高温原位聚合固体润滑膜及其摩擦学性能研究

研究不同于预置覆膜或气相沉积膜的一种高温摩擦过程原位聚合生成固体润滑膜的新途径：采用在大气环境和300℃以上高温条件下可蒸发和可聚合的反应物溶液，经气化后引入陶瓷与钢、陶瓷与陶瓷摩擦副的300-600℃高温的封闭空间，气体材料在摩擦表面沉积，同时原位聚合生成固体润滑膜。对于高温原位聚合固体膜，设计和筛选出一条新颖的适合于高温环境下原位聚合的磷腈聚合物耐高温新结构的合成路线，其中重点筛选取代磷腈基团上Cl原子形成不同结构侧链的方案，提高聚合物固体膜的润滑功能和耐温性。研究不同反应物溶液及其蒸发物的组成、环境温度、摩擦表面材质、催化剂等因素对高温气相原位聚合生成固体膜的影响。进而在模拟试验台架上对摩擦表面原位聚合的固体膜，在高接触应力条件下进行摩擦学性能以及承载能力和润滑功能持久能力的评价试验。为固体润滑膜的形成开拓新途径，并为解决高温陶瓷轴承或混合轴承、齿轮的固体润滑提供新的技术支持。

在超高温下固体润滑膜的分解及如何增补一直是困扰高温固体润滑的关键性技术问题，高温气相原位聚合生成固体润滑膜为解决这一难题开辟了新的途径。本项目对这种高温固体润滑膜的生成条件、气相原位聚合沉积过程和润滑性能以及各种影响因素进行了试验研究和理论分析。设计并制备了一台套高温气相原位聚合固体膜摩擦试验机，同时又设计构建了高温气相原位聚合静态模拟试验装置，设计并合成了一系列适用于高温环境下原位聚合且具有高温高残留的聚磷腈衍生物目标产物。深入分析探讨目标产物的热分解过程及其高固体份残留机理，通过高温气相原位聚合反应的等效静态模拟试验，发现了500℃高温环境下气相聚合与分解全过程，在高温摩擦试验机上开展了各种气相反应体系的高温固体润滑试验。试验结果表明，高温环境下气相原位聚合生成的固体润滑膜具有显著的减摩耐磨功效，为在高温机械如航空发动机轴承等极端场合有效实施固体润滑提供了实验数据验证和理论基础。