In this research, the friction and wear characteristic behaviors of coating materials of TiAlN and CrAlN were investigated. The wear test was conducted in air and un-lubricated state using the reciprocating friction wear tester. Temperature were 50 and $120^{\circ}C$, and load were 3, 7, and 11 kgf for tests. By comparing the coefficient of friction and observing the wear microstructure, the friction and wear characteristic behaviors of TiAlN and CrAlN coating layers on SKD61 were investigated. The coefficient of friction of CrAlN coating was lower than that of TiAlN at all conditions. Therefore, CrAlN was suggested to be more advantageous coating than TiAlN for the extrusion mold of aluminum.
Wear and scuffing tests were conducted using friction and wear measurement of piston rings and cylinder blocks in low friction diesel engine. The frictional forces, wear amounts and cycles to scuffing in boundary lubricated sliding condition were measured using the reciprocating wear tester. The cylinder blocks were used as reciprocating specimens, and the piston rings with several coatings were used as fixed pin. Several coatings were used such as DLC, TiN, Cr-ceramic and TiAlN in order to improve the tribological characteristics. From the tests wear volume of piston ring surfaces applied various coatings were compared. During the tests coefficients of friction were monitored. Test results showed that DLC coatings showed good tribological properties. TiN and Cr-ceramic coated rings showed good wear resistance properties but produced high friction.
In order to elucidate the effects of co-existing additives (S$_{8}$, TBP: Tri butyl phosphate, ZnDTP: Zinc-dialkyl dithiophosphate) and the role of reacted surface film on the friction behavior of MoDTP (molybdenum dialkyl dithiophosphate), a friction experiment using a dual circular pipe edge surface type friction tester and XPS (X-ray photoelectronic spectrum) surface analysis were conducted. Friction reduction with MoDTP lubricant was proved to be greatly influenced by co-existing additive species. It was dependent on the properties of the film formed through the reaction between the additive and the surface. Phosphate film reduced the friction coefficient of MoDTP through suppression of diffusion of Mo compounds towards the metal substrate. On the other hand, sulfate film, which is inherently rich in lattice defects, did not lead to any appreciable friction reduction with MoDTP since the diffusion of the Mo compound towards the metal substrate was not effectively suppressed. With ZnDTP additive, the sulfide film formed through decomposition greatly influenced the lubricating performance of MoDTP. As such, properties of surface films formed from additives were proved to yield significant influence on the lubrication performance of MoDTP.
The frictional behaviors of Cermets/Cr-Ceramics and Cu-Al coatings of piston ring were investigated. Friction tests were carried out by pin-on-disk test and materials properties of coating layer were analyzed by nano indentation tester. The effect of surface roughness of cylinder liner on the friction coefficient was analyzed. This study provided tribological data of hard and soft piston ring coatings against cylinder liner. The surface roughness does exert an influence on the average friction coefficient, with smoother surfaces generally yielding lower friction coefficients. In case of hard-coating, the scratch depth, width and pile-up height had close relationship with hardness. So the scratch width, depth and pile-up height increases with decreasing friction coefficient. But in case of soft-coating, the friction coefficients are strongly dependent on the morphological characteristics such as, scratch depth, width, pile-up height and elastic modulus.
PTFE has good mechanical and chemical stability at wide temperature range, and more over, shows a low value of friction coefficient. On the other hand, it shows cold flow and high wear rate. However, these short comings can be overcome by adding various fillers. In this experiment, PTFE and polyimide powder were mixed into composite and its tribological characteristics was investigated. 100% polyimide was also tested for comparison. The countefface material was a stainless steel (SUS304). Friction and wear tester of ring-on-block type was used at room temperature and under atmosphere. After the wear test, the worn surfaces were examined by optical microscope. The test results show that PTFE-polyimide composite generates. the wear transfer film on both sides of the friction surfaces, and, the friction coefficient and the wear rates are relatively low. 100% polyimide generated little wear transfer films, showed high friction and wear rates, and also showed some problems of vibration and noise. It even damaged the stainless steel countefface. It was concluded that 100% polyimide does not generate transfer film well because its shear resistanbe is high and it stickslips, thus, friction coefficients and wear rates are high. In case of PTFE-polyimide composite, on the other hand, transfer film containing sufficient PTFE adheres and remains on both wear surfaces well enough because PTFE has low shear resistance. Polyimide particles in the composite were proved to be able to bear normal load and does not show stick-slip because they are covered with transfer film containing much PTFE.
Iqbal, K. Y. Mohd;Segu, D. Z.;Pyung, H.;Kim, J. H.;Kim, S. S.
Tribology and Lubricants
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제31권6호
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pp.287-293
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2015
Laser surface texturing (LST), a surface engineering modification, has been considered as one of the new processes used to improve tribological characteristics of materials by creating artificially patterned microstructure on the contact surface of mechanical components. In LST technology, the laser is optimized to obtain or manufacture the dimples with maximum precision. The micro-dimples reduce the coefficients of friction and also improve the wear resistance of materials. This study investigates the effect of dimple density is investigated. For this purpose, a ball-on-disc type tester is used with AISI 52100 bearing steel as the test material. Discs are textured with a 5% and 10% dimple density. Experimental work is performed with normal loads of 5 N, 10 N, and 15 N under a fixed speed of 150 rpm at room temperature. The effect of the textured surface is compared to that of the untextured one. Experimental results show that the textured surface yields lower friction coefficients compared to those of untextured surfaces. Specifically, the 10% dimple density textured surface shows better friction reduction behavior than the 5% dimple density textured sample, and has an 18% improvement in friction reduction compared with the untextured samples. Microscopic observation using a scanning electron microscope (SEM) shows that the major friction mechanisms of the AISI 52100 bearing steel are adhesion, plastic deformation, and ploughing.
Friction and wear properties of brake friction materials containing different metal fibers (Al, Cu or Steel fibers) were investigated. Based on a simple experimental formulation, friction materials with the same amount of metal fibers were tested using a pad-on-disk type friction tester. Two different materials (gray cast iron and aluminum metal matrix composite (MMC)) were used for disks rubbing against the friction materials. Results front ambient temperature tests revealed that the friction material containing Cu fibers sliding against gray cast iron disk showed a distinct negative $\mu$-v (friction coefficient vs. sliding velocity) relation implying possible stick-slip generation at low speeds. The negative $\mu$- v relation was not observed when the Cu-containing friction materials were rubbed against the Al-MMC counter surface. Elevated temperature tests showed that the friction level and the intensity of friction force oscillation were strongly affected by the thermal conductivity and melting temperature of metallic ingredients of the friction couple. Friction materials slid against cast iron disks exhibited higher friction coefficients than Al-MMC (metal matrix composite) disks during high temperature tests. On the other hand, high temperature test results suggested that copper fibers in the friction material improved fade resistance and that steel fibers were not compatible with Al-MMC disks showing severe material transfer and erratic friction behavior during sliding at elevated temperatures.
본 연구에서는 고속, 연속장업으로 이루어지고 있는 스템핑 공정에서 금형과 강판간의 접촉-슬립에 따른 마찰 및 윤활특성의 성능을 평가할 수 있도록 한 원형단면 형상의 드로오비드 마찰실험장치를 활용하여 가압력, 윤활유 특성, 드로잉 속도와 강 판의 표면특성 등에 따른 자동차용 냉연강판과 도금강판의 마찰계수와 드로오비드 저 항력에 대한 테이터 베이스를 구축하고자 한다.
In this study, we investigated the effects of copper and copper-alloy on the frictional and wear properties of low-steel friction material. The proportions of copper and copper-alloy in the brake friction materials used in passenger cars are very high (approximately 5-20% weight), and these materials have significant effects on friction and wear characteristics. In this study, the effects of cupric ingredients, such as the copper fiber and brass fiber, are investigated using the friction materials based on commercial formulations. After the copper and brass fibers from the same formulation were removed, the frictional and wear characteristics were evaluated to determine the influence of the copper and copper-alloy. We evaluated the frictional and wear characteristics by simulating various braking conditions using a 1/5 scale dynamometer. The results show that the friction material containing copper and brass fibers have excellent frictional stability and a low wear rate compared to the friction material that does not contain copper and brass fibers. These results are attributed to the excellent ductility, moderate melting point, high strength, and excellent thermal conductivity of copper and copper-alloy. We analyzed the surfaces of the friction materials before and after the performing the friction tests using a scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectroscope, confocal microscope, and roughness tester to verify the frictional behavior of copper and copper-alloy. In future studies, it will be applied to the development of copper-free friction materials based on the results of this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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