机械润滑在空间方面发展状况的研究

冀向阳 刘宇

摘 要：结合现有的经验以及查阅资料对有关空间方面的机械润滑部分进行了调查研究并且做出了分析评首先简单说明了气态水以及原子状态的氧，发射过程中的巨大的震动，强烈的过载，超低气压，强烈的辐射环境对空间中应用的机械造成在摩擦系统中的影响。其次提出了对空间是技术发展的要求以及机械应用于空间方面时所急需解决的关于如何预防由微弱摩擦、高稳定性以及间歇操作所导致的冷焊，和恶劣环境中如何延长润滑油的使用周期。详细的表述了现有的以及问题和发展进程，提出了崭新的发展方向，在现有的研究基础上明确指出日后科研重点应该放在在摩擦学方面进行的设计以及模拟进行试验

关键词：空间机械 摩擦系统

1、机械润滑在空间方面发展状况研究的背景

由于我国航天技术现在已经取得了重大突破，在现有关空间方面的机械整体性可大致分为三类：微弱摩擦噪声、微弱摩擦以及使用大周期。空间方面的机械研发十分复杂，作者结合现有的经验以及大范围的文献查阅，概括了发射过程中的外在影响因素，归纳了机械研究在空间上的应用的科研现状，目的是为了促进空间机械的发展。并且作者认为，国外的研究相对先进，但是基于现有的广度和深度很难真正的解决问题。

据上所述，作者陈述了空间中应用的机械润滑问题以及其发展研究方向等急待处理的问题。之后详细的说明了在役材料的使用性能进而推出了今后发展的主要方向以及更好的方法。

2、空间环境对摩擦系统造成的影响

首先，太空环境，包括超低气压、温度差和温度变化、低重力、强辐射、原子态氧。高真空对空间系统的影响。航天器在地球表面轨道运行相对于太空中运行时的真空度航天器内的真空度可以达到十的负四次方帕斯卡量级，高真空使得航天器零部件极易损坏，所以对润滑的要求非常高，并且好要求能够承受超低压。温度差以及温度变化，航天器运行的环境的温变可以达到负一百五十摄氏度到一百五十摄氏度，所以要求材料必须可以满足温度要求。微重力，在这样的条件下容易导致末端剧烈抖动从而降低控制的精度。强烈的辐射会导致航天器当中的机械零件严重的破坏，所以这些材料要求嫩那狗较好的抵抗辐射。原子氧，原子氧能够以较大的能量对器材进行轰击，使其蒸发和溅射，并且原子氧极易氧化材料。

其次，地面的环境以及发射期间造成的损伤。由于在发射之前都是在大气中，而航天器的软金属润滑材料以及曾装的化合物在氧气和水蒸气中责容易受到破坏使其失效，与此可知，在大气中时应该填充惰性气体保护或者可以耐腐蚀的惰性材料。在发射过程中，剧烈的震动和超重力会导致底部材料被受压而产生破坏，因此应采用高强度的材料。

3、机械在空间中的润滑的发展状况和趋势

首先，摩擦学中急需解决的空间问题。低摩擦以及低噪声是减低温升以及减轻由于接触而导致的磨损的必要条件。并且有利于提高可靠性，提高控制精度，弱化振动。位于高真空中的机械零件很容易发生扩散导致键合和冷焊以及咬死，在间歇的机械运动中尤其明显，尤为突出的是在十到一千分钟的间歇后，启动时摩擦系数会从零点一增加到零点四。在极端的工作条件下，如4K时，润滑油冻结，润滑性能以及承载能力全都下降只有MoS2可以工作，而且即使位于一千摄氏度并且高真空，仍然可以保持来良好的润滑性能。摩擦系统耐久性的影响因素复杂，包括地面和太空的环境、工况、摩擦系统、摩擦作用。

其次，空间机械现在利用的润滑材料。基础材料。过渡金属作为基础材料，如二硫属的化合物的显著优点是真空中低摩擦系数和较长的使用寿命，并且随真空度的升高摩擦系数下降，但是在湿热的大气中性能较差。软金属作为基础材料时，如镀铅膜和镀银膜，优点是摩擦性能好、化学性质稳定、可以承受恶劣环境并且保持摩擦性能，缺点是抗氧化的能力和抗氧侵蚀能力差，容易被氧化。聚合物作为基础材料时，包括PTFE和PF和EP和PPS和PAH和PI，前三者润滑性能好，后三者抗腐蚀能力好，其中PPET位于大气以及真空中都有较高的润滑性，并且抗腐蚀性能好。当蒸汽压很低的合成的润滑油被应用时，化学性质稳定，与其它材料相容性好。

由上可知，单一的基础润滑剂无法满足其使用要求，并且很难快速开发一种新的润滑剂，所以，实现较好的润滑效果的最好办法是使用复合的以及剥膜润滑的材料和多层膜。复合的材料包括以聚合物为基的复合材料，以金属和无机的非金属作为基础的符合材料，干膜，它们的优点包括施工简单、低成本，并且适用面相对较广，以物理气象的沉积作为润滑的薄膜，精度高、摩擦小、摩擦噪声小、薄膜内聚力和与底材结合强度很高。

4、结论

为实现机械系统在空间中低摩擦和低噪声以及长寿命等方面，人们已经做了很多研究尤其是在润滑剂以及润滑技术等的研究方面已经获得了相当有价值的研究成果，但这些工作不够深入，不够系统，涉及面不广泛。虽然润滑剂以及润滑技术的研发十分重要，但是摩擦副的材料也应该合理的选择。由于摩擦学基本原理，必须使用多层膜和复合材料，根据使用需求，调整配伍。并且摩擦学方面的设计也十分重要。当然，根據机械学和摩擦学的原理，对系统机械性能以及摩擦性能综合进行优化设计，要经过对材料的标准的试验结果进行分析以及摩擦系统试验结果进行模拟仿真和失效分析的结果等，并且利用计算机简历模拟系统以方便预测材料性能更好的完善摩擦学的理论。

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