[发明专利]一种航天器用高耐磨性涂层及制备方法

说明书

本发明公开了一种航天器用高耐磨性涂层及制备方法，固体润滑剂涂层成分MoS₂颗粒，大小为40‑100目，其摩擦系数低（0.122～0.204）、磨损量少（1mg～15mg）、结构均匀、连续、厚度约为20µm，制备方法主要包括试样准备、抛光处理、MoS₂颗粒筛选、沉积涂层、表面擦拭、真空摩擦学性能测试、磨屑收集步骤。其制备方法科学、合理，成果转化潜力大，实用价值广。

技术领域

本发明涉及一种润滑涂层及其制备方法，具体地说是一种航天器用高耐磨性涂层及制备方法。

背景技术

空间润滑材料一般分为固体润滑材料和液体润滑材料。空间常用的润滑材料为固体润滑材料。一般分为层状结构的物质、软金属、高分子材料和自润滑复合材料四种。层状结构的润滑材料有过渡金属二硫化合物MoS₂、WS₂、NbSe₂和石墨。其中MoS₂和WS₂最为常用，它们在真空中的摩擦系数低于在空气中的摩擦系数，而且它们在真空中的使用温度高于在空气中的使用温度，是较理想的空间润滑剂。

用作固体润滑剂的软金属主要有金、银、铅、锌等，其中金、银、铅以单质的形式存在，三者的结构类型为面心立方结构，优点是没有低温脆性，在低温的环境下也有良好的润滑特性。使用于空间润滑剂的高分子材料主要是聚四氟乙烯、聚酰亚胺、酚醛树脂、环氧树脂等，与其它的固体润滑剂相比高分子材料的优点的是摩擦磨损性能不受气氛的影响，PTFE在真空中的摩擦学特性足以说明这一特点。

自润滑复合材料分为两种，即高分子基复合材料和金属基复合材料。高分子基复合材料最常用的是PTFE。而金属基复合材料是在粉末冶金基础上发展起来的，在金属粉末中添加适当的润滑剂粉末，经压制烧结成坯料，常用的是Ag-MoS₂-石墨三元体系材料。

空间润滑剂的工作环境十分的复杂，与其润滑性能有直接关系的因素主要有高真空、极端环境温度、强辐射和原子氧等。据有关资料报道航天器在太空高轨道载上运行时，所承受的空间压力为10^-11Pa量级，在近地轨道上运行时，所承受的空间压力为10^-5～10^-7Pa量级范围。在这种特殊的环境下使用的润滑剂不仅应当具有良好的摩擦学特性，而且必须具有超低蒸气压的特性。

飞行器在宇宙中面临太阳的一面承受太阳的强烈辐射，表面的温度可达100℃～200℃，而背临太阳的一面受宇宙空间极冷环境的影响，表面的温度可抵制-100℃～-200℃。空间环境中还存在着诸如宇宙射线、紫外线、X射线等多种辐射，在它们的长期辐射下有的润滑剂将丧失润滑性能，高分子材料的抗辐射能力较差，但其润滑性能在10⁴Gy～10⁵Gy也无变化。在空间预定轨道的大气中主要成分是原子氧，高活性的原子氧很容易使材料发生氧化而使其遭受损伤，大多数润滑剂在原子氧中最多不超过10年就遭到损伤。

我国空间润滑技术的研究工作卓有成效，在液体润滑方面，设计和合成了宽液体温度范围、低挥发及润滑性能较好的氯苯基硅油；发展了空间用矿物油基和硅油基润滑脂及润滑膏。在固体润滑方面，我们结合涂层材料科学与技术领域复合化、多层化以及纳米化的发展趋势，开展了多层金属涂层材料以及纳米结构复合涂层材料的制备科学与技术的研究，重点考察了涂层组成及配分特性对其摩擦磨损性能的影响规律。与此同时，专家学者结合相关的科学技术研究成果，发展了多种聚合物基和金属基自润滑材料，如聚四氟乙烯（PTFE）基和聚酰亚胺基轴承保持架材料等。

尽管我国在空间摩擦学领域已有60多年的积累，特别是在空间润滑材料领域已经取得了长足的进展，获得了一批主要的研究成果，但同发达国家相比仍然存在着很大差别，依据我国的国情，固体润滑材料及其相关技术研究仍是空间摩擦学研究的重点工作之一。

发明内容