中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心知识库

航天器运行部件在苛刻的空间辐照环境中必须具有高可靠性、高精度、高稳定性、长寿命、自修复性等特点，因此，在模拟空间环境中航天器部件典型材料的结构变化和摩擦学性能研究是当前空间探索新材料领域中的研究热点。本论文利用空间辐照环境地面模拟设备，系统研究了空间环境中的原子氧、紫外、质子和电子等辐照对航天器部件典型材料聚酰亚胺(PI)、聚四氟乙烯(PTFE)和聚醚醚酮(PEEK)在干摩擦和油脂润滑条件下的表面化学结构、组成以及摩擦学特性的影响，阐明了材料组成、不同辐照形式以及材料表面结构变化之间的关系，揭示了摩擦磨损机理，并进一步研究了真空环境中离子液体(IL)对PEEK和PI摩擦学性能的影响，得到一些有意义的结果：

1. 研究了原子氧辐照对PI及ZrO₂/PI复合材料的影响，发现原子氧辐照导致材料表面PI分子链发生氧化降解，而纳米ZrO₂的填加能够提高复合材料的耐原子氧特性。原子氧辐照对材料摩擦学特性的影响随ZrO₂含量不同而不同，ZrO₂含量为1%的复合材料在原子氧辐照前后能够保持稳定的摩擦磨损性能。

2. 研究了质子辐照对PTFE和PI的影响，发现质子辐照导致材料表面聚合物分子链结构发生部分降解，PI表面主要发生碳化反应，而PTFE表面主要发生脱氟反应，这是质子辐照改变PI和PTFE摩擦学性能和表面能的主要原因。

3. 研究了原子氧、紫外、质子和电子综合辐照对PI和PEEK及复合材料的影响，原子氧和紫外综合辐照会导致PI及纤维增强的PI复合材料发生氧化降解，改变了材料表面的化学组成，影响了摩擦学特性；质子和电子辐照都会引起PI材料发生碳化降解，质子对材料的影响比电子更大，两者不存在协同效应；原子氧和质子综合辐照对PEEK聚合物材料的结构、元素组成、表面能及摩擦学性能的影响与原子氧和质子的作用顺序有着密切关系，两者存在协同效应。

4. 研究了空间辐照环境对油脂润滑下PI摩擦学性能的影响，发现空间辐照会导致润滑油脂发生降解造成润滑失效，从而导致其摩擦系数和磨损率明显增加；填加了MoS₂润滑脂中在空间辐照环境能更好的保持润滑性能；将润滑油引入到多孔PI中，孔结构中的润滑油可以修复质子辐照对材料表面造成的损伤，从而可以降低多孔PI材料的环境敏感性，使其在质子辐照环境中保持稳定的摩擦磨损性能和疏水性能。

5. 研究了真空环境中IL对聚合物摩擦学性能的影响，发现IL作为外部润滑剂时，润滑机制与 IL的阴离子种类有关系，聚合物材料表现极低的摩擦系数，但是IL会造成钢球表面的严重腐蚀；将IL作为内部润滑剂引入到PI中得到复合薄膜，发现IL/PI复合薄膜的摩擦学性能与IL的含量有关，当IL的含量是1%时复合薄膜表现出较好的力学性能和摩擦磨损性能。