• Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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• v.29 no.6
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• pp.284-291
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• 2016

High temperature alloy steel such as Ni-Cr-Mo-V material has excellent properties of high strength and high heating resistance. It has been used for several military weapon components such as gun barrel of a warship, turbine rotor and turbine disk for nuclear power plant. Being curious about this material required excellent wear resistance and durability in extreme environmental conditions. A dry wear test at the ambient air and Ar gas conditions in the room temperature were performed in this study. What's more a lubricant wear test at different temperature was conducted. In addition that DLC was coated on Ni-Cr-Mo-V alloy steel substrate with a thickness of $3{\mu}m$, a property of it was compare with lubricant conditions. All the coefficient of friction and wear volume, comparing with DLC coated specimens. The test parameters were selected as follows: 10 N for normal load; 80 rpm for sliding wear speed; and 300 m for the sliding wear distance.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2004.07b
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• pp.951-954
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• 2004

본 논문에서는 DLC(Diamond-like Carbon) 박막과 기판 사이에 금속층을 포함하는 DLC 박막의 기계적 특성을 분석하였다. 금속층은 sputtering법을 사용하고, DLC 박막은 PECVD법을 사용하여 각각 중착하였다. 티타늄(Ti), 니켄(Ni), 크롬(Cr)을 각 중간 금속층으로 사용한 후 DLC 박막과 실리콘(Si) 기판 간의 기계적 특성을 분석하였다. 각 막의 두께는 FE-SEM으로 확인하였고, DLC 박막의 구조 평가는 Raman spectrometer를 사용하여 분석하였으며, 각 금속층과 DLC 박막의 표면 상태는 AFM을 이용하여 확인하였다. XRD 분석을 통하여 박막의 격자분석을 하였고, SIMS(secondary ion mass spectrometry) 분석을 통하여 DLC 박막의 depth Profile을 확인하였다.

• Tribology and Lubricants
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• v.27 no.6
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• pp.308-313
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• 2011

In this study, friction tests were performed in order to investigate the effect of sliding velocity and normal load on the friction characteristics of DLC (a-C:H) and WC/C (a-C:H:W) using a ball-on-disk type friction tester. DLC and WC/C were deposited on AISI 52100 steel balls. Friction tests against carburized SCM 415 Cr-Mo steel disks were carried out under various sliding velocity (0.1, 0.78, 1.56, 3.13, 6.25, 12.5, 25, 50 and 100 mm/s) and normal load (2.4, 4.8 and 9.6 N) conditions while the relative humidity was 20~40 % R.H. and air temperature was $16{\sim}24^{\circ}C$. As results, kinetic friction coefficients of DLC and WC/C were obtained under each test condition. The results show that the kinetic friction coefficients of DLC and WC/C generally increase with the increase in sliding velocity. And, under the same sliding velocity condition, the kinetic friction coefficients are almost constant regardless of normal load. In addition, the kinetic friction coefficients of DLC are lower than those of WC/C under the same test conditions.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.53 no.6
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• pp.271-279
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• 2020

Non-ferrous metals, widely used in the mechanical industry, are difficult to machine, particularly by drilling and tapping. Since non-ferrous metals have a strong tendency to adhere to the cutting tool, the tool life is greatly deteriorated. Diamond-like carbon (DLC) is one of the promising candidates to improve the performance and life of cutting tool due to their low frictional property. In this study, a sacrificial DLC layer is applied on the hard nitride coated drill tool to improve the durability. The DLC coatings are fabricated by controlling the acceleration voltage of the linear ion source in the range of 0.6~1.8 kV. As a result, the optimized hardness(20 GPa) and wear resistance(1.4 x 10-8 ㎣/N·m) were obtained at the 1.4 kV. Then, the optimized DLC coating is applied as an sacrificial layer on the hard nitride coating to evaluate the performance and life of cutting tool. The Vickers hardness of the composite coatings were similar to those of the nitride coatings (AlCrN, AlTiSiN), but the friction coefficients were significantly reduced to 0.13 compared to 0.63 of nitride coatings. The drilling test were performed on S55C plate using a drilling machine at rotation speed of 2,500 rpm and penetration rate of 0.25 m/rev. The result showed that the wear width of the composite coated drills were 200 % lower than those of the AlCrN, AlTiSiN coated drills. In addition, the cutting forces of the composite coated drills were 13 and 15 % lower than that of AlCrN, AlTiSiN coated drills, respectively, as it reduced the aluminum clogging. Finally, the application of the DLC sacrificial layer prevents initial chipping through its low friction property and improves drilling quality with efficient chip removal.

• Journal of the Korean institute of surface engineering
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• v.42 no.4
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• pp.173-178
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• 2009

DLC film was synthesized on plastic injection mold(SKD11, $30\;mm\;{\times}\;19\;mm\;{\times}\;0.5\;mm$) and Si(100) wafer for 2 h at $130^{\circ}C$ under 6 mTorr using hybrid method of rf sputtering and ion source. The obtained film was analysed by Raman spectroscopy, AFM, TEM, Nano indenter and scratch tester, etc. The film was defined as an amorphous phase. In the Raman spectrum, broad peak of $sp^2$-bonded carbon attributed to graphite at $1550\;cm^{-1}$ were observed, and the ratio of ID($sp^3$ diamond intensity)/IG($sp^2$ graphite intensity) was approximately 0.54. The adhesion of DLC film was more than 80 N with scratch tester when $0.2\;{\mu}m$ thickness Cr was coated as interlayer. The micro-hardness was distributed at 35~37 GPa. The friction coefficient was 0.02~0.07, and surface roughness(Ra) was 0.34~1.64 nm. The lifetime of DLC coated plastic injection mold using as a connector part in computer was more than 2 times of non-coated mold.

• Journal of Korean Ophthalmic Optics Society
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• v.6 no.1
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• pp.87-91
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• 2001

The a-C:H films have been grown on the glass substrate by PECVD method, where plasma was generated with a 60 Hz line power source. The carbonization is checked from peak intensities of D($sp^3$) and G($sp^2$) peaks in Raman spectra and is analyzed using the Gaussian convolution method of spectrum. Both the bonding strength of C-H and the ratio of $sp^3$ to $sp^2$ in bonding are found to be slightly dependent of partial pressure of $C_2H_2$.

• Tribology and Lubricants
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• v.23 no.4
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• pp.170-174
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• 2007

Wear and scuffing tests were conducted using friction and wear measurement of piston rings and cylinder blocks in low friction diesel engine. The frictional forces, wear amounts and cycles to scuffing in boundary lubricated sliding condition were measured using the reciprocating wear tester. The cylinder blocks were used as reciprocating specimens, and the piston rings with several coatings were used as fixed pin. Several coatings were used such as DLC, TiN, Cr-ceramic and TiAlN in order to improve the tribological characteristics. From the tests wear volume of piston ring surfaces applied various coatings were compared. During the tests coefficients of friction were monitored. Test results showed that DLC coatings showed good tribological properties. TiN and Cr-ceramic coated rings showed good wear resistance properties but produced high friction.

• Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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• v.18 no.6
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• pp.383-393
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• 2005

본 고에서는 사출금형소재로 널리 사용되는 프리하든 강의 수명을 극대화 시킬 수 있는 열 표면처리 기술에 대해 소개하였다. 이러한 열 표면처리 기술 및 기술 적용시 고려해야할 점을 다시 정리해 보면, 제조하는 대상물을 고려한 최적 금형 재료의 선택 (표 1~3) 선택된 금형의 물성을 최적으로 구현할 수 있는 열처리 선택 (표 4) 금형의 사용 환경을 고려한 최적 열 표면처리 선택 (표 5) 질화 열처리에 의한 수명 향상 피로 수명이 중요한 경우 : 질화층 $100{\mu}m$이내 열간 내마모성, 크립저항성이 요구되는 경우 : 질화층 $300{\sim}400{\mu}m$ TiN, CrN 등 세라믹 코팅에 의한 성능 향상 내식성 중요시 CrN, DLC의 적용 내마모성 및 초저마찰계수의 구현 : 방향성 코팅, 나노구조화 금형의 국제경쟁력을 향상시키기 위해서는 고품위 금형 제조 기술이 필요하고 이를 위하여, 표면개질처리가 필수불가결하다는 것이다. 또한, 열 표면처리에는 각각의 특징이 있고, 적용 상황의 미묘한 차이에 따라 특성이 바뀌기 때문에 고품위, 품질 금형을 얻고자 하면 어느 때보다 사용자, 금형기술자, 열 열 표면처리 기술자들과의 협력이 요구된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.349-349
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• 2011

인공관절은 노인성 질환이나 자가 면역질환, 신체적인 외상 등으로 인하여 발생하는 관절의 손상 부위를 대체하기 위해 고안된 관절의 인공 대용물이다. 인공 관절 중 인공 고관절의 경우 관절 운동을 하는 라이너(Liner)와 헤드(Head) 부분이 인공관절의 수명을 결정하게 되는데, 헤드 부분에 메탈소재와 라이너 부분에 고분자 소재를 사용하는 MOP(metal on polymer) 구조의 인공관절은 충격흡수의 장점이 있는 반면 wear debris에 의한 골용해로 인하여 관절이 느슨해지는 문제점이 발생하여 재 시술의 주요 원인이 되고 있다. 현재 인공관절의 수명을 늘리기 위해 DLC, ZrO, TiN 등의 높은 경도 값을 갖는 박막을 금속헤드 위에 증착하여 상대재인 인공관절용 고분자 소재의 마모량을 줄이고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 PIII&D(Plasma Immersion Ion Implantation & Deposition)공정을 이용하여 Co-Cr-Mo 합금 소재에 질소 이온을 주입 한 후 NbN 박막을 증착하여 상대재인 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)의 마모량을 줄이고자 하였다. NbN 박막의 특성을 평가하기 위해 XRD, XPS, AFM 등의 분석을 수행하였으며, 상대재인 초고분자량 폴리에틸렌의 마모량을 측정하기 위해 Pin-on-disk tribometer를 이용하여 마모 실험을 진행하였다. 마모 실험 결과, NbN 박막을 단순 증착한 경우, 현재 인공관절용 헤드(Head) 소재로 가장 널리 사용되고 있는 Co-Cr-Mo 합금에 비하여, 상대재인 초고분자량 폴리에틸렌의 마모량을 약 20% 감소시키는 것을 알 수 있었다. 또한, Co-Cr-Mo 합금 소재에 질소 이온주입을 하여 표면을 개질한 후, NbN 박막을 증착한 경우, 마모량이 최대 50%까지 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.189-189
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• 2011

인공관절은 노인성 질환이나 자가 면역질환, 신체적인 외상 등으로 인하여 발생하는 관절의 손상 부위를 대체하기 위해 고안된 관절의 인공 대용물이다. 인공 관절 중 인공 고관절의 경우 관절 운동을 하는 라이너(Liner)와 헤드(Head) 부분이 인공관절의 수명을 결정하게 되는데, 헤드 부분에 메탈소재와 라이너 부분에 고분자 소재를 사용하는 MOP (metal on polymer) 구조의 인공관절은 충격흡수의 장점이 있는 반면 wear debris에 의한 골용해로 인하여 관절이 느슨해지는 문제점이 발생하여 재 시술의 주요 원인이 되고 있다. 또한 메탈 헤드의 마모로 인한 금속이온의 용출은 세포 독성의 문제를 야기하여 인공관절의 수명을 낮추는 또 하나의 요인이 되고 있다. 따라서 인공관절의 수명을 늘리기 위해 DLC, ZrO, TiN 등의 높은 경도 값을 갖는 박막을 금속 헤드 위에 증착하여 상대재인 인공관절용 고분자 소재의 마모량을 줄이고자 하는 연구가 활발하게 진행 되고 있다. 본 연구에서는 PIII&D (Plasma Immersion Ion Implantation & Deposition)공정을 이용하여 Co-Cr-Mo 합금 소재 niobium nitride (NbN) 박막을 증착하여 상대제인 UHMWPE (ultra high molecular polyethylene)의 마모를 줄이고자 하는 연구를 진행하였다. 마모량을 감소시키기 위하여, 박막 증착전에 질소를 이온주입하는 pre-ion implantation 공정을 도입하였으며, 또한 Co-Cr 합금과 NbN박막 사이의 접착력을 증가시키기 위하여 박막의 증착 초기에 이온주입과 증착을 동시에 수행하는 dynamic ion mixing공정을 수행하였다. NbN 박막의 특성을 평가하기 위해 XRD, XPS, AFM 등의 분석을 수행하였으며, 상대재인 초고분자량 폴리에틸렌의 마모량을 측정하기 위해 Pin-on-disk tester를 이용하여 마모 실험을 진행하였다. 마모 실험 결과, pre-ion implantation 공정을 도입한 경우 현재 상용화 되어있는 Co-Cr 합금에 비하여 마모량을 2배 이상 감소시키는 것을 확인 할 수 있었으며, dynamic ion mixing 공정을 도입한 경우 장시간의 마모 시험에 대한 마모 특성이 향상 되는 것을 확인 할 수 있었다.