高空环境下铜-MoS2纳米管复合材料的电摩擦磨损机理研究

针对航空用电接触材料的特殊工作环境（水蒸气绝对含量低、氧气分压力小），通过用既有润滑、减摩作用又有一定导电、导热性和高的强度、弹性模量的MoS2纳米管代替MoS2（粉末），在不降低电接触材料润滑、减摩性的情况下，提高其力学性能、载流能力，减小温升，改善其电磨损性能。通过对铜-MoS2纳米管复合材料在高空环境下的接触电压降、摩擦系数、电磨损量的系统测定，探讨MoS2纳米管的含量、分布对铜-MoS2纳米管复合材料电磨损性能的影响；通过对磨面形貌的观察，对表面膜成分、对磨材料表面元素转移和价态变化的分析，探讨在空天环境下复合材料的电磨损机理、各种磨损机制（粘着、氧化、烧损、熔焊等）所起作用以及MoS2纳米管的影响。本项目研究将丰富材料在带电状态下的摩擦磨损理论，为新型航空电接触材料的成分设计和性能改善提供必要的科学基础。

(1)采用氧化铝模板法制备了笔直和分支状的二硫化钼（二硫化钨）纳米管，对制备的二硫化钼纳米管（二硫化钨）的成分、形貌和结构进行测试分析，讨论了二硫化钼（二硫化钨）纳米管的形成机理。(2)采用静电纺丝法，成功制备了二硫化钼纳米纤维，生产出的纤维长径比高，比表面积大。(3)采用热压法制造铜基复合自润滑复合材料，采用冷压+烧结法制造银基复合自润滑复合材料，物相分析表明在烧结过程中各组元之间没有发生化学反应，且石墨和二硫化钼均匀地分布在基体相中。复合材料的硬度、抗弯强度、密度和电阻率随二硫化钼含量的升高而升高，相对密度随二硫化钼含量的升高呈下降趋势。(4)真空和空气条件下的摩擦磨损研究表明，石墨在空气中的润滑性优异但其在真空中失去润滑效果。二硫化钼是良好的真空润滑性，但在空气中时，其润滑性会由于自身氧化而削弱。铜（银）-石墨-二硫化钼复合材料在空气中由于形成了协同润滑效果，减摩性能优异；在真空中，二硫化钼形成润滑膜并阻止石墨与对磨材料的粘着，减缓了磨损，铜（银）-石墨-二硫化钼复合材料具有较好的环境适应性。(5)不同氧含量条件下的摩擦磨损研究表明，随着氧气含量的升高，摩擦系数和磨损率均缓慢上升。随着氧气含量的增高，二硫化钼氧化越严重，氧化形成的三氧化钼越多，氧化层会逐渐增厚，导致了摩擦系数的升高。(6)不同温度条件下的摩擦磨损研究表明，随着实验温度的升高，复合材料的自润滑机制发生改变。室温时，二硫化钼的氧化导致自润滑性能的下降。200 ℃时，石墨，银和二硫化钼共同作用，自润滑效果良好。400℃时，石墨失去润滑性，二硫化钼大量氧化成润滑性差的三氧化钼，银软化导致严重的粘着磨损，摩擦系数和磨损率明显升高。600℃时，银和二硫化钼生成具有高温润滑性的钼酸银相，部分的三氧化钼和Ag2Mo2O7软化，致使摩擦系数降低。(7)不同电流密度条件下的摩擦磨损研究表明，复合材料的摩擦系数和磨损率随电流密度的增大而增大，因电流在接触面产生的焦耳热使得固体润滑膜的吸附能力变弱，而在磨损过程中易脱落，加重了磨损，有电流时复合材料的磨损率是纯机械磨损时的2.8-3.7倍。由于在电磨损过程中，复合材料电刷与换向器之间的接触电阻是不断发生变化的，收缩电阻和膜电阻随着电流密度的变化而变化，接触电压降随着电流密度的变化呈现非线性变变化现象。(8)发表论文10篇，授权发明专利1项，申请发明专利1项。