[发明专利]一种空间飞行器用润滑脂及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及到一种润滑脂领域，更具体的说是一种适用于空间飞行器的新型润滑脂及其制备方法。

二、背景技术

随着世界各国对空间探索的需求，人类开发了多种空间飞行器，包括人造地球卫星、空间探测器和载人航天器等。对于空间飞行器而言，通常长期处在高真空、强辐射、原子氧、高低温、微重力的环境中，有的还要往返地球或在其他天体上着陆，经历各种复杂的环境，空间飞行器入轨后，还需要正常服役几个月、几年甚至十几年。因此，高可靠、长寿命和承受复杂环境条件的能力是空间飞行器的基本要求，特别是对于其暴露在空间环境的运动机构而言，良好的润滑性是保证飞行器正常工作的必要条件，润滑失效已成为导致空间飞行器工作异常或失败的关键问题【Fusaro R L.Preventing spacecraft failures due to tribological problems.NASA/TM-2001-210806[R].】。润滑油在空间低温环境下由于粘度变化太大有可能造成不能流动，而在空间高温环境下容易挥发或受到热破坏，不利于长期润滑，故起初空间飞行器采用的是固体润滑剂，但由于固体润滑剂大多是粉体颗粒润滑，因此在微重力的空间环境下，其飘逸导致的质量损失较大，因此应用也受到限制。润滑脂由于具有低挥发性以及良好的润滑保持性能成为空间飞行器的主要润滑剂。过去，空间飞行器主要应用于军事领域，出于保密需要基本没有相应的空间润滑脂及其制备方法的报道，并且，由于组成空间润滑脂的基础油、稠化剂以及各种添加剂之间在空间环境下的相互影响以及感受性是及其复杂的，对空间润滑脂在具有高真空、强辐射、原子氧、高低温和微重力等特点的空间环境下的润滑性能提出了新的挑战。Ohno N等人报道了采用全氟聚醚类(PFPE)和多烷基环戊烷类(MACs)的两种合成基础油815Z和2001A以及它们分别采用聚四氟乙烯和脂肪酸钠稠化后形成的两种润滑脂601EF和R2000对轴承的疲劳寿命影响【Ohno，N.，Komiya，H.，Morita，S.，Mia，S.，Satoh，N.and Obara，S.(2009)，“Bearing Fatigue Life Tests in Advanced Base Oil and Grease for Space Application，”Tribol.Trans.，52，1，pp114-120.】，发现815Z在摩擦过程中会降解释放HF会造成材料腐蚀，尽管601EF和R2000润滑脂能延长轴承疲劳寿命，但它们的具体组成配方及制备方法均未公布。中国专利(200710145363.4)公开了一种复合润滑脂添加剂，其原料组成以重量百分比计为：石墨20～50％，分散剂1～10％，稠化剂5～10％，极压抗磨剂10～30％，余量为基础油，可见其主要润滑成分是石墨，而石墨需要在空气中吸湿才具有良好的润滑性，因此在高真空的空间环境下起不到相应的润滑作用。美国专利(USP4,298,481)公开了一种润滑脂，主要采用80～94％的氢化二聚羧酸，5～20％的增稠剂，0.2～6％的添加剂制备，其中添加剂部分主要包括抗氧剂、防锈剂、极压剂等，但该发明选用的添加剂大多需要自己合成，大大增加了润滑脂的制造成本，且该润滑脂主要在高温下使用，在低温下的流动性较差而不适合在空间环境下应用。

三、发明内容

本发明针对现有润滑脂所存在的缺陷，旨在提供一种新型空间润滑脂，所要解决的技术问题是保证润滑脂在具有高真空、强辐射、原子氧、高低温、微重力的特点的空间环境下具有良好的润滑性能。

本润滑脂的技术方案是将在合成基础油中进行原位化学反应制备复合锂基脂和单片层纳米二硫化钼(MoS₂)，并和其它添加剂一起复配在基础油中构成组合物。

所述的合成基础油为40℃时粘度为500～1350cSt，粘度指数大于200，开口闪点大于280℃，倾点小于-35℃的聚α烯烃，优选美国INEOS公司生产的180R。

所述的复合锂基脂是氢氧化锂与一元羧酸和二元羧酸经原位化学反应制备的锂基脂，其中一元羧酸选自C原子数为8～16的饱和脂肪酸或其取代酸，优选12-甲基硬脂酸；二元羧酸选自C原子数为4～12的饱和脂肪酸或其取代酸，优选庚二酸。

所述的原位化学反应是指在减摩抗磨剂、分散剂、抗氧化剂、稠化调节剂和协同润滑剂存在条件下于基础油中所进行的化学反应。