真空环境下滑动电接触部件损伤机理及长寿命摩擦副体系设计
批准号:
U1637204
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
254.0 万元
负责人:
陈建敏
依托单位:
学科分类:
机械摩擦学与表面技术
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱立群、鞠鹏飞、苏培博、李红轩、李卫平、刘晓红、刘慧丛、周惠娣、陈海宁
中文摘要
航天工程电接触摩擦副材料的摩擦磨损行为是决定系统信号转换和传输的可靠性、稳定性、精确性和使用寿命的关键,但其受到材料结构、环境、工况等诸多复杂因素的综合影响。本项目针对航天器对长寿命、低摩擦、高耐磨、耐苛刻环境电接触摩擦副材料的需求,系统研究材料组成和结构、多环境(大气,空间真空、原子氧、辐照环境)、多因素(载流、温度/压力、微电弧)等耦合作用下的摩擦磨损性能,通过计算模拟和实验相结合,明确微放电交互作用机制及磨损动力学的科学本质,建立多因素耦合作用下电接触摩擦设计和磨损寿命预测的理论模型;在此基础上,利用外延生长、低温气相沉积、催化诱导等技术,通过组分设计和结构控制,研制出新型长寿命、低摩擦、高耐磨、高电导的电接触摩擦副材料,掌握高性能摩擦副材料的制备技术和延寿方法,这对改善电接触部件的摩擦状态、解决制约航天器可靠性和寿命的瓶颈问题、发展长寿命在轨航天器具有重要的理论意义和重大应用价值。
英文摘要
Friction and wear behaviors of electrical contacting friction counterpart materials have been found to play a significant role on the reliability and stability of aerospace system during signal switch and transmission process. However, it also suffers many influences of complicated factors such as material structure, environment, operating condition etc. This project aims to satisfy the urgent necessary for electrical contacting friction counterpart materials in space field with long life-time, low friction, high wear resistance and cruel environment resistance. Systemic studies are carried out on the friction and wear properties in coupling of material composition and structure, multiple environments (atmosphere, vacuum, atomic oxygen and irradiation), multiple factors (current carrying, temperature/pressure, microelectric arc) etc., and then the interaction mechanism of micro-discharge, the scientific essence of wear dynamics, and the design principle for electrical contact friction counterpart materials are established on the basis of calculation simulation and experimental results. Bearing these aspects in mind, we propose to utilize the epitaxial growth, low-temperature vapor deposition, catalytic induction etc. technologies, and develop new types of long life-time, low friction, high wear resistance and high conductivity electrical contact friction counterpart materials through the component design and structure controlling. The acquisition of those technologies and life extension methods of high-performance electrical contacting materials is of great theoretical and practical values for improving the service performance of electric contact parts, solving the bottleneck problem of the spacecraft reliability and development of long life-time orbiting spacecrafts.
针对空间滑环电传输滑动服役特殊工况,建立了真空载流模拟评价条件,可在线监测摩擦系数、电噪音以及接触电压的变化,进一步结合电接触理论仿真模拟,揭示了金基(高导电、高摩擦)和二硫化物基(低导电、低摩擦)两类主要空间润滑材料在真空载流-温度/压力耦合环境的微放电交互作用机制,提出了电接触摩擦副优化接触模型以及硬承载+软润滑功能层材料设计原则。基于上述机理认识指导,在现役电镀金材料体系方面,突破低应力叠层择优取向和晶粒尺寸调控设计以及电接触条件优化等关键技术,实现了寿命的大幅提高,完成等效8年的台架跑合试验验证,通过了航天系统组织的工艺鉴定,满足了现有型号可靠服役要求;在新型导电润滑材料体系探索方面,突破了低温沉积关键技术,利用真空气相沉积方法发展出金薄膜材料,较传统电镀金膜层,展现出光滑致密、高硬度等优势,大幅抑制了载流电弧的产生,真空载流耐磨与接触电噪音性能进一步显著提高;突破外场催化诱导石墨烯结构碳膜制备、宏观超滑摩擦表界面设计、多层精细结构设计等关键技术,发展出Au/石墨烯以及Au/二硒化铌多层复合薄膜,实现了在保持接触高电导性的基础上,摩擦系数、寿命等关键性能指标较现役金电镀膜层改善1个数量级以上。目前已完成实际滑环零件(信号盘和功率盘)的镀制,择机应用考评。本项目在真空载流润滑机理、宏观超滑表界面设计原理以及在材料关键技术方面的突破,为解决制约我国现役航天器可靠性和寿命的瓶颈问题以及未来发展超长寿命在轨航天器都提供了有利的理论和技术支持。
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Efficient synthesis of graphene oxide and the mechanisms of oxidation and exfoliation
氧化石墨烯的高效合成及其氧化和剥离机制
DOI:
10.1016/j.apsusc.2017.04.181
发表时间:
2017-09
期刊:
Applied Surface Science
影响因子:
6.7
作者:
[Rui Yuan, Jing Yuan, Yanping Wu, Lei Chen, Huidi Zhou, Jianmin Chen]
通讯作者:
Jianmin Chen
Ascorbic acid peptized alumina sol films with enhanced corrosion resistance performance
具有增强耐腐蚀性能的抗坏血酸胶溶氧化铝溶胶薄膜
DOI:
10.1016/j.colsurfa.2020.124955
发表时间:
2020-09
期刊:
Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects
影响因子:
--
作者:
[Su Xunwen, Zhu Liqun, Li Weiping, Chen Haining, Liu Huicong]
通讯作者:
Liu Huicong
Silane-grafted graphene oxide improves wear and corrosion resistance of polyimide matrix: molecular dynamics simulation and experimental analysis
硅烷接枝氧化石墨烯提高聚酰亚胺基体的耐磨性和耐腐蚀性:分子动力学模拟与实验分析
DOI:
10.1007/s10853-019-03672-9
发表时间:
2019
期刊:
Journal of Materials Science
影响因子:
4.5
作者:
[Yuan Rui, Ju Pengfei, Wu Yanping, Ji Li, Li Hongxuan, Chen Lei, Zhou Huidi, Chen Jianmin]
通讯作者:
Chen Jianmin
Simple Spray Deposition of the Water-based Superhydrophobic Coatings with High Stability for Flexible Applications
简单喷涂沉积高稳定性水基超疏水涂层,实现灵活应用
DOI:
--
发表时间:
2017
期刊:
Journal of Materials Chemistry A
影响因子:
11.9
作者:
[Ye Hui, Zhu Liqun, Li Weiping, Liu Huicong, Chen Haining]
通讯作者:
Chen Haining
Macro-Tribological Behaviors of Four Common Graphenes
四种常见石墨烯的宏观摩擦学行为
DOI:
10.1021/acs.iecr.8b06013
发表时间:
2019-03
期刊:
Industrial & Engineering Chemistry Research
影响因子:
4.2
作者:
[Gao Xue, Ju Pengfei, Liu Xiaohong, Lei Chen, Ji Li, Li Hongxuan, Huidi Zhou, Jianmin Chen]
通讯作者:
Jianmin Chen
共 48 条
高真空环境下a-C:H复合薄膜的结构演变、超润滑失效机制与延寿
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批准号:51275509
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项目类别:面上项目
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资助金额:85.0万元
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批准年份:2012
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负责人:陈建敏
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依托单位:
首届青年表面工程学术论坛
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批准号:E0624506
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项目类别:专项基金项目
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资助金额:6.0万元
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批准年份:2006
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负责人:陈建敏
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依托单位:
超润滑复合碳膜的设计、制备及摩擦学性能研究
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批准号:50575217
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项目类别:面上项目
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资助金额:32.0万元
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批准年份:2005
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负责人:陈建敏
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依托单位:
铝质材料及其表面改性层的摩擦学特性
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批准号:59675031
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项目类别:面上项目
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资助金额:11.0万元
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批准年份:1996
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负责人:陈建敏
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依托单位:
阳极氧化铝的润滑及自润滑表面处理
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批准号:59271053
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项目类别:面上项目
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资助金额:6.0万元
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批准年份:1992
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负责人:陈建敏
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依托单位:
国内基金
海外基金