The frictional behavior of oxide films on top of the plasma nitrocarburized compound layers was investigated in terms of post-oxidation treatment temperatures. The post-oxidation treatment at both temperatures($400^{\circ}C,\;500^{\circ}C$) produced magnetite($Fe_3O_4$) films which led to a significant enhancement in corrosion resistance. However, this process did not result in any improvement in frictional behavior of the nitrocarburized surface. The wear mechanisms were governed predominantly by the abrasive action of the slider on the surface irrespective of the counterface material(SiC and Bearing steel). When the specimen was sliding against a SiC counterface, the oxide films were destroyed during the early stage of the sliding process and the wear debris of the oxide film at the sliding track had a great influence on the friction coefficient. On the other hand, when sliding against a bearing steel counterface, the slider was mainly worn out due to the much higher hardness of the surface hardened layer. The fluctuation of the friction coefficient of $400^{\circ}C$-oxidized/ nitrocarburized specimen is much severer than that of $500^{\circ}C$ specimen, due to the less amount of wear debris.
Friction and wear behavior of hot isostatic pressed $Al_2O_3-TiC$ was experimentally examined. Pin-on-disk type friction and wear apparatus was designed and manufactured for the experiment. The experiments were conducted under unlubricated sliding motion in both low and high humidity for three kinds of sliding speed. $Al_2O_3-TiC$ and bearing steel were used as counterface materials. Friction coefficient, wear rate, and surface roughness were measured. Wear surface and wear debris were observed through optical microscope and SEM and analyzed by EDAX. The results showed that the counterface materials, the sliding speed, and the moisture at the sliding surface have significant influence on the friction coefficient and wear rate of $Al_2O_3-TiC$.
Present study was investigated the effect of the particle of the counterface of unidirectional carbon fiber reinforced composite. The friction coefficient of composite and the specific wear rate different sliding velocity were measured for this materials. The friction track of counterface was observed by an optical microscope and scanning electron microscope. There were insignificant effects of the specific wear rate under lower Sic abrasive particle, however it showed high effect on $30{\mu}m$ abrasive particle size. There were significant effects of friction and wear behavior of the fiber direction under 0.3m/s sliding speed. Major failure mechanisms can be classified such as microfracture, plowing, microcutting, cutting and cracking.
Understanding of the tribological characteristics of polytetrafluoroethylen (PTFE) and ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE) is crucial for their applications such as bearing and total joint replacement. In this work, the effect of the surface roughness of carbon steel on the tribological behaviors of PTFE and UHMWPE was experimentally investigated by using block-on-ring tribotester with friction force monitoring capability. It was found that that the amount of material transfer layers of PTFE formed on the carbon steel was significantly larger than those of UHMWPE, which was responsible the lower friction coefficient of PTFE. It was also concluded that the effect of surface roughness of carbon steel on the friction coefficient of UHMWPE was more significant than that of PTFE. For UHMWPE, it was found that the effect of surface roughness of counterface was varied with respect to applied normal force and sliding as well. Based on Archard's wear law, the wear coefficient of PTFE and UHMWPE was calculated to be $3{\times}10^{-5}$ ~ $8{\times}10^{-5}$ and $7{\times}10^{-6}$ ~ $2{\times}10^{-5}$, respectively.
The role of transfer films formed during sliding of polymer composites against steel counterfaces was studied in terms of the tribological behaviors of composites. Four kinds of composites were included in this study: (1) unfilled PPS, (2) PPS+2%CuO, (3) PPS+2%CuO+5% carbon fiber (CF), and (4) PPS+2%CuO+15%Kevlar. The filler material CuO was in nanoscale particulate form and the reinforcing material was in the form of short fibers. The composites were prepared by compression molding at $310^{\circ}C$ and sliding tests were run in the pin-on-disk sliding configuration. The counterface was made of tool steel hardened to 55-60 HRC and finished to a surface roughness of 0.09-0.10 ${\mu}m$ Ra. Wear tests were run for 6 hrs at the sliding speed of 1 m/s and contact pressure of 0.65 MPa. Transfer films formed on the counterfaces during sliding were investigated using AFM and SEM. The results showed that as the transfer film became smooth and uniform, wear rate decreased. PPS+2%CuO+15%Kevlar composite showed the lowest steady state wear rate in this study and its transfer film showed the smoothest and the most uniform characteristics. The examination of worn surfaces of PPS+2%CuO composite using X-ray area scanning (dot mapping) showed back-transfer of steel counterface material to the polymer pin surface. This behavior is believed to strengthen the polymer pin surface during sliding thereby contributing to the decrease in wear rate.
The shear behavior of any interface is a function of the fundamental properties of both materials at the interface. This study aimed at investigating the effect of planar surface roughness on the stress-horizontal displacement curve at theinterfaces composed of various geomembrane textures and granular materials. In addition, the extent of surfacialscarring on smooth geomembranes against granular materials during shearing induced by plowing effect was studied. It wasobserved that the displacements required to achieve peak and residual interface resistance, and the stress-displacementcurve at the interface vary greatly with the surface roughness of geomembrane. Quantification of surface roughnessvariations on smooth geomembrane due to plowing effect showed that the surfacial scarring during shearing by the soilparticles is directly related to both the normal stress and the angularity of the soil particles at the interface. The findingsof this study can be used to provide the useful information for the design and selection of counterface materials.
Micro-arc discharge oxidation (MDO) is a cost-effective plasma electrolytic process which can be used to improve the wear and corrosion resistance of Al-alloy parts by forming a alumina coating on the component surface. However, the MDO coated Al-alloy components often exhibit relatively high friction coefficients and low wear resistance fitted with many counterface materials, additionally, the pitting corrosion for the MDO coated AI-alloy components, especially for a thinner alumina coating, often occurs in atmosphere circumstance due to the porous alumina coats. Therefore, a duplex treatment, combining a MDO coated ahumina thin layer with a TiN coating, prepared by magnetron sputtering (MS), has been investigated. The Vicker's microhardness, pin-on-disc, electrochemical measurement, salt spray, XRD and SEM tests were used to characterize and analyze the treated samples. The work demonstrates that the MDO/MS coated samples have a combination of a very low friction coefficient and good wear resistance as well as corrosion since the micro-holes on alumina coating are partly or fully covered by TiN material.
In the present study, the electrical sliding wear and corrosion resistance of pure copper (Cu) and six age-hardened copper alloys (CuCr, CuZr, CuCrZr, CuNiSiCr, CuBe and CuBeNi) were investigated by a pin-on-disc tribometer and electrochemical measurement. Various copper-based alloys in the form of cylindrical pin were forced to slide against a counterface stainless steel disc in air under unlubricated condition at a sliding velocity of 31 km/h under normal load up to 20 N with and without electric current. The worn surface of and wear debris from the specimens were studied by scanning electron microscopy. Both mechanical wear and electrical arc erosion were the wear mechanisms for the alloys worn at 50 A. Owing to its good electrical conductivity, high wear and corrosion resistance, CuCrZr is a promising candidate as the overhead catenary material for electric traction systems.
Effects of resin contents, number of carbonization, graphitization, sliding speed, and oxidation on friction and wear behavior of carbon/carbon composite materials were investigated. Friction and wear tests were carried out under various sliding conditions. An experimental setup was designed and built in the laboratory. Stainless steel disks were used as the counterface material. Friction coefficient, emperature, and wear factor were measured with a data acquisition system. Wear surfaces were observed by the scanning electron microscope. It has been shown that the average friction coefficient was increased with the sliding speed in the range of 1.43~6.10 m/s, but it as decreased in the range of 6.10~17.35 m/s. Specimens prepared by different numbers of carbonization. showed variations in friction coefficient and friction coefficient of the graphitized specimen was the highest. Friction coefficients depended on contribution of the plowing and adhesive components. As the number of carbonization was increased, wear factor was reduced. Wear factor of the graphitized specimens dropped further. In the case of graphitized specimens, sliding speed had a large influence on wear behavior. When the tribological experiments were conducted in nitrogen atmosphere, the wear factor was decreased to two thirds of the wear factor obtained in air. It is obvious that the difference was affected by oxidation. Results of friction and wear tests were applied to a neural network system based on the backpropagation algorithm. A neural network may be a valuable tool for prediction of tribological behavior of the carbon/carbon composite material if ample data are present.
Park, Se-Jun;Lee, Kwang-Ryeol;Lee, Seung-Cheol;Ko, Dae-Hong
Journal of the Korean Vacuum Society
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제15권3호
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pp.287-293
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2006
Diamond-like carbon (DLC) film was deposited using benzene $(C_6H_6)$ by r. f-plasma assisted chemical vapor deposition. The tribological properties of the DLC film were tested by rotating ball-on-disc type tribometer isolated by a chamber. The tribological test was performed in air environment of relative humidity ranging from 0 to 90% in order to observe the tribological behavior of the DLC film with the change of humidity. We used steel ball and DLC coated steel ball to investigate the effect of the counterface material. Using steel ball, the friction coefficient of DLC film increased from 0.025 to 0.2 as the humidity increased from 0% to 90%. In case of DLC coated steel ball which didn't form the Fe-rich debris, the friction coefficient showed much lower dependence of humidity as 0.08 in relative humidity 90%. We confirmed that the high humidity dependence of the friction coefficient using steel ball resulted from the increase of debris size with humidity and the formation of Fe-rich debris by the wear of steel ball. And the friction coefficient was immediately dropped when the relative humidity changed from 90% to 0% during test using steel ball. From this result, we confirmed that the effect of the Fe-rich debris on the friction coefficient was that Fe element in debris formed the highly sensitive graphitic transfer layer to humidity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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