In order to investigate tribological effects of nano copper particles impregnated(CuN) on surface polytetrafluoroethylene(PTFE) on sealing wear and an experimental study was carried out to determine the wear behavior of copper nano-particles impregnation two kind thickness in super critical $CO_2$ liquid. Experimental results showed that the friction coefficients of CuN PTFE at the low sliding speed(0.44m/s) and the oil temperature ($60^{\circ}C$) were higher than that of virgin PTFE. And a thin nano copper particles impreganated thickness was formed on the surface in the PTFE and the specimen with this treatment has much better friction properties than the original one. Fortunately, at the high load(80 N) and the oil temperature, the friction coefficient of CuN PTFE was lower than that of virgin PTFE. This evidenced the load carrying capacity of CuN PTFE was much better than that of virgin PTFE under the high load condition(80 N) specially. Therefore, it can be concluded that the friction coefficient variation of CuN PTFE is very small but its wear rate decreases greatly with increase in sliding speed.
High velocity oxy-fuel (HVOF) thermal spraying coating has been used widely throughout the last 60 years mainly in defense, aerospace, and power plants. Recently this coating technique is considered as a promising candidate for the replacement of the traditional electrolytic hard chrome plating (EHC) which pollutes the environment and causes lung cancer by toxic hexa-valent $Cr^{6+}$. In this study, two kinds of cermet coatings, WC-CoCr and WC-CrC-Ni, are formed by HVOF spraying. The wear properties of coatings are evaluated comparatively by reciprocating sliding wear tests at $25^{\circ}C$, $250^{\circ}C$ and $450^{\circ}C$ respectively. Wear rates show that WC-CoCr coatings have better sliding wear resistance than WC-CrC-Ni coatings regardless of temperature due to more, compact and homogeneously distributed WC particles, less metal content, Co, Cr rich metallic bindermatrix with higher fracture strength and better adhesive strength with WC particles.
A large number of additives have been used with the efforts of improving the performance of lubricants used along with the development of internal combustion engine. In this study, nano-sized graphite was used as liquid-lubricant additive. In order to disperse graphite into oil, we esterified the nano-carbon manufactured by our company with various types of alcohol. After measuring the anti-wear in accordance with the types of alcohol and added concentration, it has been found that its anti-wear/friction decrease has been improved in case of adding 0.1% of the sample composed with C12/14 mixed alcohol & hexadecanol.
In this study, bulk nano-crystalline $Si_3N_4$ ceramics were fabricated by spark plasma sintering (SPS) and their mechanical properties, in particular wear, were investigated. A wide range of grain sizes, from 80 nm and 250 nm were obtained by varying sintering conditions ($1550^{\circ}C$-5 min to $1650^{\circ}C$-20 min). The elastic modulus of obtained ceramics was ${\sim}250$ GPa and hardness was in the range of $13{\sim}14$ GPa. The indentation fracture toughness increased from $2.58MPa{\cdot}m^{1/2}$ to $3.24MPa{\cdot}m^{1/2}$ with increasing sintering temperature possibly due to the elongated grains. Sliding wear tests revealed at least an order magnitude improvement in wear resistance with grain refinement. Microstructure analysis indicated that nano-$Si_3N_4$ specimens worn mainly through delamination and microcracking, while that of coarser specimens revealed severe wear with grain debonding and fracture.
The mechanical as well as tribological characteristics of coating films as thin as a few nm become more crucial as applications in micro-systems grow. Especially, the amorphous carbon film has a potential to be used as a protective layer for micro-systems. In this work, quantitative evaluation of nano-indentation, scratching, and wear tests were performed on the 7nm thick amorphous carbon film using an Atomic Force Microscope (AFM). It was shown that AFM-based nano-indentation using a diamond coated tip can be feasibly utilized for mechanical characterization of ultra-thin films. Also, it was found that the critical load where the failure of the carbon film occurred was about 18${\mu}$N by the ramp load scratch test. Finally, the wear experimental results showed that the quantitative wear rate of the carbon film ranged 10$\^$-9/~10$\^$-8/ ㎣ /N cycle. These experimental methods can be effectively utilized for a better understanding the mechanical and tribological characteristics at the nano-scale.
In this study, in order to improve corrosion resistance and wear resistance of aluminum, surface treatment was made by anodizing with oxalic acid solution and sealing with nano-diamond powder. Average size of nano-diamond powder was 30nm. Anodizing with oxalic acid made many pores in the aluminum oxide layer. Pore size and oxide thickness were investigated by scanning electron microscope (SEM). Pore size increased as temperature increased and voltage increased. It was possible to make oxide layer with pore diameter more than 50 nm. Oxide thickness increased as temperature and voltage and treatment time increased. Oxide layer with above $10{\mu}m$ thickness was made. Aluminum oxide layer with many pores was sealed by water with nano-diamond powder. Surface morphology was investigated by SEM. After sealing treatment with nano-diamond powder, corrosion resistance, wear resistance and hardness increased.
In this work, we examine pure water and water with nanoparticles to investigate water lubrication characteristics and the effect of nanoparticles as lubricant additives for different substrates. We test carbon-based coatings and metals such as high-speed steel and stainless steel in pure deionized (DI) water and DI water with nanoparticles. We investigate water lubrication characteristics and the effect of nanoparticles based on the friction coefficient and wear rate for different substrates. The investigation reveals that nanoparticles enhance the friction and wear properties of high-speed steel and stainless steel. The friction coefficient and wear rate of both high-speed steel and stainless steel decreases in DI water with nanoparticles compared with the results in pure DI water. The presence of nanoparticles in water show good lubricating effect at the contact area for both high-speed steel and stainless steel. However, for carbon-based coatings, nanoparticles do not improve friction and wear properties. Rather, the friction coefficient and wear rate increases with an increase in the concentration of nanoparticles in case of water lubrication. Because carbon-based coatings already have good tribological properties in a water environment, nanoparticles in water do not contribute toward improving the friction and wear properties of carbon-based coatings.
This paper presents the friction and anti-wear characteristics of nano-oil with a mixture of a refrigerant oil and carbon nano-particles in the thrust slide-bearing of scroll compressors. Frictional loss in the thrust slide-bearing occupies a large part of total mechanical loss in scroll compressors. The characteristics of friction and anti-wear using nano-oil are evaluated using the thrust bearing tester for measuring friction surface temperature and the coefficient of friction at the thrust slide-bearing as a function of normal loads up to 4,000 N and orbiting speed up to 3,200 rpm. It is found that the coefficient of friction increases with decreasing orbiting speed and normal force. The friction coefficient of carbon nano-oil is 0.015, while that of pure oil is 0.023 under the conditions of refrigerant gas R-22 at the pressure of 5 bars. It is believed that carbon nano-particles can be coated on the friction surfaces and the interaction of nano-particles between surfaces can be improved the lubrication in the friction surfaces. Carbon nano-oil enhances the characteristics of the anti-wear and friction at the thrust slide-bearing of scroll compressors.
Ni-SiC nano composite coatings were fabricated using electrodeposition technique with the aid of ultrasound. The properties of the nano composite were investigated by using SEM, XRD, Wear test and Vicker's microhardness test. The results demonstrated that the microhardness of composite coatings under ultrasonic condition was improved significantly as compared to conventional electrodeposition techniques without ultrasound. The nano particles were found to be distributed homogeneously with reduced agglomeration. The synergistic combination of superior wear resistance and improved microhardness was found in ultrasonicated conditions to the Ni-SiC nano composite coatings.
Atomic Force Microscope (AFM) has been widely used in micro/nano-scale studies and applications for. the last few decade. In this work, wear characteristics of silicon-based AFM tip was investigated. AFM tip shape was observed using a high resolution SEM and the wear coefficient was approximately calculated based on Archard's wear equation. It was shown that the wear coefficient of silicon and silicon nitride were in the range of ${10}^{-1}$~${10}^{-3}$ and ${10}^{-3}$~${10}^{-4}$, respectively. Also, the effect of relative humidity and sliding distance on adhesion-induced tip wear was discussed. It was found that the tip wear has more severe for harder test materials. Finally, the probable wear mechanism was analyzed from the adhesive and abrasive interaction point of view.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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