Thin films and coating technologies are used for an enormous and diverse set of application including mechanical and automotive components. Many of these applications require the various properties which can be used for decreasing wear, friction and cost, and increasing the long life. The relationship between the load and the stress is usually nonlinear. The material is often apt to deform plastically under the low loads. Numerical method may be used for some simple problems of the coating. If the property of coating and base materials are inhomogeneous and the geometry is complex, the numerical method may be recommended. In this paper, the contact normal stress of the coating layer has been solved using finite element method.
PTFE is generally utilized as the form of composites with adding various fillers. The purpose of this paper lies on clarifying the friction and wear properties of the PTFE coating layer on steel. Especially, the effects of PTFE powder size for coating and surface roughness of the counter material on the properties are investigated. Sliding friction and wear tests are conducted at several sliding speeds by employing two types of PTFE coating layer using different powder sizes. One type of coating layer is composed of uniform fine powder, whereas the other type is made up of mixture powder of different sizes. As results, it is found that PTFE coating layer are effective to improve the wear resistance and to reduce the friction coefficient. It is clear that PTFE coating layers are abrasively removed by asperities of the counter material during sliding contact. However, PTFE coating layer with uniform fine powder shows somewhat better wear resistance than that with mixture powder of different sizes in low sliding speed region. It can be seen that the wear of the coating layer are drastically reduced because wear fragment from counter material are transferred to the coating layer. On the other hand, friction coefficient is shown not to be directly related with PTFE powder size in coating layer.
Ball-milling for reactant powders in advance and using an induction heating system for Ni-Al intermetallic coating process are known to enhance the reactivity of combustion synthesis. In this work, the effects of the charging weight ratio of ball to powder in ball-milling for reactant Ni-Al powders and the synthesizing temperature in induction heating on sliding wear behavior of the coating layers are investigated. Sliding wear behavior of the coating layers is examined against a tool steel using a pin-on-disc type sliding wear machine. As results, wear of the coating layer ball-milled without ball was severely worn out at the sliding speed of 2m/s, regardless of the synthesizing temperature in induction heating. However, the wear rate of the coating layers at the sliding speed was remarkably decreased with increasing the charging weight ratio of ball in ball-milling for reactant powders. This can be explained by the fact that the void in the coating layer is disappeared and the coating layer is densified by the ball-milling. The evidence showed that pitting damages were disappeared on the worn surface of ball-milled coating layer. Consequentially, the Ni-Al intermetallic coating layer could have better wear resistance at all sliding speed ranges with the ball-milling for reactant powders in advance.
The effect of the sand blasting before TiAlN coating in the manufacture of WC hard metal alloy tips have been studied. For four different tips, according to the status of processing of the sand blasting and the coating, residual stress measurement by X-ray diffraction and several tests for mechanical properties have been conducted. The results suggest that there was no difference in static mechanical properties, such as hardness, surface roughness and elastic modulus, between two coatings. Furthermore, compressive residual stress was generated equally on their surfaces. Additionally, the compressive residual stress in substrate WC was found to increase greatly when subjected to sand blasting treatment. However, the compressive residual stress decrease after coating regardless of sand blasting treatment. Nevertheless, it is confirmed that the compressive residual stress generated in the coating after sand blasting is less than that in the non-sandblasting coating. This was attributed to the plastic deformation occurring in the WC substrate during coating after sand blasting. In contrast to the scratch test results, sand blasting was assumed to have a negative effect on the adhesion between the coating and substrate. This is because there is a high possibility of microcracks due to plastic deformation in the WC substrate under the coating after sand blasting.
The fretting wear of a nuclear fuel rod it a dangerous phenomenon. In this study, TiN coating was used to reduce the fretting wear of Zircaloy-4 tube, a nuclear fuel rod cladding material. TiN coating is probably one of the molt frequently and successfully used PVD coatings for the mitigation of fretting wear. The fretting tester was designed and manufactured for this experiment. The number of cycles, slip amplitude and normal load were selected as main factors of fretting wear. The results of this research showed that wear volume was improved 1.3∼3.2 times with TiN coating. The worn surfaces were observed by SEM. Wear mechanism at lower slip amplitude was the brittle cracks and rupture of TiN coating. However, adhesive and abrasive wear were mainly observed on most surfaces at higher slip amplitude.
한국윤활학회 2002년도 proceedings of the second asia international conference on tribology
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pp.153-154
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2002
Wear map of silver coatings on AISI 52100 has been constructed to delineate the wear transition behavior with the change in operating conditions in various environments. Three main regimes were clearly identified: (i) elastic/plastic deformation of silver coating without failure. (ii) mild wear regime after initial failure of silver coating and (iii) severe wear regime. In the mild wear regime, the contact surfaces were covered with transfer layers of agglomerated wear particles. The transfer layer acted as a protective layer and resulted in low friction even after the initial failure of the coated films, whose characteristics were strongly dependent on both the operating and environmental conditions. Also, the existence of the critical sliding speed, above which no transfer layer was able to form, was discussed in the work.
Coating brittle intermetallic compounds on metal can enlarge the range of their use. It is found that intermetallic compound coating layers made by only combustion synthesis in an electric furnace have porous multi-phase structures containing several intermediate phases, even though the coating layers show good wear resistance. In this study, dense $Ni_{3}Al$ single phase layer corresponding to the initial composition of the mixed powder is coated on two different ferrous materials by the diffusing treatment after combustion synthesis. After- ward, sliding wear behaviors of the coating layer are evaluated in comparison with that of the coating layer with porous multi-phase structure made by only combustion synthesis. As a result, the wear properties of the coating layer composed of dense $Ni_{3}Al$ single phase are considerably improved at the range of low sliding speed com- pared with that of the coating layer with porous multi-phase structure, particularly in the running-in wear region. This is attributed to the fact that wear of the coating layer is progressed by shearing as a sequence of adhesion, not by occurring of pitting on the worn surface due to having dense structure without pores.
Lim, Min Szan;Jang, Young-Jun;Kim, Jong-Kuk;Kim, Jong-Hyoung;Kim, Seock-Sam
Tribology and Lubricants
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제34권6호
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pp.241-246
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2018
This research addresses the improvement of tribo-systems, specifically regarding the reduction of friction and wear through tribo-coupling between tetrahedral amorphous carbon (ta-C) with different types of counterpart materials, namely bearing steel (SUJ2), tungsten carbide (WC), stainless steel (SUS304), and alumina ($Al_2O_3$). A second variable in this project is the utilization of different values of duct bias voltage in the deposition of the ta-C coating - 0, 5, 10, 15, and 20 V. The results of this research are expected to determine the optimum duct bias and best counter materials associated with ta-C to produce the lowest friction and wear. Results obtained reveal that the tribo-couple between the ta-C coating and SUJ2 balls produces the lowest friction coefficient and wear rate. In terms of duct bias changes, deposition using 5 V produces the most optimum tribological behavior with lowest friction and wear on the tribo-system. In contrast, the tribo-couple between ta-C with a WC ball causes penetration through the coating surface layer and hence high surface delamination. This study demonstrates that the most effective ta-C coating duct bias is 5 V associated with SUJ2 counter material to produce the lowest friction and wear.
Nano adhesion and friction between a $Si_{3}N_{4}$ AFM(atomic force microscope) tip and thin silver films were experimentally studied. Tests were performed to measure the nano adhesion and friction in both AFM and LFM(lateral force microscope) modes in various range of normal loads. Thin silver films deposited by IBAD (ion beam assisted deposition) on Si-wafer (100) and other Si-wafers of different surface roughness were used. Results showed that nano adhesion and friction decreased with the surface roughness. When the Si surfaces were coated by pure silver, the adhesion and friction decreased. But the adhesion and friction were not affected by the thickness of IBAD silver coating. As the normal force increased, the adhesion forces of bare Si-wafer and IBAD silver coating film remained constant, but the friction forces increased linearly. Test results suggested that the friction was mainly governed by the adhesion as long as the load was low.
Boron carbide thin coatings were deposited on silicon wafers by DC magnetron sputtering using a ${B}_4$C target with Ar as processing gas. Various amounts of methane gas (${CH}_4$) were added in the deposition process to better understand their influence on tribological properties of the coatings. Reciprocating wear tests employing an oscillating friction wear tester were performed to investigate the tribological behaviors of the coatings in ambient environment. The chemical characteristics of the coatings and worn surfaces were studied using X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Auger Electron Spectroscopy (AES). It revealed that ${CH}_4$addition to Ar processing gas strongly affected the tribologcal properties of sputtered boron carbide coating. The coefficient of friction was reduced approximately from 0.4 to 0.1, and wear resistance was improved considerably by increasing the ratio of ${CH}_4$gas component from 0 to 1.2 vol %. By adding a sufficient amount of ${CH}_4$(1.2 %) in the deposition process, the boron carbide coating exhibited lowest friction and highest wear resistance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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