MoS2自润滑复合材料的空间摩擦学性能研究_图文

1、 胡献国等:MoS2自润滑复合材料的空间摩擦学性能研究5l低真空(5.0Pa,分子泵可以在低真空状态启动并获得高真空(104Pa。球一盘式摩擦试验机安装在真空室内并固定于底板上,摩擦接触方式采用球.盘滑动接触方式,即盘转动而球静止在盘上方。当盘转动时,球.盘相对运动所产生的摩擦力经过力传感器转换为电信号后输入到计算机。原子氧辐照的实验条件:平均动能5eV,通量密度5.2×1015atom/(cm2s,辐照时间为2h。摩擦试验条件:摩擦对偶为9Crl8G10钢球,转速300r/min,载荷5N,真空5×10刁Pa,温度为室温,摩擦滑动次数约104次,磨痕用JSM.5600LV

2、 扫描电子显微镜(SEM表征,对偶钢球摩擦面用X射线光电子能谱(XPS表征。3结果与讨论(a微米Mls,材料摩擦系数在摩擦测试初始阶段先下降,随着滑动次数的增加则呈逐渐上升的趋势【14】。含MoS2纳米球与微米MoS:的复合材料在摩擦测试初始阶段,摩擦系数先逐渐升高,然后呈现出略微下降的趋势。添加了MoS2纳米球的复合材料摩擦系数最小,添加了MoS2一IC的复合材料次之,表明添加MoS2纳米球与MoS2一IC对复合材料的摩擦系数均有降低作用,其中MoS2纳米球表现出了最优的减摩性能。由图1可知,在模拟空间原子氧(AO与高真空条件下,3种MoS2复合材料的摩擦系数与在高真空条件下没有经过原子氧辐

3、照的测试结果相比,摩擦系数均出现了明显增大。其中MoS2纳米球摩擦系数增大幅度最大,MoS2.IC次之,而微米MoS2增大幅度最小。测试结果还表明,在模拟空间条件下,MoS2纳米球的减摩性能最优,MoS2.IC与微米MoS2相对较差,但3种复合材料的减摩性能相差较小。fl,AO+HV.÷、:?二:hE:j:-I-,、一一。.:pq.7.,r_?_>、一,kI一.AO+HVH、.!一一./,.|,20004000600080002000400060009000滑动次数滑动次数彻MoS2纳米球(cMoS2-IC图1模拟空间条件下Mos2复合材料的摩擦系数与滑动次数的关系图Curve

4、s of friction coefficientsversussliding cycles undersimulated space conditions 图2是模拟空间条件F 3种复合材料的磨损量测试结果。在高真空条件下,含MoS2.IC的复合材料的磨损量最大,含微米MoS2的复合材料的磨损量次之,含MoS2纳米球的复合材料的磨损量最小。经原子氧辐照后,3种复合材料的磨损量均增大,其中含微米MoS2的复合材料磨损量增加最图2模拟空间条件下M。s:复合材料磨损量Wearvolumes ofMoS2-based composite materials undersimulatedsoaceco

5、nditions球复合材料与MoS2-IC复合材料相比磨损量增图3是3种试样的磨痕表面sEM图。由图3(a加幅度差别较小,最终M。S2纳米球复合材料的磨可知,含微米M。s:的复合材料的磨痕表面存在关损量仍小于MoS2IC复合材料,表现出最优的抗量的疲劳空洞,沿着空洞排列的方向逐渐形成疲劳磨性能。裂纹,裂纹形成后,在载荷的继续作用下裂纹扩展,52航天器环境工程20lO年第27卷最后折向表面而形成点蚀。此外,图3(a中的高分子基体出现了明5il的剁离,从而在其表面堆积了大量剥离出的磨屑。在含MoS2纳米球复合材料的图3(b中也可看到明显的疲劳空洞与轻微的疲劳裂纹,磨痕表面剥离出的高分子材料磨屑相对

6、较小。图3(c中MoS2.IC复合材料的疲劳空洞与表面剁离情况则介于图3(a与3(b之问。以上农明,在高真空条件下经原子氧辐照后,微米MoS2复合材料的疲劳磨损最为严重,因粘着作用导致的材料剥离程度也最大,因而表现出最差的抗磨性能。MoS2纳米球复合材料的疲劳磨损与粘着磨损均相对较轻,因而具有最小的磨损量与最优的抗磨性能。MoS2一IC的抗磨性能介于MoS2纳米球与微米MoS2之间。由于MoS2纳米球具有封闭的球形结构,与无机类富勒烯状(IF纳米微粒相似,具有较好的化学稳定性与可滚动、变形、剥层转移等特性【l6I。虽然此处的基体是机械强度很大的POM,MoS2纳米球的滚动会受到限制,但随着磨损

7、的加大,纳米球_口r以出现剥层等润滑形式1171,因I叮在此表现出J,优异的抗磨性能。(a微米MoS2(bMoS2纳米球(cMoS2一IC图3含/fi司MoS2微粒的复合材料磨痕表面的SEM图Fig.3SEM micrographs for wear scars under simulated space conditions图4是3种复合材料对摩而的XPS表征结果。由图4可知,含微米MoS2的复合材料对摩面的XPS谱图中没有明显的M03d峰,S2。的峰也/fi明显,表明微米MoS2摹本没有转移到对偶面上。微米MoS2的尺寸大,化学性质十分稳定,在真空摩擦过程中很难发生摩擦化学反应而转移到对偶

8、商,不能形成转移膜,因I面具有较差的抗磨性能;在MoS2.IC复合材料的XPS表征结果中可以发现明显的M03d与S2。的峰,在169eV附近的峰属于S(VI一0,在233eV附近的峰属于Mo(V1.0,表明摩擦过程中MoS2.IC发生了转移并与摩擦副材料发生了摩擦化学反应牛成镅的氧化物与硫酸盐。这些氧化产物能起剑润滑膜的作用【11|,凶而MoS2.IC表现出了比微米MoS2更好的抗磨性能。MoS2.IC是MoS2剥层重堆积得到的产物,其堆积的厚度小于原来的微米MoS2,因而具有较高的化学活性,在摩擦过程中易于发生转移形成转移膜;在MoS2纳米球复合材料中的M03d与S2。峰也不明显,但比微米M

9、oS2复合材料稍强,表明MoS2纳米球在摩擦过程中的转移较弱,仅稍强丁微米MoS2复合材料。MoS2纳米球的尺寸远远小于微米MoS2,理应具有较强的化学活性,但MoS2纳米球是一种封闭的层状结构,没有高活性的层片边缘,化学性质较为稳定,仪表现出比微米MoS2稍高的化学活性【l71。虽然MoS2纳米球形成转移膜的程度小于MoS2一IC,但球形结构的MoS2纳米球的润滑性能要优丁片状结构【17,最终仍表现出最优的摩擦学性能。图4MoS2复合材料对摩面的XPS表征结果Fig.4XPS spectra of the counter rubbing surfaces under simulated sp

10、ace conditions MoS2自润滑复合材料的空间摩擦学性能研究作者:胡献国, 胡坤宏, 孙晓军, 徐玉福, Hu Xianguo, Hu Kunhong, Sun Xiaojun, Xu Yufu作者单位:胡献国,徐玉福,Hu Xianguo,Xu Yufu(合肥工业大学,摩擦学研究所,合肥,230009, 胡坤宏,Hu Kunhong(合肥工业大学,摩擦学研究所,合肥,230009;合肥学院,化学与材料工程系,合肥,230022, 孙晓军,Sun Xiaojun(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刊名:航天器环境工程英文刊名:SPACECRAF

11、T ENVIRONMENT ENGINEERING年,卷(期:2010,27(1被引用次数:0次参考文献(17条1.傅洵.石华强.周晓东.胡正水化学表面修饰微球形二硫化钼在液体石蜡中的摩擦磨损性能研究期刊论文-摩擦学学报 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

12、ts 1961(14.Yu L G.Zhang P Y.Du Z L Tribological behavior and structural change of the LB film of MoS2 nanoparticles coated with dialkyldithiophosphate 20005.Hu J J.Bultman J E.Zabinski J S Microstructure and lubrication mechanism of multilayeredMoS2/Sb2O3 thin films 2006(26.Rapoport L.Nepomnyashchy

13、O.Verdyan A Polymer nanocomposites with fullerene-like solid lubricant 2004(1-27.刘功德.李惠林聚丙烯和二硫化钼对超高分子量聚乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响期刊论文-摩擦学学报2004(18.Hu K H.Xu Y F.Wang J Tribological behavior of self-lubrication bearing materials of steel-copper-polyoxymethylene containing MoS2-IC nanoparticles 20089.Wang J.Hu K

14、 H.Xu Y F Structural,thermal,and tribological properties of intercalated polyoxymethylene/ molybdenum disulfide nanocomposites 2008(110.朱鹏.王晓东.黄培.王筱.时钧二硫化钼改性热塑性聚酰亚胺复合材料的摩擦磨损性能研究期刊论文-摩擦学学报 2005(511.王廷梅.邵鑫.王齐华.刘维民聚酰亚胺/二硫化钼插层复合材料的制备及其摩擦磨损性能研究期刊论文-摩擦学学报 2005(412.李海红.王鸿灵.阎逢元二硫化钼填充高岭土基矿物聚合物复合材料的摩擦学性能研究期刊论

15、文-润滑与密封2007(113.张泽抚.刘维民.薛群基钼化合物润滑材料的摩擦学应用与研究发展现状 1998(414.胡坤宏.孙晓军.徐玉福.Mehari Salomon.胡献国POM基MoS2自润滑复合材料的真空摩擦学特性研究期刊论文-合肥工业大学学报(自然科学版 2009(515.Hu K H.Wang Y R.Hu X G Preparation and haracterization of ball-like MoS2 nanoparticles 200716.Rapoport L.Leshchinsky V.Lvovsky M Superior tribological propert

16、ies of powder materials withsolid lubricant nanoparticles 2003 17.Hu K H.Wang J.Schraube S Tribological properties of MoS2 nano-balls as filler in plastic layer of three-layer self-lubrication bearing materials 2009(11-12 相似文献(1条 1.会议论文 胡献国.胡坤宏.孙晓军.徐玉福 MoS2自润滑复合材料的空间摩擦学性能研究 2009 在模拟空间原子氧与高真空条件下，分别对微米MoS2，MoS2纳米球与MoS2-IC复合润滑材料的摩擦学性能进行了测试。结果显示，MoS2纳