空间环境用Ag-MoS2系电刷的预磨合、润滑与失效机理

The problem in optimizing the tribological property and electric contact property of Ag-MoS2 brush under current loading in vacuum is the main obstacle in practice. Pretest running-in and lubrication and failure mechanisms are the key to solve the problem. In this proposal, an Ag-MoS2 composite is selected because of its successful application in a satellite in 1990s. With the aid of minimal quantity ionic liquid, pretest running-in of Ag-MoS2 brush for smooth and minimized plastic deformation is suggested. Its impact on surface quality, tribological property and service lifetime under current loading will be investigated. By conducting the whole-life tests, comparison on the surface composition, morphology and surface potential and work function of the worn composite surface in steady stage and failure stage will be made to clarify the lubrication and failure mechanisms. The basic principle for tribological design of Ag-MoS2 brush in vacuum will be proposed in light of concept and theory of solid lubrication under current loading.

在干摩擦条件下，Ag-MoS2系电刷在真空摩擦学性能与接触电性能上存在难以调和的相互制约，Ag-MoS2电刷的预磨合以及润滑与失效机制研究是实现其长使用寿命的关键摩擦学问题。本申请拟以曾解决某任务的Ag-MoS2系电刷材料为研究对象，考察微量离子液体辅助磨合对电刷表面状态、载流摩擦学性能以及使用寿命的影响；通过全寿命周期的真空载流摩擦磨损实验，分析并对比稳定磨损后期与失效期磨损表面组成、形貌和表面电势和功函数的变化，以此深入研究润滑机理与失效机理。以上研究的开展将为太阳能帆板等机构用电刷的摩擦学设计提供理论基础，还将丰富载流条件下的固体润滑理论。

太阳能帆板等空间机构的电刷/滑环组件中，Ag-MoS2系自润滑材料是应用最为广泛应用的电刷材料。在干摩擦条件下，Ag-MoS2系电刷在真空摩擦学性能与接触电性能上存在难以调和的相互制约，Ag-MoS2电刷的预磨合以及润滑与失效机制研究是实现其长使用寿命的关键摩擦学问题。主要研究内容和重要结果如下：.（1）我们以曾解决某任务的Ag-MoS2系电刷材料为研究对象，成功复现了其微观结构与宏观性能。.（2）本项目成功完成了微量离子液体辅助磨合的实验室研究，考察了离子液体种类、使用量等预磨合参数对电刷表面状态、载流摩擦学性能以及使用寿命的影响，积累了充足的实验数据，建立了预磨合方法，揭示了痕量离子液体预磨合的磨损机制。有效的预磨合可以有效提升电刷/滑环的耐磨寿命。本项目还发现并研究了特定表面形貌下，液体润滑剂、固体润滑剂对电接触材料的杂化预磨合现象。.（3）本项目通过全寿命周期的真空载流摩擦磨损实验，分析并对比了稳定磨损后期与失效期磨损表面组成、形貌和表面电势和功函数的变化，以此深入研究润滑机理与失效机理。在无离子液体预磨合的情况下，固体润滑剂在稳定磨损的后期，在剪切不稳定性的作用下，逐渐损失消耗，其表面电势发生变化，为随后的失效起到材料学与摩擦学基础。在离子液体辅助预磨合的情况下，Ag的塑性变形积累较低，固体润滑剂不易损失消耗，加之离子液体的复合润滑，因此，延长了摩擦副的耐磨寿命。. 以上研究结果将为太阳能帆板等机构用电刷的摩擦学设计提供理论基础，还将丰富载流条件下的固体润滑理论。. 在项目执行期间，发表了学术论文7篇，其中SCI一区Top4篇，3区1篇，EI收录2篇。培养了博士研究生2名，硕士研究生5名。