空间润滑脂的研究进展

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1、航天器环境工程第30卷第1期14sPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING2013年2月空间润滑脂的研究进展程亚洲1，胡献国1，徐玉福1，孙晓军2(1．合肥工业大学摩擦学研究所，合肥230009；2．中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室，兰州730000)摘要：空间环境中高真空、高低温、强辐射、原子氧和微重力等恶劣因素对空间润滑脂的结构和性能提出了特殊要求。为了满足空间运动部件高可靠性和长寿命的要求，需要改善空间润滑脂的性能。文章主要从基础油、稠化剂和添加剂这3个方面介绍和分析了空间润滑脂的研究进展及发展方向。关键词：空间润滑；航天器；

2、润滑脂；摩擦学中图分类号：V51文献标志码：A文章编号：1673—1379(2013)01—0014-06DoI：10．3969巧．issn．1673-1379．2013．01．0030引言美国NASA的研究表明，相当比例的空间机械部件失效同润滑不当有关【1]。因此，各种空间机械部件的长期有效润滑对提高航天器使用寿命至关重要。由于空间润滑油容易挥发，不利于长期润滑，所以在空间润滑剂发展的初期，主要使用的是固体润滑剂。但是固体润滑剂的油膜被破坏后很难恢复，而且其摩擦阻力较大，所消耗的能量也大【2】。空间润滑脂为半固体状润滑剂，可黏附在倾斜表面，甚至在垂直表面上不流失，而在外

3、力作用下会发生形变和流动，因此被广泛应用于空间机械润滑【3J。与在大气环境中使用的润滑脂相比，空间用润滑脂除了要具备通常的性能之外，还需要具备低挥发性、优良的高低温性能以及良好的耐空间环境的能力【4J。空间润滑脂在轨工作环境与地面不同，必须考虑高真空、高低温、强辐射、原子氧和微重力等因素对润滑脂结构和性能的影响[51。本文主要从基础油、稠化剂和添加剂等3个方面介绍和分析空间润滑脂的发展现状与发展趋势。l基础油基础油是空间润滑脂不可缺少的液体组分，其在空间润滑脂中的质量约占70％～90％，有些高达97％。空问润滑脂产品许多性能取决于基础油的性质，因此讨论空间润滑脂的发展应首

4、先从基础油开始。在过去的50年，基础油的发展主要经历了精致矿物油、硅油、合成脂、全氟聚醚以及合成烃润滑油等【1J。近年来，离子液体作为新型空间润滑材料的基础油受到很多研究者的关注[6]。1．1精致矿物油精致矿物油与添加剂的相容性良好，在人类太空探索的早期被用作空间润滑脂的基础油。20世纪60年代，矿物油曾作为主要的空间液体润滑剂用于航天器的动量轮和反作用飞轮上。但是由于矿物油在真空中挥发性大、黏温特性较差、凝点高，所以在空间应用中逐渐被合成油取代。1．2硅油硅油是一种液体聚硅氧烷，具有较低的蒸气压和凝点，化学稳定性好，同时具有良好的黏温特性和抗水解性，在太空探索中经常被用

5、作空间润滑基础油【7J。但是硅油在接触表面的爬行性和边界润滑性能较差，明显不如后来研发的全氟聚醚(PFPE)和聚。【烯烃(PAO)。硅油还容易在摩擦表面形成聚合物沉积，影响设备使用寿命佟J。因此，硅油作为空间设备的润滑剂具有一定的局限性。1．3合成脂合成脂是目前合成润滑脂使用较多的一类基础油，在空间润滑中有大量应用。在20世纪70年收稿日期：2012．11．06；修回日期：2013—01—21基金项目：国家自然科学基金(项目编号：50475071)和固体润滑国家重点实验室基金(项目编号：0907)作者简介：程亚洲(1986一)，男，硕士学位，从事空间润滑脂研究；E-mai

6、l：2902956@163．c,om。通信作者：胡献国(1963一)，男，教授，博士生导师，主要研究方向为发动机摩擦学；E-mail：huxianguo@126．tom。第1期程亚洲等：空间润滑脂的研究进展15代，合成脂被应用在航天器的轴承和精密仪器上。美国NYE公司生产的以脂类油为基础油的UC7、UC9等产品，符合MIL—L一83176规范，在航天器上得到大量应用。合成脂具有优良的润滑性能(含边界润滑性能)和高低温性能(凝点低，黏温性能好)，而且与添加剂有良好的相容性。但是其真空挥发性比较高，而且易吸水，水解稳定性差。因此，在使用中需考虑它的水解和挥发性问题。1．4全氟

7、聚醚(PFPE)全氟聚醚(PFPE)目前主要有Fomblin、KJvtox和Demnum【9j3个系列产品。它在空间机械上的润滑应用已有几十年的历史，特别是在一些精度要求高的组件的润滑中得到了广泛应用【l0

8、。PFPE具有很低的饱和蒸气压、突出的热稳定性、优良的化学惰性，但是一般的抗磨损、抗氧化添JJN齐U难以溶解于其中；而且在高于260℃时，PFPE又容易与金属发生反应，尤其是在路易斯酸和A1C13的催化作用下极易发生分解。1．5合成烃20世纪90年代初，人们开始了第三代液体空问润滑剂的开发工作【3，11l，近年来，合成烃正