空间机械润滑研究的发展现状

根据研究工作积累并结合文献资料调研，对空间机械润滑研究的发展现状作了综合、归纳、分析与评述．首先，简要阐明了空间机械所经历的地面水蒸汽和氧，发射过程中的强烈振动和冲击过载，太空高真空和原子氧及强辐射等对空间机械摩擦学系统的影响．接着，根据空间技术发展的需要，提出并讨论了急等解决的空间机械摩擦副降低摩擦和提高稳定性，间歇操作状态下的润滑和防止冷焊，以及极端环境中的润滑和延长使用寿命等问题；比较系统地阐述了现有空间润滑材料的特性和存在的问题及其研究动态，指出这类材料总的发展趋势是多元复合或合金化和多层膜．针对空间机械润滑研究的现状，明确强调摩擦学材料表面及次表面层的优化处理，提高复合材料中各组元间的界面结合强度，改进摩擦学设计和模拟试验等，都应当列为空间机械摩擦学系统今后研究的重点     

Ti_3SiC_2-Al_2O_3复合材料在不同液体介质中的摩擦磨损性能

采用真空热压烧结工艺制备了Ti3SiC2和Ti3SiC2-Al2O3复合材料,考察了其与GCr15钢球配副在无润滑条件、去离子水和乙醇介质中的摩擦磨损性能.研究结果表明:在无润滑条件和去离子水中,2种摩擦副的摩擦学性能较差;在乙醇中,2种摩擦副均表现出优异的摩擦学性能;从无润滑条件到去离子水和乙醇介质中,2种摩擦副的磨损机理受从钢球到盘的单向转移以及摩擦氧化控制.与单一Ti3SiC2材料相比,Ti3SiC2-Al2O3复合材料具有更好的摩擦学性能.     

新型人工关节仿生润滑系统设计及滑液摩擦学特性研究

通过摩擦学系统分析，指出了目前人工关节无润滑系统的结构缺陷．为解决此缺陷，提出了一种包括生物滑液、人工关节摩擦配副和仿生关节囊的新型人工仿生关节摩擦学系统结构，并对系统设计以及其改善现有人工关节系统润滑的潜在优越性进行了讨论．采用销-盘摩擦磨损试验机对影响人工关节仿生润滑系统摩擦学性能的滑液进行了模拟试验前的快速初步评价．结果表明，滑液可显著改善人工关节副的摩擦学特性，但其效果同系统条件及其结构元素有关．在研制仿生滑液和设计其摩擦学特性模拟试验方法时，必须结合这些影响因素进行设计和试验．     

网纹型表面微结构对Ti-6Al-4V水润滑摩擦学特性的影响

研究了Ti-6Al-4V合金表面网纹型微结构与Si3N4小球对摩时的水润滑摩擦学性能.利用电火花加工技术在Ti-6Al-4V合金表面加工出不同尺寸的网纹结构,运用正交试验设计方法分析了网纹宽度、深度、间宽比和网纹角度对Ti-6Al-4V合金水润滑摩擦学性能的影响.结果表明:具有合适几何参数的网纹结构能够降低摩擦副在水润滑条件下的摩擦系数和磨损量.当网纹角度在45°时,摩擦副的摩擦系数和磨损量能同时降低.网纹宽度对稳态摩擦系数的影响最大,而网纹深度和夹角对摩擦副材料的磨损影响最大.     

摩擦学研究的发展概况与趋势

本文简要地综述了近年来摩擦学研究(包括摩擦与磨损的机理、润滑力学、材料与润滑剂、表面技术与工程和摩擦学设计等方面)取得的进展,并就摩擦学研究各领域的发展趋势作了预测。作者特别强调在今后的摩擦学研究中应当注意下述几个方向:摩擦学研究已从传统的力学向材料科学与技术转移;适合于高温应用的或具有低摩擦长寿命的摩擦学材料和润滑剂;磁记录和微型机械的微观摩擦学及纳米级材料摩擦学;摩擦学设计和摩擦学知识的转移。     

高温发汗润滑膜覆盖率预测模型的研究

本文基于高温发汗自润滑材料的特征,建立了其润滑膜的覆盖率模型.利用广义W-M函数产生的粗糙表面,讨论了摩擦表面粗糙度、环境温度及材料参数等因素对发汗润滑膜覆盖率的影响.研究表明:通过降低摩擦表面粗糙度、提高基体材料孔隙率,固体润滑剂熔浸深度和环境温度可以增加摩擦表面边界润滑膜覆盖率,改善摩擦副的摩擦学性能.研究为高温发汗自润滑材料润滑控制及其摩擦副的设计提供理论依据.     

往复条件下织构表面的摩擦学性能研究

为研究往复运动条件下织构表面的润滑减摩性能,选取销-盘式摩擦副,考察了0%、7%、11%和20% 4种织构密度在不同的速度下对摩擦系数的影响规律。结果表明：表面织构的引入使摩擦副在较低的速度下进入流体润滑区域,扩大了流体润滑区域的范围,这与摩擦副在相对转动条件下的结论一致;处于流体润滑区域的织构表面的摩擦系数不一定小于同等工况条件下处于混合润滑区域的无织构表面的摩擦系数;当无织构表面处于流体润滑区域时,试验所涉及的同等工况条件下的不同织构密度表面反而增大了摩擦系数。研究结果也说明了在对表面织构进行摩擦学设计时,应当考虑摩擦副的运动形式因素。     

聚双环戊二烯在干摩擦和油润滑条件下的摩擦学性能

采用反应注射成型法制备了聚双环戊二烯(PDCPD)材料,力学性能测定结果表明所得材料具有较高韧性和刚性.利用MM-200摩擦试验机考察了PDCPD材料在干摩擦和液体石蜡润滑下的摩擦学性能,结果表明:干摩擦条件下,负荷在一定范围内时材料呈现黏着磨损,而当负荷较高时,发生严重的机械切削和塑性变形,呈现类似于疲劳磨损的磨损方式;液体石蜡润滑条件下,材料呈现典型的磨粒磨损,在所研究的负荷范围内表现出优良的摩擦学性能.     

三种典型船舶轴承复合材料的物理性能对摩擦学行为的影响研究

船舶轴承内衬复合材料的摩擦磨损往往伴随微纳接触界面材料的拉伸、撕裂、剥落和温升等物理行为,其物理性能对其摩擦学性能有重要影响.本文中检测了三种典型船舶轴承复合材料(塑料聚合物、赛龙合成橡胶和铁犁木材料)的拉伸强度、撕裂强度、热变形温度和亲水性,通过在RTEC多功能摩擦磨损试验机上考察了三种材料的摩擦磨损行为,并用激光共聚焦显微镜(CLSM)和扫描电镜(SEM)观察了试样磨损形貌,讨论了三种复合材料的典型物理性能对其摩擦磨损行为的影响规律.结果表明:良好的撕裂强度和拉伸强度、较高的热变形温度使得赛龙材料具有良好的耐磨损性能;具有优异亲水性的铁犁木材料在水润滑条件下具有极低的初始滑动摩擦系数.研究结果可为选择和设计船舶轴承复合材料摩擦配副提供指导依据.     

固体润滑及其研究的重要性

所谓固体润滑是指“利用固体粉末、薄膜或某些整体材料来减少两承载表面之间的摩擦、磨损或其他形式的表面破坏的作用”。它是摩擦学的重要组成部分之一。固体润滑的现象很复杂,影响因素也很多,稍许改变其中某一因素就可能导致润滑效果的急剧变化。正因为如此,不少专家认为,固体润滑材料的摩擦学特性与材料的强度、硬度等固有性能不同,它是工作条件及材料的机械、物理与化学等性能的综合结果。固体润滑的研究一般包括固体润滑剂和固体润滑材料的研制,以及它们的性能评价,试验设备和测试方法,表征参数,生产经验和质量控制指标,产品规格,使用经验,润滑作用机理和失效机理,及其结构与性能的关系等方面的探索。     

氮化钛硬质薄膜在不同种类润滑油下的摩擦学性能研究

采用球-盘摩擦试验机分别考察了氮化钛硬质薄膜与轴承钢和氮化硅陶瓷组成的摩擦副在不同种类润滑油条件下的摩擦学性能,并表征了其磨痕表面形貌与元素成份.结果显示:与Ti N硬质薄膜干摩擦性能相比,润滑油可显著降低摩擦系数,延长磨损寿命,且具有较长烷基碳链的润滑油性能较优;当上试球材料不同时,其油润滑条件下的性能亦不同.相同润滑油条件下,氮化硅球作为摩擦副时,其润滑性能优于轴承钢球.磨痕表面形貌及能谱分析结果表明:具有较长烷基碳链的润滑油在摩擦副研磨滑动过程中起到油性剂的作用,而短碳链硅油分子结构中含有氯元素,虽通过摩擦化学反应生成边界润滑膜,但不完整致密,以致短时间内润滑失效.     

LANGMUIR—BLODGETT膜及其摩擦行为

本文回顾了Langmuir-Blodgett膜(简称LB膜)的发展简史,综述了各种类型LB膜的制备方法和利用其解决磁记录技术中超薄润滑问题的现状等,并且阐述了影响LB膜成膜质量的因素,论述了速度、负荷和LB膜之累积层数等对LB膜摩擦行为的影响。文章最后还提出了为把LB膜应用于摩擦学领域所必须深入研究的几个问题。作者认为,由于LB膜具有无与伦比的超薄和厚度容易控制,以及分子取向有序等诸多优点,故其除在磁记录技术中的应用外,对解决空间技术中的某些润滑问题及一些小负荷工况下的超薄润滑问题都将发挥重要作用。     

不同载荷和温度下碳烟对柴油机油摩擦学性能的影响

在SRV IV摩擦磨损试验机上,采用球-盘接触方式,考察了不同碳烟浓度的柴油机油在不同载荷和温度下的摩擦学特性,借助三维表面形貌仪、扫描电子显微镜及能谱仪、拉曼光谱探讨了由于载荷或温度改变引起含碳烟柴油机油摩擦学性能发生变化的原因.结果表明:当柴油机油中碳烟质量分数为5%时,当载荷或温度升高引起含碳烟柴油机油的摩擦学性能出现突变.突变表现为摩擦系数升高,磨损剧烈增加.分析认为,碳烟含量较高时,温度或载荷的升高容易引起润滑油膜破裂,出现乏油润滑,导致磨损加剧,摩擦系数升高.     

氧化铝/钼自润滑结构陶瓷表面三维复合润滑层的制备与摩擦学性能研究

应用先进的激光表面加工技术,在Al_2O_3/Mo层状自润滑结构陶瓷表面制备了微坑型织构.将织构图案作为固体润滑剂的贮存槽,通过在其中引入固体润滑剂形成三维复合润滑层.考察了复配润滑剂对织构化氧化铝/钼复合陶瓷在室温至800℃连续加热过程中的协同润滑作用,并通过磨损表面分析探讨了其在宽温域下的润滑机理.结果表明:通过集成固体润滑剂优异的减摩抗磨性能和微织构特殊的结构特征,可使氧化铝/钼复合陶瓷在室温、中温区域的摩擦学性能得到显著改善,实现了材料在较宽温度范围内的连续润滑.复合Graphite/BaSO_4/CaF_2-BaF_2的表面在室温至800℃温度范围内的摩擦系数均保持在0.45以下.     

磁场作用下基础油和含磷酸三甲酚酯润滑油的摩擦磨损特性

在四球摩擦磨损试验机的摩擦区域外加磁场,考察了150SN基础油和添加磷酸三甲酚酯(TCP)润滑油在磁场作用下的摩擦磨损性能,用扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱仪(XPS)分别分析了磨斑表面形貌及典型元素的化学状态,并对摩擦学机理进行了初步探讨.摩擦学试验结果表明:在磁场作用下,基础油和含TCP润滑油中钢球的磨斑直径均比无磁场时小,而两种油样的摩擦系数均比无磁场时大.XPS分析表明:磁场对润滑油摩擦学性能的影响与边界润滑膜的性质有关,磁场有利于TCP中P和O元素与金属表面的键合,促进了金属表面摩擦化学反应膜的形成,增强了含TCP润滑油的抗磨性能.     

铜和石墨对铁基含油自润滑复合材料机械及摩擦学性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了铁基含油自润滑复合材料,考察了Cu与石墨的含量对铁基含油自润滑复合材料的机模样性能、摩擦学性能及组织结构的影响,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及光学显微镜等对材料的组分、显微组织形态和结构以及磨损表面形貌等进行了系统的观察和分析,结果表明：添加适量Cu的Fe-Cu二元系材料的机械性能和摩擦学性能明显优于Fe系材料,这主要是因为Cu的加入改变了材料的微观结构。添加适量石墨的Fe-Cu-石墨三元系材料比Fe-Cu二元系材料具有更优异的摩擦学性能,但机械性能有所下降,这主要是由于石墨与油的协同润滑效应和石墨的加入改变了材料的微观结构所致。     

油溶性烷氧基硼酸钠的制备及其抗磨减摩性能研究

合成了油溶性烷氧基硼酸钠,用红外光谱（IR）和等离子体原子吸收光谱（ICP）表征其结构与组成,在四球及环块摩擦磨损试验机上考察了其摩擦学性能,采用扫描电子显微镜（SEM）及光电子能谱仪（XPS）观察分析磨斑表面成分。结果发现：所合成的油溶性含硼和钠的化合物在磨斑表面形成由FeB,Fe2B和沉积物等组成的抗磨减摩膜,从而显著改善油品的抗磨减摩性能。     

硅碳氢润滑油的空间长寿命润滑性能分析

为分析硅碳氢润滑油(SiCH)在真空边界润滑工况下的润滑特性,采用真空螺旋轨道摩擦试验机(SOT)测试了在1.5、1.75和2 GPa三种接触应力下润滑油的名义润滑寿命,利用真空往复摩擦试验机(SRV)测试了润滑油的往复滑动摩擦系数. 利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)及X射线光电子能谱仪(XPS)对磨斑表面进行显微形貌、元素组成及化学状态进行分析. 结果表明:硅碳氢润滑油的真空名义润滑寿命较高,达到1 936 r/μg(转/微克),其往复滑动摩擦系数和磨斑直径较815Z全氟聚醚润滑油均较小,耐磨寿命较长,具有良好的真空边界润滑性能. 真空四球试验前后润滑油的红外透过率分析结果表明,润滑油在红外地球敏感器工作的14~16.25 μm波段透过率无明显变化. 在电机真空寿命验证试验中,采用硅碳氢润滑油润滑的扫描电机旋转次数最高已达6.04×108次. 润滑油的摩擦性能测试和电机寿命验证试验结果为处于边界润滑工况下的空间运动机构润滑失效提供了定量的判据,也为其他类似工况下的运动机构长寿命润滑设计提供试验依据.      

几种含铅有机化合物作为润滑油添加剂的摩擦学特性及作用机理研究

在 2 0 0 SN矿物基础油中 ,用原位合成法、复分解法以及微波辅助合成法分别合成了月桂酸铅、油酸铅、环烷酸铅、硬脂酸铅和烷基水杨酸铅 .用四球摩擦磨损试验机 ,在高速低负荷及低速高负荷两组试验条件下评价了其摩擦学性能 .结果表明 :不同结构羧酸铅的油溶性、抗磨减摩性能以及抗极压性能存在较大差异 ,其摩擦学性能与羧基结构密切相关 ,环烷酸铅和烷基水杨酸铅的油溶性最好 ;月桂酸铅的抗磨性能和抗极压性能最好 ,油酸铅的减摩性能最好 .通过对铅盐分子结构及相应钢球磨斑表面进行扫描电子显微镜和 X射线光电子能谱分析 ,发现铅盐对基础油摩擦学性能的改善归因于摩擦过程中有机铅盐在摩擦副表面形成一定强度的吸附膜以及部分吸附膜转化为铅氧化物膜的摩擦化学反应 .铅盐烷基链结构的不同使其在摩擦副表面的吸附量和吸附强度不同 ,从而影响润滑油膜的化学组成和物理性能 ,并进而产生摩擦学性能差异     

含硼咪唑啉化合物的摩擦学性能研究

利用四球试验机考察了２种含硼咪唑啉化合物在水中的摩擦性能,并用Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）研究了磨斑表面边界膜的化学组成,摩擦试验表明,含硼咪啉化合物在水中具有良好的润滑性能和承载能力,表面分析证明,含硼咪唑啉化合物的减摩抗磨作用取决于摩擦化学反应生成的有机咪唑啉,ＲＢ（ＯＨ）２及部分分解产物的复合膜。