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강정국(J. G. Kang),박태조(T. J. Park) Korean Society for Precision Engineering 2021 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 Vol.2021 No.11월
기계에서는 마찰, 마모 등과 같은 트라이볼로지에 관련된 문제가 발생하여 기계 요소의 손상이나 시스템의 정상적 구동을 방해한다. 실제에서는 마찰부의 내마모성능을 향상시키기 위하여 표면 경화 처리하거나 경질 재료로 코팅(Coating)하여 경도를 높이는 방법이 널리 적용되고 있다. 특히, TiN 코팅은 내마모성, 저마찰계수, 고경도 등과 같은 매우 우수한 트라이볼로지 특성을 보유하고 있기 때문에 절삭공구, 금형 등의 다양한 기계부품에 적용이 증대하고 있다. 경도를 정량적으로 평가하기 위하여 일반적으로 사용하는 압입경도(Indentation Hardness)는 하중을 압입자(Indenter)에 가한 다음에 이를 제거한 후 시험편에 생성된 소성변형자국인 압흔의 크기로 계산되며, 압입자의 형태와 압입하중의 크기 등에 따라서 여러 종류가 사용되고 있다. 시험기의 구조와 조작이 간단하여 현장에서 빠르고 쉽게 경도를 측정할 수 있는 일반적인 브리넬(Brinell) 경도시험은 압입자의 직경이 크고 시험하중이 높기 때문에 항복응력이 높은 재료에는 적용이 어려우며, 특히, 코팅된 경우에는 박막에 의한 경도변화가 거의 나타나지 않는다. 본 논문의 저자는 선행연구에서 압흔의 면적이 아니라 이의 깊이를 사용하는 브리넬 경도식을 사용하여 일반적인 경우뿐만 아니라 경질재료로 박막 코팅한 경우에도 브리넬 경도를 나타낼 수 있다는 해석결과를 제시하였다. 본 연구에서는 TiN/Ti 로 다층(Multilayer) 코팅된 마찰면에 구형의 미세 압입자에 의한 압입문제를 비선형 유한요소해석 소프트웨어인 MARC/MENTAT 를 사용하여 TiN 과 Ti 층의 두께변화에 따른 소성변형 형상과 소성변형률의 분포, von-Mises 및 잔류응력의 분포 등을 상세하게 고찰하고 브리넬 경도 특성을 평가하였다.