Various heat-treated and surface coating methods are used to mitigate abrasion in sliding machine parts. The most cost effective of these methods involves hard coatings such as diamond-like carbon (DLC). DLC has various advantages, including a high level of hardness, low coefficient of friction, and low wear rate. In practice, a supporting layer is generally inserted between the DLC layer and the steel substrate to improve the load carrying capacity. In this study, an indentation and sliding contact problem involving a small, hard, spherical particle and a DLC-coated steel surface is modeled and analyzed using a nonlinear finite element code, MARC, to investigate the influence of the supporting layer thickness on the coating characteristics and the related coating failure mechanisms. The results show that the amount of plastic deformation and the maximum principal stress decrease with an increase in the supporting layer thickness. However, the probability of the high tensile stress within the coating layer causing a crack is greatly increased. Therefore, in the case of DLC coating with a supporting layer, fatigue wear can be another important cause of coating layer failure, together with the generally well-known abrasive wear.
The wear behavior of $Al_2$O$_3$-40%TiO$_2$deposited on casted aluminum alloy (ASTM A356) by APS (Air Plasma Spray) against SiC ball has been investigated in this work. Wear tests were carried out at room temperature. The friction coefficient of $Al_2$O$_3$-40%TiO$_2$coating is lower than that of pure $Al_2$O$_3$coating(APS). $Al_2$O$_3$-40%TiO$_2$coating indicated the existence of the optimal coating thickness. It is found that voids and pores of coating surface resulted in the generation of cracks, and the cohesive of splats and the porosity of surface play a role in wear characteristics. It is suggested that the mismatch of thermal expansion of substrate and coating play an important role in wear performance. Tension and compression under thermo-mechanical stress may be occurred by the mismatch between thermal expansion of substrate and coating. The crack propagation above interface is observed in SEM.
Ni-Al intermetallic coating technology is an available method for the strengthening of aluminum substrate. In this study, Ni-Al intermetallics were coated on an aluminum substrate through a reaction synthesis process at a temperature lower than melting point of aluminum. And the sliding wear properties of the coatings have been investigated to verify their usability and compared the wear properties with those of a cast Al-12.5%Si alloy and an anodizing layer on aluminum. Results show that the wear rate of the coating layer greatly increased at 1 m/s and 1.5 m/s when compared with that of the cast Al-12.5%Si alloy. Much pitting damages were observed on the worn surfaces at these sliding speeds, unlike at other sliding speeds. The wear of the intermetallic coating layer at these sliding speeds seems to be increased by pitting as a consequence of adhesion. In contrast, wear of the coating layer at other speeds hardly occurs, regardless of wear periods. Nevertheless, the wear properties of the intermetallic coating layer on the aluminum substrate through the reaction synthesis process are more stable than those of anodized aluminum and are superior to those of the cast Al-12.5%Si alloy in a steady-state wear period.
This study aims to visualize the friction and wear behaviors of metal coatings in real time. The main mechanism of wear is identified by observing all the processes in which wear occurs. The friction coefficients of the moments are monitored to confirm the relationship between the friction and wear characteristics of the coating. Thin Ag coatings, which are several hundred nanometers in thickness, are prepared by depositing Ag atoms on silicon substrates through a sputtering method. A pin-on-disk-type tribo-tester is installed inside a scanning electron microscope (SEM) to evaluate the friction and wear characteristics of the Ag coating. A fine diamond pin is brought into contact with the Ag coating surface, and a load of 20 mN is applied. The contact pressure is calculated to be approximately 15 GPa. The moments of wear caused by the sliding motion are visualized, and the changes in the friction characteristics according to each step of wear generation are monitored. The Ag coating can be confirmed to exhibit a wear phenomenon by gradually peeling off the surface of the coating on observing the friction and wear characteristics of the coating in real time inside the SEM. This can be explained by a typical plowing-type wear mechanism.
We investigated the application of tetrahedral amorphous carbon (ta-C) coatings to fabricate a glass lens manufactured using a glass molding process (GMP). In this work, ta-C coatings with different thickness (50, 100, 150 and 200 nm) were deposited on a tungsten carbide (WC-Co) mold using the X-bend filter of a filtered cathode vacuum arc. The effects of thickness on mechanical and tribological properties of the coating were studied. These ta-C coatings were characterized by atomic force microscopy, scanning electron microscopy, nano-indentation measurements, Raman spectrometry, Rockwell-C tests, scratch tests and ball on disc tribometer tests. The nano-indentation measurements showed that hardness increased with an increase in coating thickness. In addition, the G-peak position in the Raman spectra analysis was right shifted from 1520 to $1586cm^{-1}$, indicating that the $sp^3$ content increased with increasing thickness of ta-C coatings. The scratch test showed that, compared to other coatings, the 100-nm-thick ta-C coating displayed excellent adhesion strength without delamination. The friction test was carried out in a nitrogen environment using a ball-on-disk tribometer. The 100-nm-thick ta-C coating showed a low friction coefficient of 0.078. When this coating was applied to a GMP, the life time, i.e., shot counts, dramatically increased up to 2,500 counts, in comparison with Ir-Re coating.
Large drill bits may face high hardness ore and high working pressure when working. To optimize the use effect of large drill bits and prolong the use time, it is necessary to add a layer of pressure-resistant, wear-resistant, and low-friction coating on the surface of the drill bit. In this study, CoCrNiAlTi high-entropy alloy coatings and CoCrNiAlTi (70 wt%)-TiC (30 wt%) composite coatings are successfully prepared on Q235 steel by plasma spraying. The CoCrNiAlTi (70 wt%)-TiC (30 wt%) coating consists of FCC solid solution and a small amount of TiC phase. The effect of TiC on the composition phase, microhardness, and elastic modulus of HEA coating is studied by X-ray diffractometer (XRD) and microhardness tester. The effect of TiC on the friction and wear properties of HEA coatings is investigated using a wear tester. By improving the process parameters, the metallurgical bonding between the coating and the substrate is well combined, and a coating without pores and cracks is obtained. The experimental results confirm that the microhardness, elastic modulus, and wear resistance of CoCrNiAlTi-TiC composite coating are better, and the friction coefficient is lower.
Micro/nano tribological characteristics of PTFE coating films were experimentally studied. PTFE (polytetrafluoroethylene) modified polyethylene and low molecular weight PTFE were used as a coating materials. These films were deposited on Si-wafer (100) by IBAD (ion beam assisted deposition) method. The Ar ion beam sputtering was performed to change the surface topography of films using a hollow cathode ion gun under different Ar ion dose conditions in a vacuum chamber. Micro/nano tribological characteristics, water wetting angles and roughness were measured with a micro tribotester, SPM (scanning probe microscope), contact anglemeter and profilometer, respectively. The durability of the films were measured with macro tribotester. Results showed that the PTFE coating surfaces were converted to hydrophobic. The water contact angle of coated surfaces and surface roughness increased with the coating thickness. Adhesion and friction in micro and nano scale were governed by magnitude of normal load in soft material such as PTFE films. As the increase of sputtering time on low molecular weight PTFE films, the surface roughness was increased and nano adhesion and friction were decreased. The nano tribological characteristics of surfaces are mainly improved by chemical modification such as PTFE coating and given a synergy effect by the physical modification such as topographic modification.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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