괴상(bulk), 경질도포층(hard coating deposit), 연성박막(thin film)의 표면물성(surface property)을 분석하고 미세경도와 나노경도의 상관관계를 도출하였다. 동적 나노 압침법으로 표면의 기계적 특성을 분석하고 유한요소해석으로 검증하였다. 시료는 60% 냉간 압연된 0.1 wt.% Gd-이상 스테인레스 강, 아크 이온 플레이트법으로 제조된 Ti-Al-Si-N 경질도포층, 마그네트론 스퍼터법으로 제조된 Cu 박막을 준비하고 금상학적 평가를 수행하였다.
60% 냉간 압연된 0.1 wt.% Gd-이상 스테인레스 강의 페라이트와 오스테나이트 상의 비율은 약 59 : 41 [vol.%] 이었고, 평균 결정립 크기는 약 51 [㎛] 이었다. 상온 인공해수에서 부동태가 관찰되었고 부식전위와 부식속도는 각각 ?907 [mVSHE], 3.1 [mA/cm2] 이었다. 나노압침법에 의하여 측정한 오스테나이트 상의 나노경도와 탄성계수 값은 페라이트 상의 값보다 높았다. Oliver 모델을 적용한 오스테나이트와 페라이트 상의 탄성하강강성도는 각각 168, 218 이며 오스테나이트 상이 작았다. Alekhin 모델을 적용한 오스테나이트와 페라이트 상의 마찰계수와 피로한계 값은 각각 0.429, 0.080, 0.401, 0.067 로써 오스테나이트 상의 값이 높았다.
AISI-4340 강판 위에 도포된 Ti-Al-Si-N 도포층 표면에는 약 1.0 [㎛] 크기의 나줄(nodule)과 홈(dent)이 존재하였고, 증착온도가 300에서 500 [°C] 로 증가하면 증착속도가 증가하였다. 도포층 표면에 비해 상대적으로 나줄 내에 질소함량이 높았다. 상온 인공해수에서 부동태가 존재하지 않으며 부식전위와 부식속도는 각각 ?34~-39 [mVSHE], -5.1~-5.2 [mA/cm2] 이었다. 증착온도 300, 500 [°C] 인 Ti-Al-Si-N 도포층의 탄성하강강성도, 마찰계수, 피로한계는 각각 106, 116, 0.323, 0.021, 0.388, 0.024 로써 증착온도가 증가하면 증가하였다.
압연된 Invar 박판 위에 도포된 Cu 박막의 표면에는 약 40 [nm] 크기의 균열이 존재하였고, 스퍼터 전력량이 증가할수록 증착속도가 증가하였다. Cu/Invar 박판이 Invar 박판보다 면저항 값이 34%로 작았다. Invar 박판 위에 Cu가 증착되면 최대자화와 투자율은 각각 40.3, 65.0 [%] 감소하였다. Cu 박막의 탄성하강강성도, 마찰계수, 피로한계는 각각 45, 0.130, 0.093 이었다. 동적 나노 압침법으로 얻은 괴상, 경질도포층, 연성박막의 하중-시간-변위 곡선의 가장 큰 차이는 탄성하강강성도(elastic stiffness) 이었다.
0.1 wt.% Gd-이상 스테인레스 강, 증착온도가 300, 500 [°C] 인 Ti-Al-Si-N 도포층, Cu 박막의 미세경도 값은 각각 302, 2208, 2434, 240 [Hv] 이었다. 미세경도와 나노경도의 실험적 관계식은 Y[GPa] = 9.18x10-3X[Hv] 이었다. 나노압침선단의 하중분포를 이차원 선형 및 비선형 유한요소해석을 통하여 10 [mN] 의 정적하중을 가한 0.1 wt.% Gd-이상 스테인레스 강의 오스테나이트와 페라이트 상에서는 35.7, 36.2 [mN] 의 하중집중이 존재하고, Ti-Al-Si-N 도포층은 37.5 [mN] 로 예측되었으며 1 [mN] 의 정적하중을 가한 Cu 박막은 486 [mN] 으로 예측되었다. 이는 표면탐침현미경으로 관찰한 압흔의 변형정도와 유사한 경향을 보였다.