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.
This paper presents the experimental effects of lubricant with nanodiamond particles in sliding friction. In order to improve the performance of lubricants many additives are used, such as MoS2, cadmium chloride, indium, sulfides, and phosphides. These additives are harmful to human health and to the environment, so alternatives are necessary. One such alternative is nanodiamond powder, which has a large surface area. In order to investigate the effect of nanodiamonds in lubricants under sliding friction, they are dispersed in the lubricant at a variety of concentrations (0 wt%, 0.1 wt%, 0.3 wt%, 0.5 wt%, and 1 wt%) using the matrix synthesis method. Friction and wear tests are performed according to the ASTM G99 method using a pin-on-disc tester at room temperature. The specimens used in this experiment are AISI 52100 ball bearings and AISI 1020 steel discs. During the test, lubricant mixed with nanodiamond is supplied constantly to keep the two bodies separated by a lubricant film. To maintain boundary lubrication, the speed is set to 0.18 m/s and a load of 294 N is applied to the disc through the pin. Results are recorded by using workbench software over the test duration of 10 minutes. Experimental results show that when the concentration of nanodiamond increases, the coefficient of friction decreases. However, above a nanodiamond concentration of 0.5 wt%, both the coefficient of friction and wear volume increase. From this experiment, the optimum concentration of nanodiamond showing a minimum coefficient of friction of 0.09 and minimum wear volume of 0.82 nm2 was 0.5 wt%.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2004.11a
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pp.339-349
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2004
The method for fatigue life prediction of ball bearing is proposed applying the algorithm of contact fatigue prediction based on stress analysis. In order to do this, a series of simulation such as initial surface stress analysis, EHL analysis, subsurface stress analysis and fatigue analysis are conducted from the loading at each ball location calculated for a bearing subjected to external bearing load and contact shape function. And uniaxial fatigue tests are performed to obtain fatigue parameter of AISI 52100 steel. It was found that since stress is usually higher at the inner raceway contact than at the outer raceway contact, fatigue failure occurs on the inner raceway first. When the fatigue life calculated in the stress-based method are compared with $L_{50}$ life of L-P model, Crossland criterion for the radial load increment is similar to $L_{50}$ life and Dang Van criterion for the axial load increment is similar. In the case of EHL contact. there is no difference of fatigue life between dry contact and EHL contact, when maximum Hertz pressure exceeds 2.5GPa.
Tribological behaviors of nitrogen incorporated amorphous diamond-like carbon films were experimentally measured under a vacuum ($3 \times 10^{-5}$ Torr) using a ball (AISI 52100 steel)-on-disk wear-rig. Nitrogen incorporated DLC films were deposited by r.f. plasma assisted chemical vapor deposition method. Mixtures of benzene and ammonia or nitrogen gases were used as the reaction gases for the r.f. PACVD, and Si (100) wafer was used as the substrate. In the tribo-test, effects of DLC film thickness and normal load in friction were measured and discussed. Results showed that friction of nitrogen incorporated DLC films from a mixture gas of benzene and ammonia was lower than that of 100% benzene, specially in the measurement of minimum coefficient of friction. Differences in frictional characteristics of nitrogen incorporated DLC films were explained with the changes in chemical structures of the films. Result also showed that friction of DLC films increased with the sliding contact cycle, which remarkably accompanied with roll-shaped wear debris. Mechanisms and roles of the polymer-like wear debris were presented and discussed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.5
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pp.44-55
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2007
The method for fatigue life prediction of ball bearing is proposed applying the algorithm of contact fatigue prediction based on stress analysis. In order to do this, a series of simulation such as initial surface stress analysis, EHL analysis, subsurface stress analysis and fatigue analysis are conducted from the loading at each ball location calculated for a bearing subjected to external bearing load and contact shape function. And uniaxial fatigue tests are performed to obtain fatigue parameter of AISI 52100 steel. It was found that since stress is usually higher at the inner raceway contact than at the outer raceway contact, fatigue failure occurs on the inner raceway first. When the fatigue life calculated in the stress-based method are compared with L50 life of L-P model, Crossland criterion for the radial load increment is similar to L50 life and Dang Van criterion for the axial load increment is similar. In the case of EHL contact, there is no difference of fatigue life between dry contact and EHL contact, when maximum Hertz pressure exceeds 2.5GPa.
This study aims at investigating the effect of heat treatment conditions on the dry sliding wear behavior of thermally sprayed Ni-based self-flux alloy coatings. Ni-based self-flux alloy powders were sprayed onto a carbon steel substrate and then heat-treated at 700, 800, 900 and $1000^{\circ}C$ for 30 minutes in a vacuum furnace. Dry sliding wear tests were performed using sliding speed of 0.4 m/s and applied load of 6 N. AISI 52100 ball(diameter 8 mm) was used as counterparts. Microstructure and wear behavior of both as-sprayed and heat-treated Ni-based self-flux alloy coatings were studied using a scanning electron microscope(SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy(EDX), electron probe micro-analysis(EPMA) and X-ray diffraction(XRD). It was revealed that microstructure and wear behavior of thermally sprayed Ni-based self-flux alloy coatings were much influenced by heat treatment conditions.
Effects of sliding speed, applied load, and thickness of PMMA (Poly Methyl Methacrylate) coating layers on their dry sliding frictional and wear behavior were investigated. Sliding wear tests were carried out using a pin-on-disk wear tester. The PMMA layer was coated on Si wafer by a spin coating process with two different thicknesses, $1.5\mu\textrm{m}$ and $0.8\mu\textrm{m}$. AISI 52100 bearing steel balls were used as a counterpart of the PMMA coating during the wear. Normal applied load and sliding speed were varied. Wear mechanisms of the coatings were investigated by examining worn surfaces using an SEM. Friction coefficient of the coatings decreased with the increase of the applied load. Both adhesion and deformation of the coating determined the coefficient. The thicker PMMA layer with the thickness of $1.5mutextrm{m}$ showed lower friction coefficient than the thinner layer under most test conditions. Effects of sliding speed and applied load on the frictional behavior were varied depending on the thickness of the coating layer.
This paper deals with the effects of counterpart materials on the wear behavior of thermally sprayed STS316 coatings. STS316 powders were flame-sprayed onto a carbon steel substrate. Dry sliding wear tests were performed using the applied loads of 15 N. AISI52100, $Al_2O_3$, $ZrO_2$ and $Si_3N_4$ balls were used as counterpart materials. Wear behavior of STS316 coatings against different counterpart materials were studied using a scanning electron microscope(SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The results show that the wear behavior of thermally sprayed STS316 coatings strongly depends on the type of counterpart material. Dominant wear mechanism was similar for all studied materials as failure of adhesion film except for Si3N4 used as counterpart material. In the case of Si3N4 used as counterpart material, dominant wear mechanism was abrasion.
Kim, Jong-Hyoung;Choi, Si Geun;Segu, Dawit Zenebe;Jung, Yong-Sub;Kim, Seock-Sam
Tribology and Lubricants
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v.30
no.1
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pp.59-63
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2014
Laser Surface Texturing(LST) is a surface engineering process used to improve tribological characteristics of materials by creating patterned microstructures on the mechanical contact surface. In LST technology, a pulsated laser beam is used to create arranged dimples on a surface by a material ablation process, which can improve such as load capacity, wear resistances, lubrication lifetime, and reduce friction coefficients. In the present study, the effect of multi-scale LST on lubricant regime was investigated. A pulsed Nd:YAG laser was applied on the bearing steel(AISI 52100) to create arranged dimples. To optimize the surface texturing effect on friction, multi-scale texture dimples with some specific formula arrays were fabricated by combining circles, ellipses and the laser ablation process. The tribological testing of multi-scale textured surface was performed by a flat-on-flat unidirectional tribometer under lubrication and the results compared with that of the non-textured surface. Through an increase in sliding speed, the beneficial effect of multi-scale LST performance was achieved. The multi-scale textured surface had lower friction coefficient performances than the non-textured surface due to the hydrodynamic lubrication effect.
Kwak, Jae Seob;Park, Yong Whan;Kim, Chan Jung;Kim, Tae Wan
Tribology and Lubricants
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v.36
no.6
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pp.371-377
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2020
In In this study, we compared the results of a ball bearing life prediction model based on rolling element loads with the results of fatigue life prediction of ball bearings when a stress-based contact fatigue life prediction technique is applied to the ball bearing. We calculate the load acting on each rolling element by the external load of the bearing and apply the result to the Lundberg-Palmgren (LP) theory to calculate ball bearing life based on the rolling element. We also calculate stress-based ball bearing life through contact and fatigue analyses based on contact modeling of the ball and raceway while considering the fatigue test results of AISI 52100 steel. In stress-based life prediction, we use three high-cycle fatigue-determination equations that can predict the fatigue life when multi-axis proportional loads such as rolling-slide contact conditions are applied. These equations are derived from the stress invariant and critical plane methods and the mesoscopic approach. Life expectancy results are compared with those of the LP model. Results of the analysis indicated that the fatigue life was predicted to be lower in the order of the Crossland, Dang Van, and Matake models. Of the three, the Dang Van fatigue model was found to be the closest to the LP life.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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