论文部分内容阅读
润滑防护涂层是利用涂层来减少两个接触面之间的摩擦磨损作用。当航天飞行器在近地轨道运行时,润滑防护涂层材料面临最苛刻的环境就是原子氧辐射,因此要求应用于航天器材料表面的润滑涂层需要有良好的抗原子氧性能。而磷酸盐粘结固体润滑涂层由于粘结性好、抗氧化、耐高温、制备工艺简单、价格低廉等优异特性极具应用潜力。磷酸盐树脂本身具备良好的空间环境适应性,但作为无机材料其本身骨架刚性较大,导致其作为润滑涂层的基础树脂时会带来韧性差、易磨损的缺陷。为了进一步提升其摩擦学性能,本文用磷酸铬铝（ACP）作为粘结剂,聚四氟乙烯（PTFE）乳液为改性剂改性ACP得到改性树脂,并在此基础上,进一步将二硫化钼（MoS2）作为固体润滑剂加入改性树脂中,设计制备了磷酸盐复合涂层。系统考察了改性树脂及复合涂层的摩擦学性能,初步明确了原子氧辐照对材料结构及摩擦磨损性能的影响机制。主要研究结果如下:（1）利用磷酸、三氧化铬、氢氧化铝制备出了ACP粘结剂,用PTFE乳液改性得到改性树脂,研究PTFE含量对改性树脂摩擦学性能的影响,结果表明:加入PTFE的含量增加,改性树脂的摩擦学性能先有一定提升后下降。当ACP与PTFE的质量比为1:0.35时,改性树脂的摩擦学性能最佳,改性树脂中的PTFE在外加载荷及摩擦力的作用下发生了塑性形变提高了树脂的摩擦学性能,当PTFE含量过低时,树脂在摩擦过程中不能形成连续的塑性形变,当PTFE含量过高,改性树脂中粘结剂含量相对降低,涂层耐磨性变差。（2）对改性树脂进行了原子氧辐照试验,考察了原子氧辐照对其摩擦学性能的影响。结果表明:原子氧辐照未对改性树脂的摩擦系数有明显影响,但涂层的质量损失和磨损率随着辐照时长的增加而增加,辐照时间增至40h时,改性树脂的质量损失不再增加,磨损率基本不再发生变化。（3）将二硫化钼作为固体润滑剂复配到聚四氟乙烯改性磷酸盐树脂中得到磷酸盐复合涂层,考察二硫化钼含量对复合涂层力学及摩擦学性能的影响。结果表明:当改性树脂与二硫化钼的质量比为1:0.3时制备得到的复合涂层力学及摩擦学性能最佳,涂层在大气环境下的摩擦系数为0.065,磨损机制为磨粒磨损,涂层在真空环境下的摩擦系数为0.02,主要磨损机制为疲劳磨损,涂层在大气环境下聚四氟乙烯和二硫化钼协同作用使得涂层具有一定的摩擦学性能,涂层在真空环境下具有更好摩擦学性能的原因是在摩擦过程中,二硫化钼在磨痕表面富集,形成连续润滑膜,提高了涂层的摩擦学性能,而在大气下涂层磨痕中的二硫化钼被氧化,不能形成连续的二硫化钼润滑膜。（4）对最佳二硫化钼含量的磷酸盐复合涂层进行原子氧辐照试验,并分析原子氧辐照对涂层侵蚀机理及摩擦磨损性能的影响。结果表明:经过原子氧辐照10h后的复合涂层在大气环境下的摩擦系数和磨损率均有上升,复合涂层在真空环境下的摩擦系数不变,磨损率升高,复合涂层在经过原子氧辐照20h后,涂层表面的PTFE完全被原子侵蚀,而二硫化钼含量基本未发生变化,涂层内部的有机组分PTFE被ACP粘结剂所保护,涂层质量不再减少,复合涂层的质量及摩擦学性能不再降低。