IalEleetroniePublishing經(jīng)過對(duì)主潤(rùn)滑劑、輔助潤(rùn)滑劑及樹脂體系的研t固體膜潤(rùn)滑劑又稱干膜潤(rùn)滑劑或固體潤(rùn)滑涂層，是固體潤(rùn)滑材料的主要類型之一，與常規(guī)的油脂潤(rùn)滑相比，固體膜潤(rùn)滑劑可在高溫、高負(fù)荷、超低溫、超高真空、強(qiáng)氧化還原、強(qiáng)輻射等特殊環(huán)境條件下有效地潤(rùn)滑。可以充當(dāng)固體潤(rùn)滑材料的物質(zhì)很多，其中最為典型的有石墨、二硫化鉬等層狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)，鉛、銀等軟金屬，以及聚四氟乙烯、尼龍等高分子材料。其中粘結(jié)型固體膜潤(rùn)滑劑應(yīng)用最廣，多年的研究表明，粘結(jié)型固體膜潤(rùn)滑劑不僅具有較低的摩擦系數(shù)和較高的承載能力，而且還具有較長(zhǎng)的耐磨壽命和較好的防腐性能、良好的耐溫性能及密封性能等。上世紀(jì)50年代初，美國(guó)制定了二硫化鉬的軍用標(biāo)準(zhǔn)，最先在飛機(jī)上采用了這類材料，國(guó)外在包括宇宙飛船在內(nèi)的各種空間飛行器中也使用不同類型的二硫化鉬潤(rùn)滑劑。

　　我國(guó)從20世紀(jì)70年代起就進(jìn)行了固體膜潤(rùn)滑劑的研究，而且已有一批成熟的材料應(yīng)用于飛機(jī)的機(jī)體，發(fā)動(dòng)機(jī)等機(jī)載設(shè)備。本文介紹的在飛船機(jī)構(gòu)上應(yīng)用的研究結(jié)果，是根據(jù)飛船設(shè)計(jì)要求的技術(shù)條件所進(jìn)行的一項(xiàng)自主創(chuàng)新的研究，其創(chuàng)新處在于不同于國(guó)內(nèi)外空間技術(shù)中常用的濺射型二硫化鉬膜，而是采用粘結(jié)型固體潤(rùn)滑膜，用“潤(rùn)滑劑組成使用工藝-機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”一體化的潤(rùn)滑技術(shù)滿足了飛船各種機(jī)構(gòu)的工作要求，具有濺射膜技術(shù)的不可替代性。主要分為艙外機(jī)構(gòu)用的BJ干膜潤(rùn)滑劑和艙內(nèi)機(jī)構(gòu)用的GYM-8干膜潤(rùn)滑劑兩類。

　　1BJ型固體膜潤(rùn)滑劑。

　　固體膜潤(rùn)滑劑主要是由“固體潤(rùn)滑材料”與“粘結(jié)劑”和“各種性能改進(jìn)劑和溶劑”組成，噴涂在金屬表面揮發(fā)干燥后，在一定溫度下粘結(jié)劑固化后就形成了一層粘結(jié)在金屬表面的薄的潤(rùn)滑層。

　　11配方研究可以作為固體潤(rùn)滑劑的材料很多，比較常用的是石墨和二硫化鉬。M0S2在空氣中最高使用溫度390C，連續(xù)使用溫度為350C；石墨在空氣中最高使用溫度540°C，連續(xù)使用溫度為450°C；同時(shí)MaS比石墨具有更低的摩擦系數(shù)。在真空中石墨顯出高摩擦系數(shù)、高摩損特性。同時(shí)M0S2具有很好的抗輻射性。有研究曾經(jīng)把石墨放在混合式反應(yīng)器的輻射流中，中子劑量為366x102CNVX發(fā)現(xiàn)石墨晶格嚴(yán)重破壞，而MoS2在同樣條件下無變化。在掃描電鏡下觀察出MoS2對(duì)金屬底材有良好的粘附性。MoS2還具有高的承載能力，在經(jīng)過高載荷運(yùn)轉(zhuǎn)后可以使表面的粗糙度變得光滑，其抗壓能力、防止金屬直接接觸的能力極大（可以達(dá)到345（MPa），可以用在運(yùn)動(dòng)摩擦力很大的地方。因而選定M0S2作為固體潤(rùn)滑材料。

　　通過對(duì)耐高溫性好的酚醛樹脂、耐低溫性好的有機(jī)硅樹脂及粘結(jié)性好的三種類型的樹脂進(jìn)行篩選試驗(yàn)，最終確定了以環(huán)氧樹脂作為粘結(jié)劑，以高分散性的二硫化鉬為主潤(rùn)滑成分，配合輔助劑和溶劑體系制成的符合合同技術(shù)要求的干膜潤(rùn)滑劑（牌號(hào)定為BJ-A，BJ-1A）解決了飛船艙外機(jī)構(gòu)用的潤(rùn)滑技術(shù)。

　　12性能研究1 21物理化學(xué)性能究篩選確定了兩種固體潤(rùn)滑劑的組成配方，分別命名為BJ-A和BJ-1A.并對(duì)其形成的潤(rùn)滑膜層進(jìn)行綜合性能研究，主要包括外觀、厚度、附著力、耐熱性/3h），耐液體介質(zhì)（3號(hào)噴氣燃料、10號(hào)航空液壓油、8號(hào)航空潤(rùn)滑油、120號(hào)汽油）、腐蝕（50RH95%，500h）、貯存等方面的測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了技術(shù)要求。

　　122熱真空環(huán)境下的性能針對(duì)宇航特殊工況的要求，對(duì)潤(rùn)滑膜在高溫、低溫、真空試驗(yàn)后的性能進(jìn)行試驗(yàn)，采用將固體膜潤(rùn)滑劑噴涂在試片和Falex試驗(yàn)件上進(jìn)行在（-15~15*C）的溫度范圍，大氣壓力小于103Pa的環(huán)境下試驗(yàn)后，我們進(jìn)行附著力、摩擦系數(shù)及壽命試驗(yàn)。結(jié)果如表1.表1膜層不同試驗(yàn)條件下性能結(jié)果從考核結(jié)果表1看出，潤(rùn)滑膜在高溫、低溫、真空試驗(yàn)后的附著力、摩擦系數(shù)、磨損壽命均表現(xiàn)出穩(wěn)定的特性，盡管試驗(yàn)后的壽命有減少的傾向，但至少達(dá)到5萬余次循環(huán)的磨損壽命足以滿足飛船結(jié)構(gòu)的要求。

　　123輻照性能試驗(yàn)潤(rùn)滑膜試驗(yàn)件經(jīng)輻照光譜100~ 4000總輻照量10675x104kcal/cm2條件下輻照后，潤(rùn)滑膜的附著力、摩擦系數(shù)、壽命結(jié)果見表2表2潤(rùn)滑膜輻照后性能試驗(yàn)結(jié)果照后摩擦系數(shù)、附著力、飛船結(jié)構(gòu)件相互滑動(dòng)靈活性、及配合靈活性均全部達(dá)到技術(shù)要求。

　　2GYM-8型固體膜潤(rùn)滑劑21配方研究由于飛船艙內(nèi)機(jī)構(gòu)在工作過程中瞬間承受極大擠壓力，機(jī)構(gòu)發(fā)生塑性變形，擠壓強(qiáng)度超過金屬的屈服強(qiáng)度，其摩擦特性完全不同于一般的滑動(dòng)摩擦，是一種工作時(shí)間雖短但十分苛刻的摩擦學(xué)過程。金屬機(jī)構(gòu)表面粗糙度小，與潤(rùn)滑膜的結(jié)合力較差但同時(shí)所要求的固化溫度又較低，這樣就進(jìn)一步限制了潤(rùn)滑材料內(nèi)在性能的發(fā)揮，因此對(duì)潤(rùn)滑膜的附著力及低溫固化下的潤(rùn)滑性能都提出了很高的要求。針對(duì)這些性能要求材料選擇的重點(diǎn)就放在了如何在苛刻使用條件下能提供低摩擦、低磨損、防輻射等獨(dú)特性能的研究上。

　　我們采用了極壓性能優(yōu)良的二硫化鉬作為主潤(rùn)滑劑，篩選輔助潤(rùn)滑劑以增強(qiáng)二硫化鉬的性能；采用粘結(jié)型的潤(rùn)滑膜形式，以粘結(jié)力強(qiáng)的環(huán)氧樹脂為粘結(jié)劑，同時(shí)配合使用低溫固化劑。最終在包括環(huán)氧樹脂低溫固化劑粘結(jié)體系、二硫化鉬主潤(rùn)滑劑-輔助潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑體系中選出了最佳材料方案，確定了最終配方，牌號(hào)定為GYM-8型固體膜潤(rùn)滑劑。

　　22性能研究對(duì)潤(rùn)滑膜的性能考核集中在摩擦性能和指標(biāo)性能上，試驗(yàn)結(jié)果如下。

　　221摩擦性能飛船艙內(nèi)機(jī)構(gòu)在實(shí)際工作過程中的摩擦狀態(tài)難于在，從中體現(xiàn)出了GYM-8型固體膜潤(rùn)滑劑在摩擦性能的優(yōu)越性。

　　2211二硫化鉬的摩擦特性用環(huán)塊式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)二硫化鉬的潤(rùn)滑特性，其特征如所示。隨著摩擦行程d的延長(zhǎng)，摩擦系數(shù)逐漸下降。這種特征表明在運(yùn)動(dòng)過程中二硫化鉬晶粒不斷取向，同時(shí)因其強(qiáng)極性以及硫原子的活性，和金屬表面發(fā)生物理吸附和化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致表面硫化膜的形成而使摩最終達(dá)到穩(wěn)定。

　　2212粘結(jié)型二硫化鉬-樹脂潤(rùn)滑膜的摩擦特性用Felex摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)粘結(jié)型二硫化鉬-樹脂潤(rùn)滑膜的摩擦特性，同樣具有上述特征，而摩擦系數(shù)更低，耐磨壽命更長(zhǎng)。是它的承載能力特性，以維持運(yùn)轉(zhuǎn)1分鐘而摩擦系數(shù)仍保持穩(wěn)定的載荷L作為承載能力。可以看到，隨著載荷強(qiáng)度的提高，摩擦系數(shù)不斷下降，至550MPa以上，才逐漸升高，但即使在該階段，也不發(fā)生金屬表面間的粘結(jié)（冷焊）。如果以啟動(dòng)前的靜載荷計(jì)算則載荷強(qiáng)度要高一倍。

　　2213GYM-8粘結(jié)型二硫化鉬潤(rùn)滑膜的摩擦特性對(duì)GYM-8粘結(jié)型二硫化鉬潤(rùn)滑膜，用Felex摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)其摩擦特性，如所示。和相似，并具有更低的摩擦系數(shù)。它的承載能力特性見。與相比，在較低載荷下摩擦系數(shù)開始增大，這是因?yàn)镚YM-8采用較低的固化溫度、底材的粗糙度較小且沒有表面處理的緣故。如果以啟動(dòng)前的靜載荷計(jì)算則載荷強(qiáng)度要高一倍。

　　綜合上面試驗(yàn)結(jié)果可以看到，GYM-8粘結(jié)型二硫化鉬潤(rùn)滑膜具有低摩擦、高承載能力的特性，能夠滿足飛船內(nèi)部機(jī)構(gòu)高擠壓條件下的潤(rùn)滑要求。

　　222物理化學(xué)性能根據(jù)指標(biāo)性能要求對(duì)選定配方進(jìn)行了外觀、厚度、附著力（軸承鋼、普通鋼、5A06錫青銅）、摩擦系數(shù)的驗(yàn)證試驗(yàn)，全部達(dá)到了合同規(guī)定的指標(biāo)要求，其中膜層厚度為5~15Um，摩擦系數(shù)為009~003（摩擦系數(shù)在啟動(dòng)時(shí)達(dá)到的峰值為0 GYM-8粘結(jié)型二硫化鉬潤(rùn)滑膜的摩擦特性Fig3TribologypropertiesofGYM-8 223與潤(rùn)滑脂的相容性按照委托單位的要求，還進(jìn)行了GYM -8二硫化鉬固體潤(rùn)滑膜與MoS2鋰基潤(rùn)滑脂的相容性試驗(yàn)；-8二硫化鉬固體潤(rùn)滑膜的試片上涂上MoS鋰基潤(rùn)滑脂，經(jīng)過4天后發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑膜不軟，用硬物也不容易刮掉。單獨(dú)的鋰基潤(rùn)滑脂在Felex試驗(yàn)機(jī)上不能維持穩(wěn)定的潤(rùn)滑，啟動(dòng)時(shí)的摩擦系數(shù)為0. 08~0.09然后迅速失效。把GYM-8二硫化鉬固體潤(rùn)滑膜涂上MoS2鋰基潤(rùn)滑脂在Felex試驗(yàn)機(jī)上試驗(yàn)，摩擦系數(shù)在006~008之間波動(dòng)，在不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)失效，比單獨(dú)的GYM-8潤(rùn)滑膜的耐磨時(shí)間短很多。

　　3應(yīng)用情況及推廣前景研制開發(fā)的BJ和GYM-8兩種固體膜潤(rùn)滑劑以極壓性能優(yōu)良的二硫化鉬為主潤(rùn)滑劑和相應(yīng)的輔助潤(rùn)滑劑，采用粘結(jié)力強(qiáng)的環(huán)氧樹脂為主要粘結(jié)劑，配合使用低溫固化劑，采用“潤(rùn)滑劑配方-涂膜工藝-機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)配伍”一體化的技術(shù)措施，形成厚度僅6~12Um的低摩擦、高耐磨涂層滿足了機(jī)構(gòu)高擠壓應(yīng)力條件下的極壓潤(rùn)滑要求，具有濺射膜技術(shù)的不可替代性，目前已經(jīng)成功應(yīng)用于載人飛船的各種機(jī)構(gòu)上。性能全部滿足飛船機(jī)構(gòu)耐高溫、低溫、真空、抗輻照特殊環(huán)境下的潤(rùn)滑要求。載人飛船機(jī)構(gòu)上的成功應(yīng)用，表明固體膜潤(rùn)滑技術(shù)在航天技術(shù)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。