辐照环境下Cu（Ag）-MoS2纳米管复合材料电摩擦磨损机理研究

针对核能工业用电接触材料的特殊工作环境，通过用既有润滑、减摩作用又有一定的抗辐照性能、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，提高其抗辐照能力、力学性能、载流能力，减小温升，改善其电磨损性能。通过对铜（银）-MoS2纳米管复合材料在不同辐照环境下（不同辐照种类、辐照剂量和辐照强度）的接触电压降、摩擦系数、电磨损量的系统测定，探讨不同辐照条件对铜(银)-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，探讨在不同辐照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。本项目的研究将丰富电接触材料在辐照状态下的摩擦磨损理论，为新型核能电接触材料的成分设计和性能改善提供必要的科学基础。

采用氧化铝模板法通过热分解四硫代钼酸铵前驱体制备了MoS2纳米管，采用自行制造电纺设备制备MoS2纳米纤维，并使用场发射扫描电镜、X射线衍射仪、高分辨透射显微镜等仪器对制备的MoS2纳米管（纤维）的成分、形貌和结构性能进行测试分析，研究了制造工艺等对二硫化钼纳米管（纤维）形貌和结构的影响。伽马辐照采用60Co的伽马源，通过相同剂量（0，200kGy，2MGy）相同辐照条件，碳纳米管经历了破坏—破坏饱和—恢复的过程，而二硫化钨纳米管几乎没有受到影响，二硫化钨纳米管抗伽马辐照的能力比碳纳米管强很多，没有明显的缺陷形态和新的物质出现。电子辐照采用JEM- 2100F场发射透射电子显微镜对纳米管进行电子辐照试验，结果表明二硫化钨纳米管在电子辐照下从外向内收缩破坏导致中心孔洞闭合并向多晶结构转变，碳纳米管在电子辐照下先中心孔洞闭合再收缩，表面出现碳笼结构。WS2纳米管辐照600秒没有断裂，碳纳米管在经历了120秒辐照后发生了断裂，二硫化钨的电子辐照稳定性优于碳纳米管。离子辐照在大连理工大学三束材料改性国家重点实验室进行，分别采用1015，1016，1017ion/cm2的辐照剂量研究重离子对纳米管辐照影响，结果表明由于W的原子质量远远超过S原子，所以离位的S原子具有较高的动能能飞出很远，大部分S原子进入周围环境中，而大部分W原子则就近沉积在纳米管表面，1017ion/cm2剂量的Cu离子辐照对WS2纳米管的破坏非常显著，WS2纳米管失去了基本的管状结构。中子辐照在西北核技术研究所西安脉冲堆（XAPR）完成，功率2 MW，辐照时间6小时。理论计算和实验表明，WS2和MoS2最大原子离位数率可达1.5110−8 DPA•s1，且快中子对原子离位数率贡献要大于热中子，纳米材料MoS2和WS2具有一定的抗中子辐照性能。采用热压法在氩气保护气氛下制备铜-石墨-二硫化钼-二硫化钨纳米管复合材料，随着复合材料中MoS2含量的增加，复合材料的密度、硬度、抗弯强度和电阻率均呈现上升趋势，而相对密度随着MoS2含量的增加相对密度逐渐降低；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；由于二硫化钼与石墨在空气中的协同润滑效果，以及石墨在真空中较差的润滑减摩性能，空气气氛下复合材料的摩擦系数和磨损率比真空条件下的都要低。