Research to replace metal mechanical elements with polymer materials has recently accelerated. However, polymers exhibit less favorable mechanical properties than metal materials, and are often easily worn-out owing to frictional heat when their mechanical elements contact while in relative motion. Therefore, research on the polymer tribological properties is required to employ polymer materials in mechanical elements operating under harsh conditions. In this study, we examine the effect of mechanical part operating temperatures on the material friction and wear characteristics of polymer materials. We conduct ball-on-disk friction tests under dry conditions at various temperatures, using a metal ball with high hardness and a polymer as the counter surface. Each test is repeated at least three times to ensure the reliability of the test results. Before the friction test, we analyze the surface hardness and roughness of each polymer specimen; after the friction test, we use a three-dimensional confocal microscope to compare and analyze the polymer specimen wear characteristics. Based on this study, we systematically elucidate the polymer material tribological characteristics. This information should be useful for selecting and utilizing polymer materials at various temperatures.
This paper presents a comprehensive analysis of the impact of surface roughness on the friction and wear properties of SUS 321, an austenitic stainless steel variant produced using the laser powder bed fusion (LPBF) technique, which is a prevalent additive manufacturing method. After the LPBF fabrication, the specimens go a heat treatment process aimed at alleviating residual stress. Subsequently, they are polished extensively to achieve a refined and smooth surface. To deliberately introduce controlled variations in surface roughness, an etching process is employed. This multi-step method encompassed primary etching in a 3M hydrochloric acid solution, followed by secondary etching in a 35 wt% ferric chloride solution, with varying durations applied to different specimens. A comprehensive evaluation of the surface characteristics ensued, employing precise techniques such as surface roughness measurements and meticulous assessments of water droplet contact angles. Following the surface treatment procedures, a series of friction tests are performed to explore the tribological behavior of the etched specimens. This in-depth investigation reached its peak by revealing valuable insights. It clarified a strong correlation between intentionally altered surface roughness, achieved through etching processes, and the resulting tribological performance of LPBF-fabricated SUS 321 stainless steel. This significantly advances our grasp of material behavior in tribological applications.
Because of the growing need for high-speed transport options such as trains and aircraft, there is increasing demand for technology related to high-speed trains. Among them, braking systems are important in high-speed trains in terms of reliability. Especially, the disk brake system, in use in most high-speed trains, transforms kinetic energy into thermal energy and noise. Therefore, the material properties of both the friction materials and disks are expected to influence the tribological characteristics. In this paper, the tribological characteristics depend on the hardness of the brake disks between the Cu-based sintered metallic friction material and the heat-treated heat-resisting steel disks. A lab-scale dynamometer used to perform braking tests at a variety of braking speeds using dry conditions. The test results revealed that the hardness of the disks affects the friction coefficients, friction stabilities, and wear rates. Thus, the brake system using the heat-resisting steel disk requires proper heat-treatment. These differences are considered to be caused by the change in tribological mechanisms and the generation of an oxide layer on the friction surfaces. The oxide layers on the friction surfaces are confirmed to Fe2O3 by x-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope-energy dispersive spectroscopy (SEM-EDS) analysis.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.14
no.2
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pp.1-7
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2005
In order to determine the wear Properties of PECVD ceramic coatings, wear process was evaluated using the coated pin of Falex Tribosystem. Coating materials deposited wear the TiC, TiN and Ti(CN). An experimental process was established to determine the tribological characteristics of friction and wear behavior under the variation of applied load, temperature and sliding distance by the Falex test machine. The experimental results indicate that TiN coating compared with TiC coating on e materials have e excellent friction and wear characteristics. However TiC coating compared i친 TiN coatings have a low friction coefficient with steel and good thermal stability, and Ti(CN) has the excellent anti-wear properly as well as the superiority of extreme pressure property. Compound coating compared wi simple coatings show improved tribological characteristics.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2003.04a
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pp.393-397
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2003
Recently, rotating elements which use mechanical and electrical systems have been utilized for high speed and accuracy to increase the performance. The most important thing to get a more reliable system is to understand the friction, wear and characteristics which has an effect on various coated surfaces. In this study, the tribologicali characteristics of various soft/hard materials were investigated by using a custom-built pin-on-reciprocator tester From the experimental results, it was found that the friction coefficients of the soft material coated surfaces were lower under various normal loads due to trier self-lubricating ability and material transfer to the counter surface.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2002.05a
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pp.45-52
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2002
The tribological role of mass transfer layer was studied with silver coatings under various ranges of load and sliding speed. Silver coating was performed with a functionally gradient coating method. Tests were performed in dry sliding conditions, using a ball-on-disk contact configuration, at the load of 0.0196-17.64 N and the sliding speed of 20-1,000 mm/s in ambient air. Optical microscope and EPMA analyses showed that contact surfaces were covered with the mass transfer layers of agglomerated wear particles depending upon the contact conditions, and they greatly influenced the tribological characteristics of the surfaces. However, the formation of mass transfer layer was suppressed as the sliding speed increased, and above a critical sliding speed, no mass transfer layer was able to form. For building up a general framework of tribological behavior of the coated silver films, all test data were summarized on a map whose axes are contact pressure and sliding speed.
Scuffing and severe wear of the highly stressed sliding components have been very critical problems in the development of a rotary compressor. In order to improve durability and reliability of the compressor, plasma ion-nitriding was applied on the shaft and the vane surface. The effects of different treatment conditions on the mechanical and tribological properties of the ion-nitrided surfaces were investigated. Ion-nitrided surfaces showed better tribological performances than untreated surfaces. The best wear performance was observed when the shaft was nitrided in the condition of 450$\circ$C, 7 hours, $N_2:H_2=1:4$ gas mixture by forming a ductile nitrided layer which has $\gamma'$ phase microstructure. As nitrogen gas pressure increased, $\varepsilon$ phase layer was formed. This hard phase layer was observed to be more beneficial for the vane in reducing friction and wear.
The tribological role of mass transfer layer was studied with silver coatings under various ranges of load and sliding speed. Silver coating was performed with a functionally gradient coating method. Tests were per-formed in dry sliding conditions, using a ball-on-disk contact configuration, at the load of 0.0196-17.64 N and the sliding speed of 20-1,000 mm/s in ambient air. Optical microscope and EPMA analyses showed that contact surfaces were covered with the mass transfer layers of agglomerated wear particles depending upon the contact conditions, and they greatly influenced the tribological characteristics of the surfaces. However, the formation of mass transfer layer was suppressed as the sliding speed increased, and above a critical sliding speed, no mass transfer layer was able to form. For building up a general framework of triboiogical behavior of the coated silver films, all test data were summarized on a map whose axes are contact pressure and sliding speed.
Microforming is a very efficient and economical technology to fabricate very small metallic parts in various applications. In order to extend the use of this forming technology for the production of microparts, the size effect, which occurs with the reduction of part size and affects the forming process significantly, must be thoroughly investigated. In this study, the tribological size effect in microforming was studied using modeling and scaled ring compression experiments. A micro-scale friction approach based on the slip-line field theory and lubricant pocket model was used to understand the friction mechanism and explain the tribological size effect. Ring compression tests were performed to analyze the interfacial friction condition from the deformation characteristics of the ring specimens. In addition, finite element analysis results were utilized to quantitatively determine the size-dependent frictional behavior of materials in various process conditions. By comparing theoretical results and experimental measurements for different size factors, the accuracy and reliability of the model were verified.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.7
no.3
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pp.118-122
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2006
Diamond-like carbon (DLC) films were prepared on silicon substrates by the RF PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) method using methane $(CH_4)$ and hydrogen $(H_2)$ gas. We examined the effects of the post annealing temperature on the tribological properties of the DLC films using friction force microscopy (FFM). The films were annealed at various temperatures ranging from 300 to $900^{\circ}C$ in steps of $200^{\circ}C$ using RTA equipment in nitrogen ambient. The thickness of the film was observed by scanning electron microscopy (SEM) and surface profile analysis. The surface morphology and surface energy of the films were examined using atomic force microscopy and contact angle measurement, respectively. The hardness of the DLC film was measured as a function of the post annealing temperature using a nano-indenter. The tribological characteristics were investigated by atomic force microscopy in FFM mode.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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