空间摩擦学及其材料的研究进展

综述了空间苛刻服役环境及其对空间摩擦学材料性能影响的研究,深入分析了空间环境对空间摩擦材料、空间耐磨材料和空间减摩材料摩擦磨损机理的影响。空间摩擦材料主要应用于空间对接机构及空间机械臂中,应具有稳定的摩擦力矩与优良的抗黏着磨损性能。空间耐磨材料主要应用于空间轴承、齿轮和密封件等部件中,如FeAl金属间化合物在高温下抗蠕变性急剧下降,常通过添加金属元素(Ce,Cr,Mn,Mo,Nb,W等)及固体润滑剂提高材料抗蠕变性能;Ti及其合金常通过表面改性改善黏着性;与基体结合性良好的耐磨涂层可以较大程度的改善材料的耐磨性。空间减摩材料主要指润滑剂与自润滑材料,如软金属Pb、高分子材料PI和PTFE等,以及某些金属的氧化物,氟化物和硫化物等,能较好地降低材料表面的摩擦因数。随着航天科技的发展,亟须开发新型高性能空间摩擦学材料,建立摩擦学材料数据库,以应对国际航天技术发展的挑战。     

碳纤维增强树脂基摩擦材料摩擦磨损性能

为提高树脂基摩擦材料摩擦因数稳定性,改善其抗热衰退性能。以碳纤维作为增强纤维,采用热压成型工艺制备碳纤维增强树脂基摩擦材料;用XD-MSM型定速摩擦试验机测定摩擦磨损性能,研究了不同含量碳纤维增强对树脂基摩擦材料摩擦磨损性能的影响;利用VK-X200三维激光扫描显微镜观察了摩擦材料磨损后表面的微观形貌并探讨其磨损机理。结果表明,碳纤维增强树脂基摩擦材料的硬度、压缩强度和剪切强度均得到提高,并随碳纤维含量的增加而逐渐增大;碳纤维增强作用提高了树脂基摩擦材料的耐磨性和摩擦因数的稳定性,改变了树脂基摩擦材料的摩擦磨损形式;碳纤维含量为4wt%的增强树脂基摩擦材料摩擦因数稳定性较高,抗热衰退性能较好,磨损机制主要为疲劳磨损。     

宽温域连续润滑的Ni3 Al 基自润滑复合材料

报道了一种从室温到1 000℃能够连续润滑的Ni3Al基自润滑复合材料.该材料选用高温强度和抗氧化性优异的Ni3Al金属间化合物为基体材料,利用多种高、低温固体润滑剂的复合和协同效应实现了宽温域连续润滑.本文介绍了利用真空热压烧结方法制备该自润滑复合材料的简要过程,研究了材料的高温力学性能,并在球盘式高温摩擦试验机(HT-1000型)和销盘式高速摩擦试验机上分别测试了不同温度和转速下Ni3Al基自润滑复合材料的摩擦磨损性能.结果表明,材料在1 000℃时具有优异的力学性能(压缩强度40～45 MPa)和自润滑性能(摩擦因数0.28 ～0.25),在高载和高速条件下具有稳定的更低的摩擦因数.     

丙烯酸酯类修补剂粘结性能和可灌性研究

丙烯酸酯类修补剂是一种由主剂和引发剂、增塑剂等合成的高分子聚合物,其粘度可以通过反应温度和时间来控制,是一种适宜修补混凝土微细裂缝的材料。本文主要针对丙烯酸酯类修补剂的粘结强度和可灌性进行试验研究,通过添加有机改性剂,来提高粘结性能和可灌性。试验结果表明,有机改性后,粘结强度提高了14%以上,可灌性提高了20%～30%。     

PTFE/30CrMnSiNi2A 的重载摩擦性能

采用PTFE与30CrMnSiNi2A钢制成自润滑轴承,在重载工况下进行了数值模拟及试验分析,研究了自润滑轴承的主要失效形式、摩擦面状态及性能对摩擦性能的影响,并分析了轴承的磨损机理.结果表明:该轴承在重载下以润滑层失效为主要破坏形式,改善摩擦面能够有效提高轴承的摩擦性能;在摩擦过程中PTFE不断被挤出,形成转移润滑膜,起到了减小摩擦因数的作用.     

固体自润滑材料极端温度环境适应能力研究

模拟月球表面极端高低温环境,对空间飞行器机构活动部件常用固体自润滑材料进行极端温度环境存贮实验.通过拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、冲击强度、摩擦磨损等性能研究,评价固体自润滑材料在月面极端高低温环境下的生存适应能力.结果表明,两种典型空间用固体自润滑材料模拟三个月球日经历极端温度环境存储实验后,各项性能都未发生明显变化.     

重载自润滑推力轴承摩擦性能的数值模拟与验证

使用ANSYS软件对重载条件下服役的自润滑推力轴承进行了摩擦性能模拟,并对计算进行了地面试验验证和研究。结果表明:小于0.4 mm厚的自润滑轴衬有利于减少轴承接触面的应力,降低摩擦因数,减少轴衬的厚度,提高轴衬材料的压缩强度、热导率等有利于降低轴衬材料的工作温度,提高轴衬的使用寿命。Nomex/PTFE复合自润滑材料的摩擦因数随载荷的增加而稳定降低,在145 MPa的重载荷下出现0.017极低摩擦因数。     

高新航空武器装备的发展对含氟材料的需求

介绍了氟橡胶，氟涂料，氟塑料金属自润滑材料，新型膨化聚四氟乙烯的性能特点及在国内外飞机上的应用概况。由于高分子材料经氟化改性后会有更好的稳定性和更长的使用寿命，因此，设计员在设计某些有特殊功能要求的结构时，可以重点考虑上述材料。     

TC4-DT钛合金磨削表面特性及其摩擦磨损性能

钛合金是一种典型难磨削加工材料,磨削表面易出现烧伤、裂纹等热损伤。本文开展了TC4-DT钛合金磨削实验,通过扫描电镜（SEM）、能谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、显微硬度仪、金相显微镜及球-盘摩擦磨损实验仪研究了其表面特性及摩擦磨损性能。结果表明：低速磨削表面质量好,摩擦磨损性能较基体略提高;当砂轮线速度为80 m/s时,磨削表面质量良好,摩擦系数为0.38,较基体降低40%;而砂轮线速度为100 m/s时,磨削表面出现严重烧伤、网状裂纹。因此选择合理的高速磨削工艺可避免烧伤、裂纹等热损伤缺陷,并可有效改善表面摩擦磨损性能;磨削表面干摩擦磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损和剥层磨损。     

纤维织物增强树脂基复合材料的重载摩擦性能

采用高强纤维与聚四氟乙烯纤维混编织物增强树脂制成自润滑复合材料,在重载摩擦工况下进行了摩擦试验,研究了不同的高强纤维、基体树脂对表面温度、应力、摩擦因数及压缩强度的影响,并对自润滑复合材料的“PTFE转移润滑膜”的减摩机理进行了分析.结果表明,重载条件下织物A/改性酚醛树脂综合性能优异,摩擦过程中摩擦表面形成“PTFE转移润滑膜”,摩擦因数达到0.018.     

耐高温聚合物复合材料的摩擦与磨损

介绍复合材料结构与组成对其摩擦、磨损特性方面研究的最新成果，具体讨论不同聚合物基体，尤其是耐高温聚合物，不同的增强材料及附加的内润滑剂对复合材料摩擦系数及磨损率的影响，并探讨其摩擦、磨损机理．     

镍基耐高温自润滑刷式封严涂层研究

为满足先进航空发动机刷式封严对涂层材料自润滑耐磨性能的要求,采用等离子喷涂技术制备了NiCoCrAlY-Cr_2O_3和NiCoCrAlY-Cr_2O_3-AgMo两种复合涂层;采用扫描电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱和高温摩擦磨损试验等分析测试手段研究了涂层的物相组成、微观结构、力学性能以及摩擦磨损性能。结果表明:研制的两种新型涂层具有较低的孔隙率、较高的显微硬度和结合强度,从20℃到800℃的磨损量都在10~(-5)mm~3·N~(-1)·m~(-1)数量级,显示出优异的耐磨性能;NiCoCrAlY-Cr_2O_3涂层在摩擦系数随着温度的升高而降低,在800℃达到最低值0.3;NiCoCrAlY-Cr_2O_3-AgMo涂层从400~800℃的摩擦系数一直保持在0.23左右。对其摩擦机理的研究表明:400℃时涂层与高温合金GH4145对磨件之间形成连续的含Ag润滑膜,600℃以上时摩擦表面生成的Ag_2MoO_4自润滑相显著降低了涂层的摩擦和磨损。     

Effect of Counterface Material on Friction and Wear Behavior of Ni-Cr-W-Al-Ti-MoS_2 Composites

Ni-Cr-W-Al-Ti-MoS2 self-lubricating composites were prepared through the powder metallurgy (P/M) method. Their friction properties were investigated by a pin-on-disk tribometer in the range from the room temperature to 600 ℃. Alumina, silicon nitride and nickel-iron-sulfide alloys were selected as the counterface materials. Results indicate that the lowest friction coefficients under 0.22 can be obtained at 600 ℃ when rubbed against alumina. When rubbed against nickel-iron-sulfide alloys, are presented the lowest wear rates in the magnitude of 10-6 mm3/N·m, one order of magnitude lower than those when rubbed against ceramics. In the case of three rubbing pairs, the wear rates of the composite containing MoS2 present themselves inversely proportional to friction coefficients. With alumina ceramics used as a counterface, transfer films and glaze layers will form on the contact surface playing a main role in lubrication at high temperatures. However, when silicon nitride and nickel-iron-sulfide alloy are used, the lubricating transfer films appear not to be promi-nent.     

Tribological performance of hydrogenated diamond-like carbon coating deposited on superelastic 60NiTi alloy for aviation self-lubricating spherical plain bearings

It is imperative to develop a novel matching of metallic substrate and self-lubricating coating for aircraft spherical plain bearing in a wide range of service conditions. As a new type of superelastic material, 60NiTi alloy meets the performance requirements of aerospace bearing materials, but exhibits poor tribological performance, especially under the conditions of dry sliding friction. A Hydrogenated Diamond-Like Carbon (H-DLC) coating was deposited on the 60NiTi alloy to improve its tribological performance. The microstructure and mechanical behavior of the 60NiTi alloy and its H-DLC coating were explored. Results show that improvement of friction and wear performance of the H-DLC coating deposited on the 60NiTi substrate is mainly achieved by graphitization at the friction interface and the transfer film produced on the counterpart ball. The increased friction load leads to intensification of graphitization at the friction interface and formation of continuous and compact transfer film on the surface of the counterpart ball.     

固体润滑技术在空间机械中的应用

对空间机械润滑的特殊性作了简要的分析,评述了各种固体润滑材料在空间环境中的摩擦磨损性能,介绍了各种固体润滑膜的制备工艺及其在空间机械中的应用情况,并指出了有待进一步研究的问题。     

旋翼减摆自润滑衬套疲劳试验温度设计与控制

以高分子材料自润滑衬套为研究对象,其摩擦阻尼为旋翼摆振铰提供减摆阻尼,在直升机飞行时,摆振铰作周期摆振运动,产生大量的热,引起衬套温度升高,易造成摆振自润滑衬套阻尼值剧烈变化。通过建立旋翼支臂摆振铰自润滑衬套摩擦生热模型,计算了摆振铰摩擦总热流量,按摩擦副接触面最高温度相等假设计算热流量分配。对传热过程应用有限元稳态热进行求解,获得了直升机旋翼运转时摆振铰摩擦副的温度分布,再进行自润滑衬套疲劳耐久性试验装置水冷散热等同性分析,最终确定了试验装置控制温度参数,为旋翼摆振铰自润滑衬套疲劳耐久性考核试验设计和验证提供参数。