MoS2自潤(rùn)滑復(fù)合材料的空間摩擦學(xué)性能研究_圖文

1、 胡獻(xiàn)國(guó)等:MoS2自潤(rùn)滑復(fù)合材料的空間摩擦學(xué)性能研究5l低真空(5.0Pa,分子泵可以在低真空狀態(tài)啟動(dòng)并獲得高真空(104Pa。球一盤(pán)式摩擦試驗(yàn)機(jī)安裝在真空室內(nèi)并固定于底板上,摩擦接觸方式采用球.盤(pán)滑動(dòng)接觸方式,即盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)而球靜止在盤(pán)上方。當(dāng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),球.盤(pán)相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦力經(jīng)過(guò)力傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后輸入到計(jì)算機(jī)。原子氧輻照的實(shí)驗(yàn)條件:平均動(dòng)能5eV,通量密度5.2×1015atom/(cm2s,輻照時(shí)間為2h。摩擦試驗(yàn)條件:摩擦對(duì)偶為9Crl8G10鋼球,轉(zhuǎn)速300r/min,載荷5N,真空5×10刁Pa,溫度為室溫,摩擦滑動(dòng)次數(shù)約104次,磨痕用JSM.5600LV

2、 掃描電子顯微鏡(SEM表征,對(duì)偶鋼球摩擦面用X射線光電子能譜(XPS表征。3結(jié)果與討論(a微米Mls,材料摩擦系數(shù)在摩擦測(cè)試初始階段先下降,隨著滑動(dòng)次數(shù)的增加則呈逐漸上升的趨勢(shì)【14】。含MoS2納米球與微米MoS:的復(fù)合材料在摩擦測(cè)試初始階段,摩擦系數(shù)先逐漸升高,然后呈現(xiàn)出略微下降的趨勢(shì)。添加了MoS2納米球的復(fù)合材料摩擦系數(shù)最小,添加了MoS2一IC的復(fù)合材料次之,表明添加MoS2納米球與MoS2一IC對(duì)復(fù)合材料的摩擦系數(shù)均有降低作用,其中MoS2納米球表現(xiàn)出了最優(yōu)的減摩性能。由圖1可知,在模擬空間原子氧(AO與高真空條件下,3種MoS2復(fù)合材料的摩擦系數(shù)與在高真空條件下沒(méi)有經(jīng)過(guò)原子氧輻

3、照的測(cè)試結(jié)果相比,摩擦系數(shù)均出現(xiàn)了明顯增大。其中MoS2納米球摩擦系數(shù)增大幅度最大,MoS2.IC次之,而微米MoS2增大幅度最小。測(cè)試結(jié)果還表明,在模擬空間條件下,MoS2納米球的減摩性能最優(yōu),MoS2.IC與微米MoS2相對(duì)較差,但3種復(fù)合材料的減摩性能相差較小。fl,AO+HV.÷、:?二:hE:j:-I-,、一一。.:pq.7.,r_?_>、一,kI一.AO+HVH、.!一一./,.|,20004000600080002000400060009000滑動(dòng)次數(shù)滑動(dòng)次數(shù)徹MoS2納米球(cMoS2-IC圖1模擬空間條件下Mos2復(fù)合材料的摩擦系數(shù)與滑動(dòng)次數(shù)的關(guān)系圖Curve

4、s of friction coefficientsversussliding cycles undersimulated space conditions 圖2是模擬空間條件F 3種復(fù)合材料的磨損量測(cè)試結(jié)果。在高真空條件下,含MoS2.IC的復(fù)合材料的磨損量最大,含微米MoS2的復(fù)合材料的磨損量次之,含MoS2納米球的復(fù)合材料的磨損量最小。經(jīng)原子氧輻照后,3種復(fù)合材料的磨損量均增大,其中含微米MoS2的復(fù)合材料磨損量增加最圖2模擬空間條件下M。s:復(fù)合材料磨損量Wearvolumes ofMoS2-based composite materials undersimulatedsoaceco

5、nditions球復(fù)合材料與MoS2-IC復(fù)合材料相比磨損量增圖3是3種試樣的磨痕表面sEM圖。由圖3(a加幅度差別較小,最終M。S2納米球復(fù)合材料的磨可知,含微米M。s:的復(fù)合材料的磨痕表面存在關(guān)損量仍小于MoS2IC復(fù)合材料,表現(xiàn)出最優(yōu)的抗量的疲勞空洞,沿著空洞排列的方向逐漸形成疲勞磨性能。裂紋,裂紋形成后,在載荷的繼續(xù)作用下裂紋擴(kuò)展,52航天器環(huán)境工程20lO年第27卷最后折向表面而形成點(diǎn)蝕。此外,圖3(a中的高分子基體出現(xiàn)了明5il的剁離,從而在其表面堆積了大量剝離出的磨屑。在含MoS2納米球復(fù)合材料的圖3(b中也可看到明顯的疲勞空洞與輕微的疲勞裂紋,磨痕表面剝離出的高分子材料磨屑相對(duì)

6、較小。圖3(c中MoS2.IC復(fù)合材料的疲勞空洞與表面剁離情況則介于圖3(a與3(b之問(wèn)。以上農(nóng)明,在高真空條件下經(jīng)原子氧輻照后,微米MoS2復(fù)合材料的疲勞磨損最為嚴(yán)重,因粘著作用導(dǎo)致的材料剝離程度也最大,因而表現(xiàn)出最差的抗磨性能。MoS2納米球復(fù)合材料的疲勞磨損與粘著磨損均相對(duì)較輕,因而具有最小的磨損量與最優(yōu)的抗磨性能。MoS2一IC的抗磨性能介于MoS2納米球與微米MoS2之間。由于MoS2納米球具有封閉的球形結(jié)構(gòu),與無(wú)機(jī)類富勒烯狀(IF納米微粒相似,具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性與可滾動(dòng)、變形、剝層轉(zhuǎn)移等特性【l6I。雖然此處的基體是機(jī)械強(qiáng)度很大的POM,MoS2納米球的滾動(dòng)會(huì)受到限制,但隨著磨損

7、的加大,納米球_口r以出現(xiàn)剝層等潤(rùn)滑形式1171,因I叮在此表現(xiàn)出J,優(yōu)異的抗磨性能。(a微米MoS2(bMoS2納米球(cMoS2一IC圖3含/fi司MoS2微粒的復(fù)合材料磨痕表面的SEM圖Fig.3SEM micrographs for wear scars under simulated space conditions圖4是3種復(fù)合材料對(duì)摩而的XPS表征結(jié)果。由圖4可知,含微米MoS2的復(fù)合材料對(duì)摩面的XPS譜圖中沒(méi)有明顯的M03d峰,S2。的峰也/fi明顯,表明微米MoS2摹本沒(méi)有轉(zhuǎn)移到對(duì)偶面上。微米MoS2的尺寸大,化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定,在真空摩擦過(guò)程中很難發(fā)生摩擦化學(xué)反應(yīng)而轉(zhuǎn)移到對(duì)偶

8、商,不能形成轉(zhuǎn)移膜,因I面具有較差的抗磨性能;在MoS2.IC復(fù)合材料的XPS表征結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)明顯的M03d與S2。的峰,在169eV附近的峰屬于S(VI一0,在233eV附近的峰屬于Mo(V1.0,表明摩擦過(guò)程中MoS2.IC發(fā)生了轉(zhuǎn)移并與摩擦副材料發(fā)生了摩擦化學(xué)反應(yīng)牛成镅的氧化物與硫酸鹽。這些氧化產(chǎn)物能起劍潤(rùn)滑膜的作用【11|,兇而MoS2.IC表現(xiàn)出了比微米MoS2更好的抗磨性能。MoS2.IC是MoS2剝層重堆積得到的產(chǎn)物,其堆積的厚度小于原來(lái)的微米MoS2,因而具有較高的化學(xué)活性,在摩擦過(guò)程中易于發(fā)生轉(zhuǎn)移形成轉(zhuǎn)移膜;在MoS2納米球復(fù)合材料中的M03d與S2。峰也不明顯,但比微米M

9、oS2復(fù)合材料稍強(qiáng),表明MoS2納米球在摩擦過(guò)程中的轉(zhuǎn)移較弱,僅稍強(qiáng)丁微米MoS2復(fù)合材料。MoS2納米球的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于微米MoS2,理應(yīng)具有較強(qiáng)的化學(xué)活性,但MoS2納米球是一種封閉的層狀結(jié)構(gòu),沒(méi)有高活性的層片邊緣,化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定,儀表現(xiàn)出比微米MoS2稍高的化學(xué)活性【l71。雖然MoS2納米球形成轉(zhuǎn)移膜的程度小于MoS2一IC,但球形結(jié)構(gòu)的MoS2納米球的潤(rùn)滑性能要優(yōu)丁片狀結(jié)構(gòu)【17,最終仍表現(xiàn)出最優(yōu)的摩擦學(xué)性能。圖4MoS2復(fù)合材料對(duì)摩面的XPS表征結(jié)果Fig.4XPS spectra of the counter rubbing surfaces under simulated sp

10、ace conditions MoS2自潤(rùn)滑復(fù)合材料的空間摩擦學(xué)性能研究作者:胡獻(xiàn)國(guó), 胡坤宏, 孫曉軍, 徐玉福, Hu Xianguo, Hu Kunhong, Sun Xiaojun, Xu Yufu作者單位:胡獻(xiàn)國(guó),徐玉福,Hu Xianguo,Xu Yufu(合肥工業(yè)大學(xué),摩擦學(xué)研究所,合肥,230009, 胡坤宏,Hu Kunhong(合肥工業(yè)大學(xué),摩擦學(xué)研究所,合肥,230009;合肥學(xué)院,化學(xué)與材料工程系,合肥,230022, 孫曉軍,Sun Xiaojun(中國(guó)科學(xué)院,蘭州化學(xué)物理研究所,固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州730000刊名:航天器環(huán)境工程英文刊名:SPACECRAF

11、T ENVIRONMENT ENGINEERING年,卷(期:2010,27(1被引用次數(shù):0次參考文獻(xiàn)(17條1.傅洵.石華強(qiáng).周曉東.胡正水化學(xué)表面修飾微球形二硫化鉬在液體石蠟中的摩擦磨損性能研究期刊論文-摩擦學(xué)學(xué)報(bào) 2007(12.Haltner A J.Oliver C S Frictional properties of molybdenum disulfide films containing inorganic sulfide additives 19603.Devine M J.Lamson E R.Bowen J H Inorganic solid film lubrican

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