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含纳米MoS2空间润滑脂的制备与摩擦学性能表征

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第一章 绪 论

1.1 润滑脂发展概述

1.2 空间润滑脂的发展现状与趋势

1.2.1 基础油

1.2.2 稠化剂

1.2.3 添加剂

1.3 空间环境对润滑脂的影响

1.3.1 高真空

1.3.2 高低温

1.3.3 强辐射

1.3.4 原子氧

1.3.5 微重力

1.4 主要研究内容

1.5 研究目的与意义

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究意义

第二章 含纳米MoS2空间润滑脂的制备

2.1 引言

2.2 纳米MoS2的制备

2.2.1 实验原理

2.2.2 主要试剂与仪器

2.2.3 实验步骤

2.2.4 纳米MoS2的表征

2.3 空间润滑脂的制备

2.3.1 原料

2.3.2 制备工艺

2.3.3 空间润滑脂的主要性能

2.4 本章小结

第三章 含纳米MoS2空间润滑脂的常规摩擦学性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂

3.2.2 空间润滑脂的制备

3.2.3 摩擦学性能测试

3.3 极压性能

3.4 减摩抗磨性能

3.5 载荷的影响

3.6 摩擦表面分析

3.7 本章小结

第四章 含纳米MoS2空间润滑脂的空间摩擦学性能

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验试剂

4.2.2 空间润滑脂的制备

4.2.3 摩擦学性能测试

4.3 真空条件下的摩擦学性能

4.3.1 测试结果

4.3.2 磨痕表征

4.4 真空辐照条件下的摩擦学性能

4.4.1 真空紫外辐照

4.4.2 真空原子氧辐照

4.5 真空高低温条件下的摩擦学性能

4.5.1 真空高温(200℃)

4.5.2 真空低温(-40℃)

4.6 本章小结

第五章 含纳米MoS2空间润滑脂的摩擦磨损机理分析

5.1 引言

5.2 大气环境中的摩擦磨损机理分析

5.3 模拟空间环境中的摩擦磨损机理分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录:攻读硕士期间发表论文与申请专利

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摘要

近年来,人类太空探索飞速发展,需要航天器的使用寿命越来越长。研究表明,运动部件的摩擦磨损是缩短航天器寿命的主要原因之一。研究高性能的空间润滑脂,对延长航天器的使用寿命具有重要意义。对于高性能空间润滑脂,合适的固体润滑添加剂是不可缺少的。MoS2具有优良的润滑性能,在真空中具有很低的挥发速率。在高真空、强辐射和高低温环境下,MoS2具有优良的摩擦学性能,可以作为润滑油脂的添加剂使用。近年来研究发现,纳米MoS2比微米MoS2具有更好的摩擦学性能。研究纳米MoS2作为空间润滑脂的添加剂对提高空间润滑脂润滑性能具有重要的实际意义。
  本学位论文首先研究了一步稠化法制备含纳米MoS2的空间润滑脂的工艺条件。选用聚α烯烃作基础油,聚四氟乙烯作稠化剂,利用超声方法将自制不同形态的纳米MoS2均匀分散到基础油中,从而制备出一种具有较高滴点和极低挥发性的空间润滑脂。
  然后利用MO-800型四球摩擦磨损试验机,考察了微米MoS2、MoS2纳米片和MoS2纳米球对空间润滑脂摩擦学性能的影响。利用扫描电子显微镜考察了钢球磨损表面的形貌。结果表明,MoS2纳米片作为空间润滑脂添加剂不仅具有最好的减摩抗磨作用,还能使空间润滑脂在高负载下具有良好的润滑性能。
  为了评价模拟空间环境下含纳米MoS2空间润滑脂摩擦学性能,利用模拟空间环境的摩擦试验装置,开展了空间润滑脂在真空、交变温度和辐照(原子氧、紫外)等环境下的摩擦学试验。利用非接触式三维轮廓仪考察了磨损表面的形貌。研究发现,MoS2纳米空心球不适宜用作空间润滑脂的减摩抗磨添加剂。MoS2纳米片比微米MoS2更能改善空间润滑脂的摩擦学性能。
  最后应用X射线能谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)等分析手段探讨了三种尺寸形态的MoS2在空间润滑脂中的摩擦磨损机理。分析认为,在大气环境下,微米MoS2通过层状结构的剪切与滑移作用来降低摩擦磨损,而MoS2纳米片和MoS2纳米球可以在摩擦表面发生摩擦化学反应,形成润滑膜。在模拟空间环境下,微米MoS2具有与大气环境下相同的摩擦磨损机理;MoS2纳米空心球容易破裂,破裂产生的冲击力使摩擦表面的磨损更加严重;MoS2纳米片易于被原子氧氧化,可以在摩擦表面发生摩擦化学反应,形成润滑保护膜,降低摩擦磨损。

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