IalEleetroniePublishing經(jīng)過對主潤滑劑、輔助潤滑劑及樹脂體系的研t固體膜潤滑劑又稱干膜潤滑劑或固體潤滑涂層，是固體潤滑材料的主要類型之一，與常規(guī)的油脂潤滑相比，固體膜潤滑劑可在高溫、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)境條件下有效地潤滑。可以充當(dāng)固體潤滑材料的物質(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)型固體膜潤滑劑應(yīng)用最廣，多年的研究表明，粘結(jié)型固體膜潤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滑劑。

　　我國從20世紀(jì)70年代起就進(jìn)行了固體膜潤滑劑的研究，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)型固體潤滑膜，用“潤滑劑組成使用工藝-機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)”一體化的潤滑技術(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干膜潤滑劑和艙內(nèi)機(jī)構(gòu)用的GYM-8干膜潤滑劑兩類。

　　1BJ型固體膜潤滑劑。

　　固體膜潤滑劑主要是由“固體潤滑材料”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滑層。

　　11配方研究可以作為固體潤滑劑的材料很多，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)動摩擦力很大的地方。因而選定M0S2作為固體潤滑材料。

　　通過對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)要求的干膜潤滑劑（牌號定為BJ-A，BJ-1A）解決了飛船艙外機(jī)構(gòu)用的潤滑技術(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滑劑的組成配方，分別命名為BJ-A和BJ-1A.并對其形成的潤滑膜層進(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號噴氣燃料、10號航空液壓油、8號航空潤滑油、120號汽油）、腐蝕（50RH95%，500h）、貯存等方面的測試，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了技術(shù)要求。

　　122熱真空環(huán)境下的性能針對宇航特殊工況的要求，對潤滑膜在高溫、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，潤滑膜的附著力、摩擦系數(shù)、壽命結(jié)果見表2表2潤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)一步限制了潤滑材料內(nèi)在性能的發(fā)揮，因此對潤滑膜的附著力及低溫固化下的潤滑性能都提出了很高的要求。針對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滑劑，篩選輔助潤滑劑以增強(qiáng)二硫化鉬的性能；采用粘結(jié)型的潤滑膜形式，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、二硫化鉬主潤滑劑-輔助潤滑劑潤滑體系中選出了最佳材料方案，確定了最終配方，牌號定為GYM-8型固體膜潤滑劑。

　　22性能研究對潤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)評價(jià)二硫化鉬的潤滑特性，其特征如所示。隨著摩擦行程d的延長，摩擦系數(shù)逐漸下降。這種特征表明在運(yùn)動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-樹脂潤滑膜的摩擦特性用Felex摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)評價(jià)粘結(jié)型二硫化鉬-樹脂潤滑膜的摩擦特性，同樣具有上述特征，而摩擦系數(shù)更低，耐磨壽命更長。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)型二硫化鉬潤滑膜的摩擦特性對GYM-8粘結(jié)型二硫化鉬潤滑膜，用Felex摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)評價(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)高擠壓條件下的潤滑要求。

　　222物理化學(xué)性能根據(jù)指標(biāo)性能要求對選定配方進(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)在啟動時(shí)達(dá)到的峰值為0 GYM-8粘結(jié)型二硫化鉬潤滑膜的摩擦特性Fig3TribologypropertiesofGYM-8 223與潤滑脂的相容性按照委托單位的要求，還進(jìn)行了GYM -8二硫化鉬固體潤滑膜與MoS2鋰基潤滑脂的相容性試驗(yàn)；-8二硫化鉬固體潤滑膜的試片上涂上MoS鋰基潤滑脂，經(jīng)過4天后發(fā)現(xiàn)潤滑膜不軟，用硬物也不容易刮掉。單獨(dú)的鋰基潤滑脂在Felex試驗(yàn)機(jī)上不能維持穩(wěn)定的潤滑，啟動時(shí)的摩擦系數(shù)為0. 08~0.09然后迅速失效。把GYM-8二硫化鉬固體潤滑膜涂上MoS2鋰基潤滑脂在Felex試驗(yàn)機(jī)上試驗(yàn)，摩擦系數(shù)在006~008之間波動，在不太長的時(shí)間內(nèi)失效，比單獨(dú)的GYM-8潤滑膜的耐磨時(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-8兩種固體膜潤滑劑以極壓性能優(yōu)良的二硫化鉬為主潤滑劑和相應(yīng)的輔助潤滑劑，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)境下的潤滑要求。載人飛船機(jī)構(gòu)上的成功應(yīng)用，表明固體膜潤滑技術(shù)在航天技術(shù)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。