ptfe基复合材料在真空低温条件下的摩擦磨损性能研究

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1、工学硕士学位论文PTFE基复合材料在真空低温条件下的摩擦磨损性能研究STUDYONTHETRIBOLOGICALPROPERTIESOF PTFE-BASEDCOMPOSITSMETERIALSUNDER VACUUMANDCRYOGENICCONDITIONS商全哈尔滨工业大学2009年6月哈尔滨工业大学工学硕士学位论文以很容易成为完全清洁的同类金属摩擦，这就是真空下润滑的困难所在[8]。温度影响。一般将温度在-153.15℃以下的环境称为超低温环境[9]。诸如红外或远红外探测器、液氧泵、液氢泵等都是在超低温下工作[10]。如月球上，白昼温度为130~150℃，太阳不能照

2、射到的阴影区和夜晚期间的月球表面温度为-180~-160℃[11]。因此，用于空间机械的润滑剂和各种自润滑复合材料的热稳定性和抗温变性能都必须满足一定要求。对于温度的影响，常采用温控系统解决此技术难题[12]。微重力的影响。航天器处于微重力状态，摩擦力矩扰动（摩擦噪声）容易使机构受到反作用而发生抖动，尤其微重力状态下的末端抖动效应显著，从而导致精确控制速度和位置的机构无法正常工作。因此要求所采用的润滑剂必须具有低而平稳的摩擦系数。强辐射的影响。太空中存在很强的电磁辐射和高能粒子辐射[13]。其中，电磁辐射主要指γ射线、X射线和紫外线辐射。这些都能对空间机械零部件造成侵蚀破坏

3、。高能粒子辐射主要包括高能电子、质子、太阳风（热电子和质子）及空间碎片的作用。它们都可以对空间机械零部件造成冲击破坏。太空辐射可以导致溅射、蒸发、电离及有机物交联、聚合和断链。航天器的运行轨道越高，太空强辐射对其造成的破坏作用越严重。因此，用于制造空间机械的材料必须具有良好的抗辐射性能，或者采用有效的屏蔽防护措施以减轻空间机械摩擦副的损伤[14-16]。本课题是模拟真空低温条件，进行摩擦磨损实验,研究真空度、温度、转速等对摩擦配副材料之间摩擦的摩擦系数以及摩擦机理的影响，并得到摩擦性能比较优异的摩擦配副材料。为苛刻环境下移动载体驱动轴转向轴非正交传动车轮系统提供重要数据。对

4、空间机械在苛刻条件下的各项性能进行研究，研制出新型润滑材料应用于运动副中，将以不同于传统润滑材料的方式起减摩抗磨作用，为航天器的可靠性提供重要技术支持，是非常急需的。1.2国内外在该方向的研究现状及分析从上世纪中叶开始，美国、前苏联等几个主要世界大国，就早已将空间技术作为重要的战略目标，投入巨额经费，开展长期、系统的研究。目前，美国NASA、欧洲空间摩擦学实验室（ESTL）、日本航空与航天发展局（NASDA）和俄罗斯宇航局等均建立了比较完善的空间摩擦学研究系统，开展了比较深入、系统的基础研究。而我国，随着航天界对空间材料环境行为认识水平的提高，国内对于航天器材料的环境效应日

5、益重视。航天总装与环境工程部、哈尔滨工业大学、中科院金属所、北京航空航天大学等众多研究单位都对航天器以及其适应环境做了系统深入的研究[17]。在空间摩擦学研究领域中，突出的问题是目前还缺少摩擦副在超低温、真空、-2-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文重载和高速等苛刻条件下的有关数据：①塑料或金属基复合材料和固体薄膜润滑剂的摩擦系数和磨损率；②各种典型的摩擦学系统的磨损动力学、摩擦化学和摩擦学行为；③各种实际摩擦副工作表面破坏的识别方法，以及工况和环境参数对其摩擦学特性的影响；④点接触的导热率。1.2国内外在真空摩擦学方面的研究随着人类对宇宙空间的探索，为了保证人造卫星的发射和宇

6、宙飞船中机器的正常工作，必须解决真空中的摩擦、磨损、润滑等问题。研究表明,真空摩擦具有如下特点[18,19]：(1)吸附膜难以再生，摩擦副表面容易产生粘着或冷焊。在正常大气压条件下，摩擦面上的吸附膜是瞬间生成。而在真空条件下，由于周围介质稀薄，摩擦面上的保护性吸附膜很难生成。因此，摩擦时，摩擦面上的材料是裸露的，摩擦表面缺乏氧化膜和其他吸附膜的保护作用，改变了材料的摩擦学特性。(2)在超高真空条件下，液体润滑剂因蒸发速率高而不能使用，一般采用自润滑材料，固体润滑剂和软金属层。(3)在高真空条件下，因为在生成金属皂时候，没有氧气、水蒸气，从而导致润滑剂失效。(4)真空条件下，

7、相同配副摩擦系数明显增大。表1-1为不同金属摩擦副在空气中和除去表面膜后在真空中实验所得的摩擦系数。表1-1不同金属摩擦副摩擦系数对比表摩擦副在空气中在真空中镍-钨0.64.6铜-铜0.54.8金-金0.64.51.3国内外在低温摩擦学方面的研究温度为0~-273.5℃的条件下的摩擦属于低温摩擦。如各种冷却液输送泵轴向和径向密封以及在低温条件下工作的滚动轴承和滑动轴承等。低温摩擦时，摩擦介质不同，摩擦特性也不同[20]，表1-2为不锈钢与不同的非金属材料在液体冷却介质中摩擦时的摩擦系数。常见的超低温液体有液氢、液氮