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 flame quenching process has been employed to modify the surfaces of commercial marine propeller material, aluminum bronze alloy (Cu-8.8Al-5Ni-5Fe), and the microstructure, hardness and wear properties of the flame-quenched layers have been studied. The thermal history was accurately monitored during the process with respect to both the designed maximum surface temperature and holding time. The XRD and EDX analyses have shown that at temperatures above $T_{\beta}$, the microstructure consisting of ${\alpha}+{\kappa}$ phases changed into the ${\alpha}+{\beta}^{\prime}$ martensite due to an eutectoid reaction of ${\alpha}+{\kappa}{\rightarrow}{\beta}$ and a martensitic transformation of ${\beta}{\rightarrow}{\beta}^{\prime}$. The ${\beta}^{\prime}$ martensite phase formed showed a face-centered cubic (FCC) crystal structure with the typical twinned structure. The hardness of the flame-quenched layer having the ${\alpha}+{\beta}^{\prime}$ structure was similar to that of the ${\alpha}+{\kappa}$ structure and depended sensitively on the size and distribution of hard ${\kappa}$ and ${\beta}^{\prime}$ phases with depth from the surface. As a result of the sliding wear test, the wear resistance of the flame-quenched layer was markedly enhanced with the formation of the ${\beta}^{\prime}$ martensite.
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.
Proceedings of the Korean Operations and Management Science Society Conference
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1995.04a
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pp.515-528
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1995
Slips and falls are the major causes of the pedestrian injuries in the industry and the general community throughout the world. With the awareness of these problems, the friction coefficients of the interface between floorings and footwear have been measured for the evaluation of slip resistant properties. During this measurement process, the surface texture has been shown to be substantially effective to the friction mechanism between shoe heels and floor surfaces under various types of walking environment. Roughness, either of the floor surface or shoe heels, provides the necessary drainage spaces. This roughness can be designed into the shoe heel but this is inadequate in some cases, especially a wear. Therefore, it is essential that the proper roughness for the floor surface coverings should be provided. The phenomena that observed at the interface between a sliding elastomer and a rigid contaminated floor surface are very diverse and combined mechanisms. Besides, the real surface geometry is quite complicate and the characteristics of both mating surfaces are continuously changing in the process of running-in so that a finite number of surface parameters can not provide a proper description of the complex and peculiar shoe - floor contact sliding mechanism. It is hypothesised that the interface topography changes are mainly occurred in the shoe heel surfaces, because the general property of the shoe is soft in the face of hardness compared with the floor materials This point can be idealized as sliding of a soft shoe heel over an array of wedge-shaped hard asperities of floor surface. Therefore, it is considered that a modelling for shoe - floor contact sliding mechanism is mainly depended upon the surface topography of the floor counterforce. With the model development, several surface parameters were measured and tested to choose the best describing surface parameters. As the result, the asperity peak density (APD) of the floor surface was developed as one of the best describing parameters to explain the ambiguous shoe - floor interface friction mechanism. It is concluded that the floor surface should be continuously monitored with the suitable surface parameters and kept the proper level of roughness to maintain the footwear slip resistance. This result can be applied to the initial stage of design for the floor coverings.
HVOF thermal spray coating of 80%WC-CoFe powder is one of the most promising candidate for the replacement of the traditional hard chrome plating and hard ceramics coating because of the environmental problem of the very toxic $Cr^{6+}$ known as carcinogen by chrome plating and the brittleness of ceramics coatings. 80%WC-CoFe powder was coated by HVOF thermal spraying for the study of durability improvement of the high speed spindle such as air bearing spindle. The coating procedure was designed by the Taguchi program, including 4 parameters of hydrogen and oxygen flow rates, powder feed rate and spray distance. The surface properties of the 80%WC-CoFe powder coating were investigated roughness, hardness and porosity. The optimal condition for thermal spray has been ensured by the relationship between the spary parameters and the hardness of the coatings. The optimal coating process obtained by Taguchi program is the process of oxygen flow rate 34 FRM, hydrogen flow rate 57 FRM, powder feed rate 35 g/min and spray distance 8 inch. The coating cross-sectional structure was observed scanning electron microscope before chemical etching. Estimation of coating porosity was performed using metallugical image analysis. The Friction and wear behaviors of HVOF WC-CoFe coating prepared by OCP are investigated by reciprocating sliding wear test at $25^{\circ}C$ and $450^{\circ}C$. Friction coefficients (FC) of coating decreases as sliding surface temperature increases from $25^{\circ}C$ to $450^{\circ}C$.
Kim, Sug-Won;Kim, Ki-Kon;Park, Jin-Sung;Kim, Dong-Keun;Yoon, Young-Gap
Journal of Korea Foundry Society
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v.25
no.1
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pp.23-29
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2005
Mechanical characteristics of Hi-Cr cast irons containing 16.8%Cr and 3.0%C were studied with various heat treatments. After as-cast Y-block ingots were annealed fully, the ingots were machined into cylinderical specimens with the size of 9mm in diameter and 20mm in length in order to investigate the effect of heat-treatments on mechanical characteristics of high Cr cast irons. All specimens were heat-treated by quenching- tempering, austempering and cyclic heat at the various temperatures(950, 1000, 1050 and $1100^{\circ}C$) respectively. The wear amount was measured for each heat-treated specimens against the counterpart of a hardened SKD11 steel at the following conditions; wearing velocity: 0.7 m/s, load: 100N and sliding distance: 70 km. After as-cast specimens were annealed, fine $M_{3}C$ carbides were formed, which affected the hardness and the wear resistance of Hi-Cr specimens. High hardness and good wear resistance were appeared on the specimens treated at 950 and $1000^{\circ}C$ and the austempered specimens show excellent wear resistance as well as high hardness.
Nylons were synthesized by anionic polymerization of ${\varepsilon}$--caprolactam while varying the content of catalyst. Polymerization rates, molecular weights, mechanical properities and frictional properties of the nylons were investigated. As the ratio of catalyst to initiator was increased up to 1.0%, the polymerization rate, conversion and molecular weight were found to increase, and mechanical properties except impact strength were improved. Frictional properties were affected mainly by tensile strength and hardness. According to the study on the friction coefficient, product of stress (P) and velocity (V), PV limit, and abrasive wear rate, nylon synthesized at 1.0% of the ratio of catalyst to initiator showed the best performance for sliding machine elements.
The beneficial effects of graduated compression stockings (GCS) in prophylaxis and treatment of venous disorders of human lower extremity have been recognized. However, their pressure functional performances are variable and unstable in practical applications, and the exact mechanisms of action remain controversial. Direct surface pressure measurements and indirect material properties testing are not enough for fully understanding the interaction between stocking and leg. A three dimensional (3D) biomechanical mathematical model for numerically simulating the interaction between leg and GCS in dynamic wear was developed based on the actual geometry of the female leg obtained from 3D reconstruction of MR images and the real size and mechanical properties of the compression stocking prototype. The biomechanical solid leg model consists of bones and soft tissues, and an orthotropic shell model is built for the stocking hose. The dynamic putting-on process is simulated by defining the contact of finite relative sliding between the two objects. The surface pressure magnitude and distribution along the different height levels of the leg and stress profiles of stockings were simulated. As well, their dynamic alterations with time processing were quantitatively analyzed. Through validation, the simulated results showed a reasonable agreement with the experimental measurements, and the simulated pressure gradient distribution from the ankle to the thigh (100:67:30) accorded with the advised criterion by the European committee for standardization. The developed model can be used to predict and visualize the dynamic pressure and stress performances exerted by compression stocking in wear, and to optimize the material mechanical properties in stocking design, thus, helping us understand mechanisms of compression action and improving medical functions of GCS.
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.
Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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2003.03a
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pp.26-26
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2003
본 연구에서는 누적압연접합공정(ARB)을 통하여 5052 알루미늄 합금의 결정립을 약 0.2$\mu\textrm{m}$ 크기로 미세화 하였다. 누적압연에 의한 변형량 증가에 따른 미세 조직 변화와 결정립 간의 상대적인 방위각 차이를 TEM을 이용하여 관찰하였다. 누적 변형량을 함수로 상온 인장특성을 분석하였고, 초미세립 소재를 후속 열처리한 후 미세 조직 변화를 관찰하여 제조된 초미세립 소재의 열적 안정성을 평가하였다. 상온 대기 중에서 pin-on-disk 형태의 마멸시험기를 사용하여 초미세립 소재의 미끄럼 마멸시험을 변형량과 하중을 변수로 행하였다. 강소성 변형에 의해 제조된 5052 알루미늄 합금 소재의 마멸저항성은 강소성 변형 전과 비교하여 소재의 경도가 크게 증가하였음에도 불구하고 오히려 감소하였다. 마멸시험 후 마멸면의 SEM, 마멸단면의 OM 관찰과 마멸면 직하의 깊이에 따른 경도측정을 통하여 초미세립 소재의 마멸기구를 분석하였고 마멸표면의 변형 층을 관찰하였다. 또한 마멸면 직하 조직의 TEM 관찰을 통해서 마멸시험 중의 미세 조직 변화를 연구하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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