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• 제18권2호
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• pp.57-63
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• 2024

In this study, the recyclability of commonly used PP (polypropylene) and ABS (acrylonitrile butadiene styrene) was evaluated by molding test specimens from mixture of virgin and shredded material, followed by measuring their strength properties, Experiments were conducted o two type of PP (transparent and non-transparent) and two types of ABS (white and yellow). Test specimens for each resin were prepared with shredded material ratios ranging from 10% to 50% in 10% increments. Changes in tensile strength, elastic modulus, and elastic limit were analyzed based on the mixing ratio of the shredded material. The experimental results demonstrated that the strength properties of all the resins remained consistent within a certain range, even with increasing proportions of shredded material. For transparent PP, the tensile strength ranged from 30.87± MPa, the elastic modulus from 1.23±0.04 GPa, and the elastic limit from 19.17±0.44%. Non-transparent PP exhibited a tensile strength ranging from 27.71±0.58 MPa, an elastic modulus from 1.03±0.06 GPa, and an elastic limit from 17.35±0.41%. For ABS, white ABS had a tensile strength of 39.42±0.28 MPa, an elastic modulus of 1.94±0.01 GPa, and an elastic limit of 36.76±0.25%. Yellow ABS showed a tensile strength of 39.25±0.78 MPa, an elastic modulus of 1.94±0.01 GPa, and an elastic limit of 37.14±0.23%, with values remaining consistent within this range. Based on these results, it was confirmed that the mechanical properties of the resins used in this study do not change significantly when mixed with recycled shredded material, indicating excellent mechanical recyclability.

• 대한치과보철학회지
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• 제46권2호
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• pp.175-184
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• 2008

연구목적: 본 연구는 가변형 트레이 개발의 일환으로 그 시제품을 제작하고 비가역성 수성 콜로이드 인상재를 사용하여 중국인과 일본인에서 인상채득 시 트레이의 구강 내 적합성를 알아보고자 하였다. 연구재료 및 방법: 가변형 트레이는 한국 성인 악궁의 크기 분석결과를 기본으로 하여 설계하였으며, 먼저 CAD-CAM 작업을 통하여 견본 모형을 제작한 후, 이를 똑같이 복제한 실리콘 간이금형을 만들었다. 그리고 이 금형에 polyurethane을 주입하여 다수의 시제품을 완성하였다. 시제품을 이용하여 중국인으로는 상해 제2의과대학교 구강의학원 학생 60명 (남자 30명, 여자 30명)을 대상으로 하였고, 일본인으로는 일본 구마모토 고등학교 졸업생 60명 (남자 30명, 여자 30명)을 대상으로 인상채득을 실시하고, 측정부위별로 인상체의 두께와 길이를 측정한 후 통계처리를 하여 그 적합성을 평가하였다. 결과: 1. 중국인과 일본인 모두 스탑과 경사면에 의해 트레이의 폭이 적절히 조절되어 대체적으로 3-6mm의 균일한 인상체의 두께를 얻을 수 있었다. 2. 중국인의 상악 트레이에서는 전치 순측 변연부에서 두께가 6.2mm, 견치 순측 변연부에서 두께가 5.9mm, 구개부 중앙은 10.5 mm, 구개부 후방은 9.7mm 높이로 비교적 인상체의 두께가 크게 측정되었다. 3. 중국인의 하악 트레이에서는 제1, 2소구치 접촉점 설측 변연부에서 인상체의 길이가 8.9mm, 전치 설측 변연부에서 7.2mm로 길게 나타났으며, 견치 순측 6.8mm, 소구치 순측 7.0mm로 인상체의 두께가 크게 측정되었다. 4. 일본인의 상악 트레이에서는 전치 순측 변연부에서 두께가 7.4mm, 견치 순측 변연부에서 7.7mm, 구개부 중앙은 9.1mm 높이로 인상체의 두께가 비교적 크게 측정되었다. 5. 일본인의 하악 트레이에서는 견치 순측 7.4mm, 제1, 2소구치 접촉점 순측 변연부 8.4mm로 인상체의 두께가 크게 측정되었다. 결론: 본 가변형 치과 인상용 트레이는 한국인 모형 계측치를 바탕으로 설계되어 한국인에서 적합성이 우수하며, 본 실험의 결과 중국인과 일본인에서도 적합성이 좋아 본 트레이를 범용하여 쉽고 정확한 인상채득을 할 수 있을 것이다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2011년도 추계학술발표대회
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• pp.26-26
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• 2011

Fe계 TiC 합금은 미량의 합금원소를 첨가시켜 경화능, 내식성, 내마모성 성질을 개선한 특수 공구용 재료로서 현재 절삭, 내마모성, 광산, 금형재료 등의 분야에 널리 사용되고 있다. 금속과 세라믹의 복합재료인 초경합금은 비열처리용 공구강으로 WC, TiC 등의 4, 5, 6족 금속탄화물에 Co, Ni, Fe등의 철족이 결합금속으로 소결한 복합재료로 WC-Co계 초경합금이 주종을 이루고 있으나, 전략 소재로서 고가인 Co 원료를 대체하기 위한 재료로서 초경재료의 고경도와 공구강의 경제성 및 가공성의 장점을 이용한 Fe-TiC계 초경합금의 연구가 다양하게 진행되고 있다. 본 연구에서는 Fe기지에 서브마이크론 크기의 미세한 TiC 입자가 균일하게 분산된 Fe-TiC 복합분말을 경제적으로 제조하기 위해 순수한 Fe, Ti 원료분말에 비해 단가가 낮고 미세 분쇄가 용이한 FeO, $TiH_2$ 분말을 고에너지 밀링 후 반응 열처리 시키는 유사 기계화학적 공정을 시도하였다. 조성비 Fe-30wt%TiC 복합분말을 제조하기위해 마이크론(micron) 크기의 FeO, $TiH_2$, C 분말을 사용하였고, 1단계로 FeO와 C을 고에너지 밀링으로 혼합 후 반응시켜 환원시키는 공정과 2단계로 이렇게 환원된 분말과 TiH2를 고에너지 밀링으로 다시 혼합, 분쇄한 후 반응열처리 하는 두 단계 공정을 사용하였다. FeO의 환원 단계에서는 $700{\sim}1,000^{\circ}C$ 온도 범위에서 1시간 유지하였고, 고에너지 밀링 시 밀링시간, 회전속도를 변수로 두고 실험하였다. 환원된 분말은 수평관상로를 이용해 아르곤분위기에서 $1,000{\sim}1300^{\circ}C$까지 1시간 유지하여 반응열처리시켜 Fe-TiC 복합분말을 제조하였다. 준비된 복합분말을 XRD와 FE-SEM, EDS, 입도분석기 (LPSA) 등을 이용해 분말의 형태와 특성, 상, 조성, 입도, 분산도 등을 조사하였다. 제조된 Fe-TiC 나노복합분말을 방전플라즈마소결(SPS) 과 상압소결 실험을 진행하였다. Fe-TiC 복합분말 제조공정의 첫 번째 단계인 FeO의 환원반응은 $800^{\circ}C$이상의 온도에서 Fe로 환원이 진행됨을 확인하였다. 두 번째 단계인 반응열처리공정에서는 $1,000^{\circ}C$ 이상에서 TiC가 형성됨을 XRD 상분석을 통해 확인할 수 있었고, $1,100^{\circ}C$ 이상의 온도에서 반응열처리를 했을 때 XRD 분석결과와 산소 조성 분석 결과로부터 반응의 완결성과 순도에서 최적 온도 조건임을 확인하였다. 온도를 $1,300^{\circ}C$로 증가시킬 경우 반응의 완결성에 큰 변화가 없는 반면 분말입자간의 목형성이 일어나 가소결 되는 것을 FE-SEM을 통해 관찰하였다. 또한 최적조건으로 제조된 Fe-TiC 복합분말의 입도분석과 FE-SEM/EDS 관찰/분석을 시행한 결과 평균 입도 0.6 ${\mu}m$의 미세한 Fe-TiC 복합분말 내에 Fe분말 주변과 내부에 나노크기의 TiC입자가 균일하게 분산되어 존재하는 것을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권3호
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• pp.576-584
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• 2020

압출기 스크류 소재는 주로 냉간 금형 공구강(SKD11)이 사용되고 있는데, 최근 합성 수지의 발달로 화학적 부식 및 마모 발생이 증가하고 있다. 이를 개선하기 위해 내마모성과 내식성이 우수한 고크롬 주철의 사용이 요구되지만, 난가공성으로 사용이 기피되고 있다. 본 연구에서는 고크롬 합금의 난가공성을 개선하기 위해 Fe-23Cr-2.5C-1.2Si-1.08Mn-0.48Mo-0.3V 조성의 고크롬 주철에 가공성이 우수한 니켈을 0, 0.5, 1.0, 1.5 % 첨가하여 주조하고 열처리를 진행한 후, 선삭 시험과 동전위 분극 시험을 통해 니켈이 피삭성 및 내식성에 미치는 영향을 분석하여 SKD11과 비교하였다. 고크롬 주철은 고주파 진공유도용해로를 사용하여 주조하고, 이후 750 ℃에서 5시간 동안 풀림 처리와 풀림 처리 후 1100 ℃에서 5시간동안 재열처리를 실시하였다. 750 ℃ 풀림 처리 후 선삭 시험을 실시한 결과 니켈의 함량이 1.0% 이상에서 피삭성은 현저히 향상되었다. 5% NaCl 용액에서 동전위 분극 시험 결과 주방상태와 750 ℃ 풀림 처리에서는 니켈의 함량이 증가할수록 내식성은 저하되었으나, 1100 ℃ 재열처리 후에는 1.5% 니켈에서 가장 우수한 내식성을 나타냈다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 1999년도 추계학술발표회 초록집
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• pp.3-4
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• 1999

최근 산업이 고속도화, 고능률화 및 고정멸화의 추세로 발전함에 따라 우수한 내마모성, 인성, 고온 안정성 및 내구성을 갖는 공구 및 금형을 요구하게 되었다. 그러나 이와같은 성질들은 어떤 단일 재료에서는 얻을 수 없으며 적당한 기판공구나 금혈위에 내마모성 보호피막을 coating함으로 비교적 저렴하게 얻을 수 있다. 화학증착법으로 TiC, TiN등을 증착시킬때에는 $1000^{\circ}C$정도의 반응온도가 필요하며 이러한 증착온도는 모재가 초경합금일때는 문제가 안되나 강재일 경우 모재의 연화와 칫수변화의 문제를 야기시킨다. 최근에는 플라즈마를 사용하여 증착반응온도를 $550^{\circ}C$ 이하로 낮추는 플라즈마 화학 증착볍(PACVD)이 대두되고 있다. 그러나 이 방법어서 는 뚱착하려는 금속원소가 TiCl4의 형태로 공급되고 있으므로 생성된 층이 염소를 포함하고 있다. 이 층에 잔존하는 염소는 층의 기계적 성질을 저하시키고 층내의 stress를 유발시킨다. 또한 HCI개스의 생성으로 인하여 펌프 및 장비의 부식이 촉진 된다 이러한 결점을 극복하기 위하여 금속유기화합물 전구체(metallo-organic precursor)로 $TiCl_4$를 대체하고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며 본 연구실에서 이에 대하여 연구한 결과를 소개하고자 한다. diethylamino titanium을 전구체로 사용하여 $H_2,\;N_2,\;Ar$분위기하에서 pulsed d.c.를 사용하는 MO-PACVD에 의하여 $150~250^{\circ}C$의 저온에서 Al 2024 기판에 TiCN층 형 성을 하였다. 전구체 증발온도는 $74~78^{\circ}C$의 온도범위어야 하며 고경도의 코탱층은 54% duty, 14.2kHz, 450V의 조건에서 얻어졌으며 duty, 주파수, 전압이 증가함에 따라 경도는 저하되었다. 이때의 표면 morphology를 SEM으로 조사한바 dome structure가 크게 발달되었음을 알 수 있었다. 본 실험의 온도 범위내에서 얻은 TiCN 증착반응의 활성화에너지는 7.5Kcal/mol이었다. 증착된 TiCN층은 우수한 내마모섣을 나타내었으며 스크래치테스트 결과 17N의 엄계하중을 나타내었다. 본 연구에서 변화 시킨 duty, 주파수, 전압의 범위에서는 층의 밀착력은 크게 변화하지 않았다. titanium isopropoxide를 전구체로 사용하여 Hz, Nz 분위기하에서 d.c.를 사용하는 MO-PACVD에 의하여 Ti(NCO) 코팅층을 SKDll, SKD61, SKH9 공구강에 형성시키는 공정을 개발하였다. 최적의 Ti(NCO) 코탱층을 얻기 위해 유입전구체 부피%의 양은 향착압력의 5%를 넘지 않아야 되고 수소와 젤소 가스비가 1:1일 때 가장 높은 코팅층의 경도값을 나타내었다. 수소와 질소 가스비가 3:7일 때 TiFeCr(NCO)의 복화합물 코팅층이 형성됨을 알 수 있었고 500t의 증착온도에서 얻은 Ti(NCO) 코팅층이 높은 경도값과 좋은 내식성을 나타내었다. 또한 이와같은 Ti(NCO) 코팅공정과 본 실험실에서 개발한 확산층만 형성시키는 plsma nitriding 공정을 결합하여 복합코탱층을 형성하였는데 이 복합코팅층은 고경도와 우수한 내마모성, 내식성 뿐만 아니라 10)N 이상의 뛰어난 밀착력을 나타내었다. 현재 많이 사용되고 있는 PVD법은 step coverage가 좋지 않은 점과 cost intensive p process라는 단점이 있다. MO-PACVD법은 이러한 문제를 해결할 수 있는 방법으로서 앞으로 지속적인 도전이 요구되는 분야이다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 1999년도 추계학술발표회 초록집
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• pp.37-37
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• 1999

Cr-N 계 박막은 경도가 높고 치밀한 층을 형성할 수 있으므로 현재 금형과 기계류 핵심부품의 내마모 및 내식성 향상을 위한 대표적인 물질로 많은 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 아크 이온플레이팅 장비를 이용하여 질소분압, 바이어스 전원 등의 변화에 따른 Cr-N계 박막의 결정성 및 표면상태, 증착율, 그리고 내마모성을 조사하였다. Cr-N 계 박막을 증착하기 위해서 사용한 시편은 $20MM{\phi}{\times}4mmt$ 크기의 고속도 공구강 디스크이었으며, Trichloroethylene에서 5분간 초음파 세척을 한 후 건조하여 진공용기 내에 장착하였다. 박막을 증착하기전 시편의 표면을 깨끗하게 하기 위해서 Ar 이온 충격으로 플라즈마 전처리를 하였다. 증착된 Cr-N 계 박막의 두께는 CALOTEST와 XRF 두께 측정기를 이용하여 측정하였으며, 박막의 결정성과 내마모성은 X-선 회절분석기와 tribometer로 관찰하였다. 아크 전류를 변화시키면서 증착한 Cr-N 박막의 경우 층작율은 아크 전류가 50A에서 80A로 증가함에 따라 45nm/min에서 87nm/min으로 증가하였다. 그리고 바이어스 펄스의 duty-on 시간과 주파수가 증가할수도록 박막의 증착율은 감소함을 알 수 있었다. Duty-on 시간과 주파수의 증가는 기판에 오랫동안 이온의 충격을 가하므로서 상대적으로 가벼운 질소이온이 크롬과 결합하는 것을 방해하여 박막의 증착율이 감소할 것이다. 기판에 인가하는 바이어스 펄스의 duty-on 시간을 변화시키면서 증착한 Cr-N 박막에 대한 X-선 회절상을 조사한 결과 duty-on 시간이 20%인 경우에는 Crn(111), CrN(200)와 Crn(220) 피크 들만 나타나 입방정의 CrN 박막이 형성되었으며, duty-on 시간의 증가에 따라 $Cr_2N$ 상의 형성이 점점 많아져 80% duty-on 시간 경우에는 거의 CrN과 $Cr_2N$ 상이 공존하는 것으로 나타났다. 또한 duty-on 시간이 증가할수록 회절피크의 세기가 증가하여 결정화가 더 많이 진행되어짐을 알 수 있었다. 마찬가지로 바이어스 펄스이 주파수에 다른 결정성의 변화도 펄스의 주파수가 증가할수록 박막이 결정성이 좋아지고 $Cr_2N$ 상이 쉽게 형성되었다. 증착 진공도에 따른 결정성은 상대적으로 질소의 농도가 높은 낮은 진공도에서는 CrN 상이 주로 형성되었으며, 반대로 높은 진공도에서는 $Cr_2N$ 상이 많이 만들어졌다. 즉 $1.3{\times}10^{-2}Torr$의 증착 진공도에서는 CrN 상만이 보이는 반면 $9.0{\tiems}1-^{-2}Torr$ 진공도에서부터 $Cr_2N$ 상이 형성되기 시작하여 $5.0{\tiems}10^{-2}Torr$ 진공도에서는 두개의 상이 혼재되어 있음을 알 수 있었다. 박막의 내마모성을 조사한 결과 CrN 박막의 마찰 계수는 초기에 급격하게 증가한 후 0.5에서 0.6 사이의 값으로 큰 변화를 보이지 않았으며, $Cr_2N$ 박막도 비슷한 거동을 보였다.