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极端环境下的摩擦学问题及解决方法
0引言
摩擦学是研究相对运动的作用表面间的摩擦、润滑和磨损,以及三者间相互关系的理论与应用的一门边缘学科。世界上使用的能源大约有１/3~1／2消耗于摩擦。如果能够尽力减少无用的摩擦消耗，应当能够承受大的惯性载荷并具有长寿命。这就需要实现谐波减速器良好的固体润滑,并对其在真空条件下的实用性能进行严格考察。
(5)远程通讯用中继卫星和有效载荷及航天器的发展与试验计划
　　能定向和跟踪的可展开天线很大（直径大于5ｍ)，需要对其谐波减速器和定向机构的固体润滑系统进行优化设计与施工,使之能够承受大的惯性载荷并具有长寿命,同时还要解决与上述大型太阳能电池阵和雷达天线类似的其它技术问题。由于在失重条件下生长无缺陷的晶体,以及激光通讯和定向机构等都需要长时间保持无振动操作，因而必须使其光机电运动部件具有超低的摩擦和摩擦噪声。
主要技术途径概述:
解决真空摩擦学问题的主要技术途径。目前,已经得到应用的主要空间润滑技术有：球轴承内外围采用物理气相沉积(ＰＶD）MｏS2或Ｐｂ的固体润滑薄膜(以塑料基自润滑复合材料或铅青铜作保持器）,其应用面占现有空间机械用球轴承的9０%以上,其典型寿命试验结果。可以看出,在轴承内外围均以ＭoS2薄膜润滑的情况下,用自润滑复合材料［如聚四氖乙烯(PTＦE）基复合材料]保持器时的球轴承寿命比用钢保持器时的高1００倍，但其摩擦力矩却明显增大(增幅约80%)。尽管如此,但毕竟对人们改进这类材料配伍并进行深入系统的机理研究指出了方向;用气相沉积Ｔ1Ｃ或ＴｉN配以MｏS2基自润滑薄膜进行表面处理,或用低蒸汽压的油或脂以贮油器和防爬壁的形式进行润滑,均可延长轴承或齿轮的工作寿命;将塑料基与金属基自润滑复合材料组合配对用于齿轮副、滑动轴承或球形连接器以实现润滑;将
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A8—MoＳ2基自润滑复合材料制作成电接触摩擦副的一方（如电刷或触点)可防止真空冷焊[2]。
2．２　高温摩擦学问题及解决办法
些较为常见的高温工作环境,如燃烧炉中的炉篦;沸腾炉中的管壁;各种机械的发动机、内燃机;高速工作中的底盘、齿轮等传动系统;夏季工作下的轮胎、传动胶带;这些都会产生高温摩擦磨损现象。相比于常温条件下，材料在高温条件下产生摩擦磨损,使材料产生更多的消耗和使用寿命剧烈地减少,而且这些类高温摩擦情况较为普遍，消耗更为严重,因而我们迫切地需要提高材料的高温耐磨性,以减少高温工作条件下的摩擦磨损。
自1９7４年研究绝热发动机以来，英国、美国、日本等国家先后投入巨资对其进行研究,以期实现绝热发动机在军用和民用上的巨大价值。
常规的水冷柴油机，气缸磨擦表面的温度在2５0到3０0℃，允许油膜存在。绝热发动机的磨擦表面温度高,第一活塞环返回点的环—壁接触表面温度在５30到６５0℃,绝热柴油发动机轴承衬垫的工作温度更是高达600~１０００℃[３]。现在的润滑油，包括耐高温的合成机油,超过425℃都将立即蒸发并燃烧,在53０到６５０℃,不可能存在油膜［4]。但适当选用摩擦副材料和润滑剂,活塞环—缸套仍能工作良好。这很可能是靠某种固体润滑剂，或某种润滑油的分解产物,或者陶瓷材料本身就有自润性，形成高温下的润滑膜,达到润滑减磨的效果。
绝热发动机由于工作温度高,在摩擦学方面会出现许多特殊问题,需要调查研究，逐一解决。因而要实现绝热发动机,其高温摩擦性问题必须得到解决。
．1高温摩擦磨损机制
乔玉林等[3]对热轧钢／热轧钢摩擦副干摩擦高温摩擦行为进行了研究,结果表明,试验速度对热轧钢/热轧钢摩擦副的高温磨损机理有很大的影响,在高速（０1３2m/ｓ）条件下，高温磨损机理主要是磨粒磨损；而在低速(01１0m/s)条件下,高温磨损机理主要是粘着磨损。
不同的材料其高温摩擦磨损机制是不同的,影响其磨损的因素有很多,其磨损机理也可能是多种机制构成的。
①磨粒磨损
对于硬度较大的材料，会发生微观切削、微观犁沟和微观断裂。一般来说硬度越高，抗磨损性能越好。耐磨材料由于其产生硬质点易造成磨粒磨损。
②粘着磨损
对于硬度较小的材料和较低的试验速度下易发生粘着磨损。粘着磨损分为涂抹、擦伤、撕脱和咬死。
③氧化磨损
氧扩散到摩擦副的变形层内,形成氧化膜。氧化膜的生成和不断剥落会形成氧化磨损。由于在高温条件下,摩擦副更易形成氧化膜,所以高温下最主要的磨损机理是氧化磨损。
影响高温摩擦系数的因素
乔玉林等[3］对热轧钢/热轧钢摩擦副干摩擦高温摩擦行为进行了研究，结果表明,在试验范围内热轧钢／热轧钢摩擦副的高温摩擦系数随时间的延长呈增长趋势，增长趋势的快慢与试验参数有关，高速时的高温摩擦系数明显低于低速时的高温摩擦系数;大量氧化铁磨屑的产生是造成热轧钢/热轧钢摩擦副