固体材料的空间环境摩擦试验

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1、第27卷第3期航天器环境工程20l0q-6月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEFRrNG295固体材料的空间环境摩擦试验剥、晓军，刘维民(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：为了开展在模拟空间环境下材料摩擦学性能的研究，利用自行研制的空间环境摩擦试验装置，进行了几种固体材料在超高真空、交变温度和辐照(原子氧、紫外)等环境下的摩擦试验．试验结果表明：与大气环境下相比，PTFE、PI、MoS2／PI粘结涂层和离子镀Ag薄膜在≤5×104Pa真空环境中的摩擦系数发生了明显变化；

2、高低温对离子镀Ag薄膜在真空中的摩擦系数有显著影响，而对溅射MoS2薄膜的摩擦系数影响不明显；原子氧和紫外辐照导致PI、Kapton，P11FE和MoSz／PI粘结涂层等的真空摩擦系数显著改变。关键词：空间环境；固体润滑；摩擦-iL．验中图分类号：THl17；V524．3文献标识码：A文章编号：1673-1379(2010)03-0295-05DoI：10．3969巧．issn．1673·1379．2010．03．005o前言我国航天事业将“启动并继续实施载人航天、月球探测、高分辨率对地观测系统、新一代运载火箭等重大航天科技工程，

3、以及一批重点领域的优先项目，加强基础研究，超前部署和发展航天领域的若干前沿技术，加快航天科技的进步和创新”【I】。这一规划的实施对空间润滑系统的可靠性提出了更高的要求，同时为发展新型空间润滑材料提供了宝贵的机遇【2】。航天器飞行轨道的主要空间环境特征可以概括为超高真空、高低温和强辐照等【3】，这些严酷的环境因素将对空间润滑材料的可靠性构成严重威胁[41，已经成为国际空间润滑材料与技术领域的研究热点之一【5。引。然而受到试验条件的制约，我国在该领域的研究相对滞后，使得现有的空间润滑材料难以满足长寿命、高可靠和耐环境等性能的要求。因此

4、尽早创建必需的试验条件，开展材料的空间环境摩擦行为研究势在必行。根据我国摩擦学研究的发展趋势，以及空间润滑材料与技术研究的实际需求【9以11，本文作者提出了试验装置的研制方案【l21，研制出基于本方案的能模拟多种空间环境的摩擦试验系统，开展了材料的空间环境摩擦性能试验。本文将简要介绍该试验系统的功能和几种固体材料的初步试验结果。l试验装置简介空间摩擦试验装置应具有在模拟超高真空、高低温和强辐照等环境下进行摩擦试验的功能。综合考虑研究目标要求与国内现有技术等因素，空间摩擦学试验系统主要包括超高真空、高低温和辐照3个相对独立的摩擦试验

5、单元，如图1所示。【a)超岛真空环境脞掳}试验单儿(b)岛低温虾境脞撩试验单几如)空『HJ辐照蚪境摩擦试验单儿图l空间摩擦学试验系统Fig．1Thespacetribologicaltestsystem收稿日期：2009．01。30；修回日期：2010-04．28基金项目：国家自然科学基金创新群体项目(项目编号：50721062)和国家重点基础研究发展计划资助项目(项目编号：2007CB607600)作者简介：孙晓军(196s一)，男，工学博士，高级工程师，研究方向为材料的空间摩擦学行为及其试验技术．E-mail：xjsun@lz

6、b．ac．cn．296航天器环境工程第27卷1．1超高真空环境摩擦试验单元该单元有两个上端可开启的立式圆柱形真空室，其材料为1Crl8Ni9Ti，采用全金属密封。真空抽气系统由机械泵、分子泵、离子泵组成，可获得≤2．0×lO√Pa的极限真空。摩擦机构安装在真空室内，采用球．盘滑动摩擦方式，上试样为球，下试样为盘，可在水平面内匀速转动，采用重力法将载荷通过球施加至盘表面。盘的转轴从真空室的底端垂直通过磁耦合转轴与真空室外的驱动电机转轴相连。用计算机调控驱动电机的转速来调节球一盘相对滑动速度，用载荷传感器测量摩擦力，采集到的摩擦力信号

7、经过测控仪进行A／D转换后输入到计算机并描绘出摩擦系数随时间变化的曲线。1．2高低温环境摩擦试验单元该单元由真空室、超高真空获得系统、高低温获得装置和球．盘式的摩擦机构组成，具有在超高真空和交变温度环境下进行摩擦试验的功能。真空室为立式结构，其直径为lm，高为0．8m，材料为1Crl8Ni9Ti，顶盖开启，采用全金属密封。真空获得系统由机械泵、分子泵和离子泵组成，可获得2×lO。Pa的极限真空。真空室内置液氮热沉和辐射加热器，摩擦试样位于热沉和加热器围成的环形区域中央，通过调节加热器功率和热沉中液氮的注入量，可获得．180～+35

8、0℃的交变温度环境。1．3空间辐照环境摩擦试验单元该单元的真空室为卧式结构，其直径为1m，长为1．2m，材料为lCrl8Ni9Ti，两端开门，采用金属橡胶混合密封。采用机械泵和分子泵可获得6×10．5Pa的极限真空。摩擦试样置于真空室的中央，在真空