機械潤滑在空間方面發(fā)展狀況的研究

冀向陽 劉宇

摘 要：結(jié)合現(xiàn)有的經(jīng)驗以及查閱資料對有關(guān)空間方面的機械潤滑部分進行了調(diào)查研究并且做出了分析評首先簡單說明了氣態(tài)水以及原子狀態(tài)的氧，發(fā)射過程中的巨大的震動，強烈的過載，超低氣壓，強烈的輻射環(huán)境對空間中應用的機械造成在摩擦系統(tǒng)中的影響。其次提出了對空間是技術(shù)發(fā)展的要求以及機械應用于空間方面時所急需解決的關(guān)于如何預防由微弱摩擦、高穩(wěn)定性以及間歇操作所導致的冷焊，和惡劣環(huán)境中如何延長潤滑油的使用周期。詳細的表述了現(xiàn)有的以及問題和發(fā)展進程，提出了嶄新的發(fā)展方向，在現(xiàn)有的研究基礎上明確指出日后科研重點應該放在在摩擦學方面進行的設計以及模擬進行試驗

關(guān)鍵詞：空間機械 摩擦系統(tǒng)

1、機械潤滑在空間方面發(fā)展狀況研究的背景

由于我國航天技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)取得了重大突破，在現(xiàn)有關(guān)空間方面的機械整體性可大致分為三類：微弱摩擦噪聲、微弱摩擦以及使用大周期?？臻g方面的機械研發(fā)十分復雜，作者結(jié)合現(xiàn)有的經(jīng)驗以及大范圍的文獻查閱，概括了發(fā)射過程中的外在影響因素，歸納了機械研究在空間上的應用的科研現(xiàn)狀，目的是為了促進空間機械的發(fā)展。并且作者認為，國外的研究相對先進，但是基于現(xiàn)有的廣度和深度很難真正的解決問題。

據(jù)上所述，作者陳述了空間中應用的機械潤滑問題以及其發(fā)展研究方向等急待處理的問題。之后詳細的說明了在役材料的使用性能進而推出了今后發(fā)展的主要方向以及更好的方法。

2、空間環(huán)境對摩擦系統(tǒng)造成的影響

首先，太空環(huán)境，包括超低氣壓、溫度差和溫度變化、低重力、強輻射、原子態(tài)氧。高真空對空間系統(tǒng)的影響。航天器在地球表面軌道運行相對于太空中運行時的真空度航天器內(nèi)的真空度可以達到十的負四次方帕斯卡量級，高真空使得航天器零部件極易損壞，所以對潤滑的要求非常高，并且好要求能夠承受超低壓。溫度差以及溫度變化，航天器運行的環(huán)境的溫變可以達到負一百五十攝氏度到一百五十攝氏度，所以要求材料必須可以滿足溫度要求。微重力，在這樣的條件下容易導致末端劇烈抖動從而降低控制的精度。強烈的輻射會導致航天器當中的機械零件嚴重的破壞，所以這些材料要求嫩那狗較好的抵抗輻射。原子氧，原子氧能夠以較大的能量對器材進行轟擊，使其蒸發(fā)和濺射，并且原子氧極易氧化材料。

其次，地面的環(huán)境以及發(fā)射期間造成的損傷。由于在發(fā)射之前都是在大氣中，而航天器的軟金屬潤滑材料以及曾裝的化合物在氧氣和水蒸氣中責容易受到破壞使其失效，與此可知，在大氣中時應該填充惰性氣體保護或者可以耐腐蝕的惰性材料。在發(fā)射過程中，劇烈的震動和超重力會導致底部材料被受壓而產(chǎn)生破壞，因此應采用高強度的材料。

3、機械在空間中的潤滑的發(fā)展狀況和趨勢

首先，摩擦學中急需解決的空間問題。低摩擦以及低噪聲是減低溫升以及減輕由于接觸而導致的磨損的必要條件。并且有利于提高可靠性，提高控制精度，弱化振動。位于高真空中的機械零件很容易發(fā)生擴散導致鍵合和冷焊以及咬死，在間歇的機械運動中尤其明顯，尤為突出的是在十到一千分鐘的間歇后，啟動時摩擦系數(shù)會從零點一增加到零點四。在極端的工作條件下，如4K時，潤滑油凍結(jié)，潤滑性能以及承載能力全都下降只有MoS2可以工作，而且即使位于一千攝氏度并且高真空，仍然可以保持來良好的潤滑性能。摩擦系統(tǒng)耐久性的影響因素復雜，包括地面和太空的環(huán)境、工況、摩擦系統(tǒng)、摩擦作用。

其次，空間機械現(xiàn)在利用的潤滑材料?；A材料。過渡金屬作為基礎材料，如二硫?qū)俚幕衔锏娘@著優(yōu)點是真空中低摩擦系數(shù)和較長的使用壽命，并且隨真空度的升高摩擦系數(shù)下降，但是在濕熱的大氣中性能較差。軟金屬作為基礎材料時，如鍍鉛膜和鍍銀膜，優(yōu)點是摩擦性能好、化學性質(zhì)穩(wěn)定、可以承受惡劣環(huán)境并且保持摩擦性能，缺點是抗氧化的能力和抗氧侵蝕能力差，容易被氧化。聚合物作為基礎材料時，包括PTFE和PF和EP和PPS和PAH和PI，前三者潤滑性能好，后三者抗腐蝕能力好，其中PPET位于大氣以及真空中都有較高的潤滑性，并且抗腐蝕性能好。當蒸汽壓很低的合成的潤滑油被應用時，化學性質(zhì)穩(wěn)定，與其它材料相容性好。

由上可知，單一的基礎潤滑劑無法滿足其使用要求，并且很難快速開發(fā)一種新的潤滑劑，所以，實現(xiàn)較好的潤滑效果的最好辦法是使用復合的以及剝膜潤滑的材料和多層膜。復合的材料包括以聚合物為基的復合材料，以金屬和無機的非金屬作為基礎的符合材料，干膜，它們的優(yōu)點包括施工簡單、低成本，并且適用面相對較廣，以物理氣象的沉積作為潤滑的薄膜，精度高、摩擦小、摩擦噪聲小、薄膜內(nèi)聚力和與底材結(jié)合強度很高。

4、結(jié)論

為實現(xiàn)機械系統(tǒng)在空間中低摩擦和低噪聲以及長壽命等方面，人們已經(jīng)做了很多研究尤其是在潤滑劑以及潤滑技術(shù)等的研究方面已經(jīng)獲得了相當有價值的研究成果，但這些工作不夠深入，不夠系統(tǒng)，涉及面不廣泛。雖然潤滑劑以及潤滑技術(shù)的研發(fā)十分重要，但是摩擦副的材料也應該合理的選擇。由于摩擦學基本原理，必須使用多層膜和復合材料，根據(jù)使用需求，調(diào)整配伍。并且摩擦學方面的設計也十分重要。當然，根據(jù)機械學和摩擦學的原理，對系統(tǒng)機械性能以及摩擦性能綜合進行優(yōu)化設計，要經(jīng)過對材料的標準的試驗結(jié)果進行分析以及摩擦系統(tǒng)試驗結(jié)果進行模擬仿真和失效分析的結(jié)果等，并且利用計算機簡歷模擬系統(tǒng)以方便預測材料性能更好的完善摩擦學的理論。

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