碳基固-液复合润滑薄膜的制备及空间摩擦学性能研究

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题名	碳基固-液复合润滑薄膜的制备及空间摩擦学性能研究
作者	刘秀芳
学位类别	工学博士
答辩日期	2012-11-23
授予单位	中国科学院研究生院
导师	薛群基 ; 王立平
关键词	类金刚石固-液复合润滑薄膜协同润滑空间环境摩擦学性能 Diamond-like carbon Solid-liquid composite lubricating coating Synergistic lubrication Space environment Tribological performance
学位专业	材料学
中文摘要	空间环境的特殊性要求所采用的润滑材料与技术具有高可靠性和超长寿命，目前所采用的各种润滑技术方案仍难以满足高效率、长寿命、高可靠性的空间技术的发展要求。本论文采用磁控溅射技术制备出具有优异的力学和摩擦性能的类金刚石固体润滑薄膜，并选用不同的液体润滑剂，成功的制备出具有自适应、低环境敏感性、自修复等功能的碳基固-液复合润滑薄膜材料。基于空间环境特性，系统考察了不同的碳基固-液复合润滑薄膜在高真空、空间辐照及高低温交变环境下的摩擦磨损性能，进一步考察了石墨烯添加剂对离子液体碳基固-液复合润滑薄膜的空间摩擦学性能的改善与提高，主要结论如下： 1. 几种碳基固-液复合润滑薄膜，其中MACs，Zdol和IL的碳基固-液复合润滑薄膜的高真空摩擦磨损性能最好。原因在于这几种润滑剂的黏度较小，即流动性好，能使摩擦界面保持连续有效的润滑。硬质DLC薄膜起承载作用，使整个复合润滑材料的屈服强度提高，从而降低摩擦系数；而液体润滑剂提高了固体润滑薄膜的抗塑性变形能力，使得摩擦中对摩件的压入变形减小，真实接触面积变小，减少了黏附及犁沟形变，进一步提高了材料的减摩耐磨性能。 2. 在空间辐照的环境下，电子和质子能量很强，它与物质相互作用，导致物质内部电离，原子位移，化学反应和各种核反应，从而造成物质的损伤，相对来说，质子对材料表面的损伤比电子更大。而原子氧具有很强的氧化性，对空间材料的侵蚀作用相当严重，可能与材料直接发生化学反应，导致材料发生化学降解。紫外光的能量相对要小一些，但紫外辐照也具有足够的能量打断大多数有机物的分子链，使有机分子化学键断裂或交联，导致材料性能变坏。经辐照后，DLC薄膜表面发生氧化，生成一些小分子（CO, CO₂等）气化到空气中，导致薄膜表面石墨化；液体润滑剂会发生化学键断裂，形成一些活性自由基，这些自由基可以引发润滑油分子链间的交联反应，从而导致润滑油在结构，形态，颜色和溶解性上会发生改变。 3. 在高低温交变试验中，离子液体的碳基固-液复合润滑薄膜在高温下的摩擦系数低于低温下的摩擦系数。但是，温度过高，导致固体润滑薄膜石墨化严重，从而使薄膜耐磨性变差，摩擦系数升高。而在过低温度下，离子液体发生凝固，不能起到很好的润滑作用，使摩擦系数升高，磨损率增加。 4. 石墨烯添加到离子液体中制备出DLC/IL/Graphene复合润滑薄膜，能进一步提高离子液体碳基固-液复合润滑薄膜的减摩抗磨性能及抗辐射性能。这是由于石墨烯在摩擦的起始阶段，能在对偶表面形成早期的转移膜，使固-液复合润滑薄膜在摩擦的起始阶段没有跑合，并且石墨烯在摩擦过程中与IL发生摩擦化学反应在摩擦副表面形成氟化的含碳富油的摩擦薄膜，使DLC/IL/graphene润滑薄膜在高真空下具有很低的摩擦系数，和很好的耐磨性。
公开日期	2013-04-01
内容类型	学位论文
源URL	[http://210.77.64.217/handle/362003/2810]
专题	兰州化学物理研究所_固体润滑国家重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	刘秀芳. 碳基固-液复合润滑薄膜的制备及空间摩擦学性能研究[D]. 中国科学院研究生院. 2012.