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、高負荷、超低溫、超高真空、強氧化還原、強輻射等特殊環(huán)境條件下有效地潤滑。可以充當固體潤滑材料的物質(zhì)很多，其中最為典型的有石墨、二硫化鉬等層狀結構物質(zhì)，鉛、銀等軟金屬，以及聚四氟乙烯、尼龍等高分子材料。其中粘結型固體膜潤滑劑應用最廣，多年的研究表明，粘結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50年代初，美國制定了二硫化鉬的軍用標準，最先在飛機上采用了這類材料，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70年代起就進行了固體膜潤滑劑的研究，而且已有一批成熟的材料應用于飛機的機體，發(fā)動機等機載設備。本文介紹的在飛船機構上應用的研究結果，是根據(jù)飛船設計要求的技術條件所進行的一項自主創(chuàng)新的研究，其創(chuàng)新處在于不同于國內(nèi)外空間技術中常用的濺射型二硫化鉬膜，而是采用粘結型固體潤滑膜，用“潤滑劑組成使用工藝-機構設計”一體化的潤滑技術滿足了飛船各種機構的工作要求，具有濺射膜技術的不可替代性。主要分為艙外機構用的BJ干膜潤滑劑和艙內(nèi)機構用的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“粘結劑”和“各種性能改進劑和溶劑”組成，噴涂在金屬表面揮發(fā)干燥后，在一定溫度下粘結劑固化后就形成了一層粘結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器的輻射流中，中子劑量為366x102CNVX發(fā)現(xiàn)石墨晶格嚴重破壞，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（可以達到345（MPa），可以用在運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、耐低溫性好的有機硅樹脂及粘結性好的三種類型的樹脂進行篩選試驗，最終確定了以環(huán)氧樹脂作為粘結劑，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要求的干膜潤滑劑（牌號定為BJ-A，BJ-1A）解決了飛船艙外機構用的潤滑技術。

　　12性能研究1 21物理化學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，各項指標均達到了技術要求。

　　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、真空試驗后的性能進行試驗，采用將固體膜潤滑劑噴涂在試片和Falex試驗件上進行在（-15~15*C）的溫度范圍，大氣壓力小于103Pa的環(huán)境下試驗后，我們進行附著力、摩擦系數(shù)及壽命試驗。結果如表1.表1膜層不同試驗條件下性能結果從考核結果表1看出，潤滑膜在高溫、低溫、真空試驗后的附著力、摩擦系數(shù)、磨損壽命均表現(xiàn)出穩(wěn)定的特性，盡管試驗后的壽命有減少的傾向，但至少達到5萬余次循環(huán)的磨損壽命足以滿足飛船結構的要求。

　　123輻照性能試驗潤滑膜試驗件經(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)、壽命結果見表2表2潤滑膜輻照后性能試驗結果照后摩擦系數(shù)、附著力、飛船結構件相互滑動靈活性、及配合靈活性均全部達到技術要求。

　　2GYM-8型固體膜潤滑劑21配方研究由于飛船艙內(nèi)機構在工作過程中瞬間承受極大擠壓力，機構發(fā)生塑性變形，擠壓強度超過金屬的屈服強度，其摩擦特性完全不同于一般的滑動摩擦，是一種工作時間雖短但十分苛刻的摩擦學過程。金屬機構表面粗糙度小，與潤滑膜的結合力較差但同時所要求的固化溫度又較低，這樣就進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二硫化鉬的性能；采用粘結型的潤滑膜形式，以粘結力強的環(huán)氧樹脂為粘結劑，同時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性能上，試驗結果如下。

　　221摩擦性能飛船艙內(nèi)機構在實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)塊式摩擦磨損試驗機評價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。這種特征表明在運動過程中二硫化鉬晶粒不斷取向，同時因其強極性以及硫原子的活性，和金屬表面發(fā)生物理吸附和化學反應，導致表面硫化膜的形成而使摩最終達到穩(wěn)定。

　　2212粘結型二硫化鉬-樹脂潤滑膜的摩擦特性用Felex摩擦磨損試驗機評價粘結型二硫化鉬-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（冷焊）。如果以啟動前的靜載荷計算則載荷強度要高一倍。

　　2213GYM-8粘結型二硫化鉬潤滑膜的摩擦特性對GYM-8粘結型二硫化鉬潤滑膜，用Felex摩擦磨損試驗機評價其摩擦特性，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，這是因為GYM-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算則載荷強度要高一倍。

　　綜合上面試驗結果可以看到，GYM-8粘結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)部機構高擠壓條件下的潤滑要求。

　　222物理化學性能根據(jù)指標性能要求對選定配方進行了外觀、厚度、附著力（軸承鋼、普通鋼、5A06錫青銅）、摩擦系數(shù)的驗證試驗，全部達到了合同規(guī)定的指標要求，其中膜層厚度為5~15Um，摩擦系數(shù)為009~003（摩擦系數(shù)在啟動時達到的峰值為0 GYM-8粘結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；-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。單獨的鋰基潤滑脂在Felex試驗機上不能維持穩(wěn)定的潤滑，啟動時的摩擦系數(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試驗機上試驗，摩擦系數(shù)在006~008之間波動，在不太長的時間內(nèi)失效，比單獨的GYM-8潤滑膜的耐磨時間短很多。

　　3應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的輔助潤滑劑，采用粘結力強的環(huán)氧樹脂為主要粘結劑，配合使用低溫固化劑，采用“潤滑劑配方-涂膜工藝-機構設計配伍”一體化的技術措施，形成厚度僅6~12Um的低摩擦、高耐磨涂層滿足了機構高擠壓應力條件下的極壓潤滑要求，具有濺射膜技術的不可替代性，目前已經(jīng)成功應用于載人飛船的各種機構上。性能全部滿足飛船機構耐高溫、低溫、真空、抗輻照特殊環(huán)境下的潤滑要求。載人飛船機構上的成功應用，表明固體膜潤滑技術在航天技術領域中具有廣闊的應用前景。