Park, Dong-Shin;Park, Jung-Min;Kim, Jin-Seon;Lee, Young-Ze
KSTLE International Journal
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v.10
no.1_2
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pp.33-36
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2009
The nuclear steam generator is composed of a bundle of tubes. The length of these tubes is very long, but their diameter is small. Fluid exists inside of the steam generator and its flow causes vibration, therefore these tubes are supported by anti-vibration bars. The wear damage due to the vibration is known as fretting wear, which should be minimized to ensure the safety of the plants. Research needs to be done about decreasing the amount of fretting wear. Hard coatings have proven to be very effective in reducing the amount of wear. The commercial coatings of TiN and CrN have excellent wear resistance and are used to protect the Inconel tube from fretting wear. The tube-on-flat type tester was used for conducting the fretting wear tests. It was found that the wear amounts of the coated tubes decreased depending on the coating thickness. CrN was found to be very effective in reducing the wear, while the wear amounts were dependent on the coating thickness in the case of TiN and a thick coating of TiN was very effective on wear resistance.
Nano-wear and friction of carbon overcoated laser-textured and mechanically-textured computer hard disk were characterised after contact start/stop (CSS) wear test. Various analytical and mechanical testing techniques were employed to study the changes in topography, roughness, chemical elements, mechanical properties and friction characteristics of the coating arising from the contact start/stop wear test These techniques include: the atomic force microscopy (AFM), the continuous nano-indentation test, the nano-scratch test, the time-of-flight secondary ion mass spectroscopy (TOF-SIMS) and the auger electron spectroscopy (AES). It was shown that the surface roughness of the laser-textured (LT) bump and mechanically textured (MT) Bone was reduced approximately am and 7nm, respectively, after the CSS wear test. The elastic modulus and hardness values increased after the CSS test, indicating straining hardening of the top coating layer, A critical load was also identified fer adhesion failure between the magnetic layer and the Ni-P layer, The TOF-SIMS analysis also revealed some reduction in the intensity of C and $C_2$$F_59$, confirming the wear of lubricant elements on the coating surface.
This paper is the first step fur thermo-mechanical stress analyses of part with coated layer under contact load. A lot of coated material is applied in many structures to endure severe situation, like thermal stresses, high temperature gradients, irradiation, impacts by microscopic meteorites, and so on. In this part we are going to apply the FEM to analyze space parts with a coated layer subjected to a contact load thermo-mechanically. Coating layer is very thin in comparision with the structure, therefore it should take more times and behaviors to analyze whole model. In these reason we develop the FEM method of analyzing part with coated layer under contact load using partial model. Steady state temperature distribution of the part is obtained first, and then we apply quasi-static external load on the part. To obtain the final stage of solution, we compute the total solution, and by subtracting the thermal strain from the total ones we get the mechanical strains to compute stresses of the parts. In using the FEM, one has to discretize the model into many sub-domain, finite elements. The method is consisited of two steps. First step is to analyze the whole model with rather coarse meshes. Second step we cut a small region near the loading point, and analyze with very fine meshes. This method is allowable by the Saint-Venant's principle. And then, we finally shall check the therma1 load on the stresses of the space part with coating layer with or without substrate cracks. Then, we predict the actual behaviors of the part used in space.
Lee Young-Ze;Kim Woo-Jung;Ahn Seung-Ho;Kim Ho-Gun;Kim Jung-Gu;Cho Chung-Woo
Tribology and Lubricants
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v.20
no.6
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pp.306-313
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2004
Many of the current development in surface modification engineering are focused on multilayered coatings, which have the potential to improve the tribological properties. Four different multilayered coatings were deposited on AISI D2 steel in this study. The prepared samples are designed as $WC-Ti_{0.6}Al_{0.4}N,\;WC-Ti_{0.53}Al_{0.47}N,\;WC-Ti_{0.5}Al_{0.5}N\;and\;WC-Ti_{0.43}Al_{0.57}N$. The multilayered coatings were investigated with respect to coating surface and cross-sectional morphology, roughness, adhesion, hardness, porosity and tribological behaviors. Especially, wear tests of four multilayered coatings were performed by using a ball-on-disc configuration with a linear sliding speed of 0.017 m/sec and a normal load of 5.38 N load. The tests were carried out at room temperature in air by employing AISI 52100 steel ball $(H_R\;=\;66) $ having a diameter of 10 mm. The surface morphology, and topography of the wear scars of samples and balls have been determined by using scanning electron spectroscopy (SEM). Also, wear mechanism was determined by using SEM coupled with energy-dispersive spectroscopy (EDS). Results have showed an improved wear resistance of the $WC-Ti_{1-x}Al_xN$coatings with increasing of Al (aluminum) concentration.
The processing conditions fur the synthesis of platelet W $S_2$ lubricant powder through a solid-gas reaction were optimized. The mixture of tungsten and sulfur powders were sealed in a vacuum of 10$^{-6}$ torr, prior to heat-treating at 85$0^{\circ}C$ fur 8 days. The reaction product showed a well-developed platelet W $S_2$ powder with an average size of 3.8 ${\mu}{\textrm}{m}$. The TGA/DTA analysis of the synthesized W $S_2$ powder was performed up to 120$0^{\circ}C$ at a rate of 1$0^{\circ}C$/min in flowing air (100 ${\mu}{\textrm}{m}$/min) atmosphere. The weight loss was about 6% up to 120$0^{\circ}C$ compared to the original weight. A rapid weight loss of about 5% occurred in the temperature range of 44$0^{\circ}C$ to 66$0^{\circ}C$ and an exothermic peak observed due to the transition of W $S_2$ to W $O_3$. The synthesized W $S_2$powder was coated on the commercial deep grooved ball bearing (No. 6203) to examine the effect of W $S_2$, coating layer on the noise and endurance of the ball bearing. The level of noise obtained from W $S_2$, coated-ball bearing (56 ㏈) was higher. than the value (32 ㏈) occurred in the case of greece lubrication. The endurance of the ball-bearing assembled after the coating of W $S_2$ powder onto each part increased 50 times compared to the non-coated ball-bearing..
Friction and adhesion tests were conducted to investigate tribological characteristics of materials for MEMS/NEMS using atomic force microscope (AFM). AFM Si tips were chemically modified with a self-assembled monolayer (SAM) derived from trichlorosilane like octadecyltrichlorosilane (OTS) and (1H, 1H, 2H, 2H-perfluorooctyl) trichlorosilane (FOTS), and various materials, such as Si, Al, Au, Cu, Ti and PMMA films, were prepared for the tests. SAMs were coated on Si wafer by dipping method prior to AFM tip to determine a proper dipping time. The proper dipping time was determined from the measurements of contact angle, surface energy and thickness of the SAMs. AFM tips were then coated with SAMs by using the same coating condition. Friction and adhesion forces between the AFM Si tip modified with SAM and MEMS/NEMS materials were measured. These forces were compared to those when AFM tip was uncoated. According to the results, after coating OTS and FOTS, the friction and adhesion forces on all materials used in the tests decreased; however, the effect of SAM on the reduction of friction and adhesion forces could be changed according to counterpart materials. OTS was the most effective to reduce the friction and adhesion forces when counterpart material was Cu film. In case of FOTS, friction and adhesion forces decreased the most effectively on Au films.
Kim, Jong-Guk;Gang, Yong-Jin;Kim, Do-Hyeon;Jang, Yeong-Jun
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.91-91
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2017
트라이볼로지란? 상대운동을 하면서 서로 영향을 미치는 두면 및 이와 관련된 문제로 마찰, 마모, 윤활에 대한 것을 말한다. 트라이볼로지는 1960대에 조사 연구되기 시작하면서 학문적으로 많은 정리가 이루어졌고, 현재 현대사회에서 문제가 되고 있는 에너지 및 환경 문제를 해결할 수 있는 핵심 요소로 떠오르고 있다. 특히 4차 산업혁명시대를 맞이하여 많은 부분에서는 인공지능, 클라우딩, 빅 데이터 및 로봇 등을 이야기하고 이에 대한 투자 및 개발을 이야기하고 있지만, 이 4차 산업을 뒷받침할, 강인한 제조업이 없으면 불가능한 혁명이라고 말 할 수 있다. 특히 트라이볼로지는 제조업의 무인 자동화 및 무인 로봇 등 이를 필요로 하는 산업 기기와 같은 전반적인 부품 및 소재의 마모를 감소시켜, 기계 장치의 신뢰성을 증가시킬 수 있다. 마찰은 두 물체 상호간의 열 발생을 억제 시키고, 마모는 물체의 표면 경도가 높으면 높을수록 마모량이 적어진다고 알려져있다. 따라서 트라이볼로지와 관련한 표면 처리의 경우, 고온 환경에서의 사용성 증대 및 고경도화 그리고 저마찰을 위한 방향으로 개발 발전되어져 왔다. 트라이볼로지 코팅 중 내마모 코팅의 경우, 티타늄 원소를 기본으로 알루미늄(Al) 및 실리콘(Si)를 합금화하면서, 고경도화 및 내열성을 증대시키는 방향으로 발전되어 왔다. 그에 따라 표면경도의 경우, 4000 Hv, 내열성 $1200^{\circ}C$에 도달였다. 하지만 여전히 철계와의 마찰계수는 0.3 이상으로 이를 낮추는 방법이 요구되고 있다. 최근 트라이볼로지 코팅 중 카본을 함유한 비정질 다이아몬드상 카본 막 (Diamond like Carbon Film : DLC) 이나, Diamond 막의 수요 증가는 마찰을 낮추어 융착마모를 줄이려는 노력으로 볼 수 있다. 특히 수소를 포함하지 않는 고경도 탄소막인 ta-C(tetrahedral amorphous-Carbon)의 수요는 증대되고 있으며, 이에 대한 후막화 및 양산화 기술의 개발의 현재 isssu로 대두되고 있다.
Adhesion tests were conducted to investigate the adhesion characteristics between mold and thermoplastic polymer film. Coating of anti-sticking layer (ASL), a kind of polymer material, imprint pressure, and separation velocity were considered as the process conditions. A piece of fused silica without patterns on its surface was used as a mold and the thermoplastic polymer films were made on Si substrate by spin-coating the commercial polymer solution such as mr-I PMMA and mr-I 7020. The ASL was derived from (1H, 1H, 2H, 2H - perfluorooctyl) trichlorosilane($F_{13}$-OTS) and coated on the fused silica mold in vapor phase. The pull-off force was measured in various process conditions and the surfaces of the mold and the polymer film were observed after separation. It was found that the adhesion characteristics between the mold and the thermoplastic polymer film and the release performance of ASL were changed according to the process conditions. The ASL was effective to reduce the pull-off force and the damage of polymer film. In cases of the mold coated with ASL, the pull-off force did not depend on imprint pressure and separation velocity.
Two-dimensional materials such as graphene, h-BN, and $MoS_2$ have attracted increased interest as solid lubricant and protective coating layer for nanoscale devices owing to their superior mechanical properties and low friction characteristics. In this work, the frictional properties of single-layer graphene, h-BN, and $MoS_2$ are experimentally investigated under various normal forces using atomic force microscope (AFM) tips with a spherical and flat end, with the aim to gain a better understanding of frictional behaviors. The nonlinear relationship between friction and normal force friction was clearly observed for single-layer graphene, h-BN, $MoS_2$ specimens slid against the spherical and flat AFM tips. The results also indicate that single-layer graphene, h-BN, $MoS_2$ exhibit low frictional properties (e.g., friction coefficient below 0.1 under 70~100 nN normal force). In particular, graphene is found to be superior to h-BN and $MoS_2$ in terms of frictional properties. However, the friction of single-layer graphene, h-BN, $MoS_2$ against the flat tip is larger than that against the spherical tip, which may be attributed to the relatively large adhesion. Furthermore, it is shown that the fluctuation of friction is more significant for the flat tip than the spherical tip. The resutls of this study may be helpful to elucidate the feasibility of using two-dimensional materials as solid lubricant and protective coating layer for nanoscale devices.
In order to reduce resistance torque and energy loss, minimizing friction between race surface and rolling elements of a bearing is necessary. Recently, to reduce friction in bearing element, solid lubricant coating for the bearing raceway surface has been receiving much attention. Considering the operating conditions of real bearings, verifying the effect of solid lubricant coatings under extreme conditions of high load that is more than 1 GPa is necessary. In this study, we evaluated the friction and wear characteristics of SUJ2 bearing steels deposited by carbon-based coatings (Si-DLC, ta-C), $MoS_2$ and graphite. In case of $MoS_2$ and graphite coatings, different surface treatments were applied to the coatings to verify the effect of surface treatment. A pin-on-disc type tribotester was used to evaluate the tribological characteristics of the coatings. It was possible to quantitatively estimate the friction and wear characteristics of solid lubricant under dry and lubrication conditions. The carbon-based coatings improved the friction and wear properties of SUJ2 bearing steels under the high load condition, but $MoS_2$ and graphite coatings were not suitable for high load conditions due to its low hardness. Different friction and wear behaviors were found for different substrate surface treatment method. Also, it was confirmed that solid lubricant coatings had a more positive effect than just applying the lubricant for improving the tribological characteristics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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