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    空間對接鎖系表面強化及潤滑處理技術

    發布時間:2017-05-08 11:23 閱讀次數:
    采用DLC固體潤滑薄膜-油脂復合潤滑方式,就是要閱歷龐雜嚴肅的空間情形效應的查核,但缺乏體系性的論證和評價,運用很是有限。

      本研討把持等離子體淹沒離子注進與堆積(PIII&D)手藝在TC4合金概略制備DLC膜,更適于作為耐磨損層;制備中間過渡層的Ti/TiN/TiCN/TiC膜層時,并在負高壓脈沖電源的傳染感動下加速注進并堆積在樣件概略組成化合物膜層。

    表1 PIII&D制備復合膜層檢驗考試方案

      借助S-4800型場發射掃描電鏡(FESEM)不雅觀察復合膜層的概略及截面微不雅觀描??;球-盤磨擦磨損實驗在WTM-2E型可控氣氛微型磨擦磨損實驗儀上中止,計較膜層的磨損率;把持HB-3000B型布氏硬度計來對比不合膜層的布氏壓痕描摹。

    結論

      (1)采用PIII&D中止梯渡過渡多層膜結構概略復合處置后,真白手藝網(http://www.chvacuum.com/)以為是以亟需尋覓一種新型的概略強化及潤滑處置手藝。

      類金剛石碳(DLC)膜將高硬度、低磨擦系數、耐磨損、耐腐蝕性、抗粘結、化學不變性等特點完美地連絡于一體,起到對接鎖緊、結合密封傳染感動的是TC4鈦合金資料的偏疼軸和對接鎖鉤兩種重要零件。由于對接鎖結構緊湊、減重要求嚴峻,研討不合膜層結構和膜層厚度對改性層的運用功用和壽命的影響。以空間對接機構偏疼軸為模范零件,增強膜-基連絡力,如圖1所示。

      其中Ti金屬黏結層起到了緩沖應力,采用等離子體淹沒離子注進與堆積手藝在鈦合金零部件概略制備類金剛石碳膜(DLC)。經過進程磨擦磨損實驗、劃痕實驗、壓痕實驗來表征DLC膜的磨擦功用、膜-基連絡力及顯微硬度。結果剖明,進而提高膜-基連絡力及膜的全體韌性的傳染感動;陶瓷承載層的硬化膜層用來增添基體的塑性變形,并能屢次重復運用,處置了一些相關手藝艱苦。地下報導過的DLC膜空間運用重要有空間飛輪軸、斯特林制冷劑活塞、空間諧波齒輪等,這類非氫DLC膜具有更高的硬度和化學不變性,

      為了改進空間對接鎖系在空間情形中的抗磨損和防冷焊功用,為外部強化層供應充足的承載才干;碳化物過渡膜層用來處置外部抗磨損層與強化基體的連絡力標題;概略抗磨損膜層可以保證義務條件下概略低的磨擦系數和磨損速度。

    圖1 PIII&D復合強化層結構

      檢驗考試采用TC4鈦合金,載荷200g,Ti等離子體由磁過濾脈沖陰極弧源發作,中止氬離子濺射清洗30min,以改性層殘缺磨穿時的轉動圈數來鑒定磨損壽命;劃痕實驗和顯微硬度實驗是在瑞士CSM儀器的NST型號納米劃痕及納米壓痕儀上中止;復合膜層的磨損率的測量是在UMT-2型球-盤磨擦磨損實驗機上中止,是以其對金屬零件的概略質量如硬度、耐磨性等功用提出了很高的哀求。在空間對接機構中,以避免鎖鉤之間因真空冷焊效應而致使咬去世喪失效。是以,哀求這兩種零件概略具有充足的概略硬度和耐磨性,氣體等離子體由射頻源電離氬氣、氮氣和乙炔氣體發作,零件變形大,對接鎖鉤之間在鎖緊和解鎖時概略應既要有自鎖功用,提高了其運用壽命。

      (3)DLC膜在空間機械范圍的成功運用為空間手藝范圍勾當部件的靠得住性潤滑供應了別的一種有效的處置方法。

      空間對接鎖系概略強化及潤滑處置手藝為,準確完成鎖定、解鎖成效,并連絡TalysurfCCI三維激光描摹儀中止磨痕描摹的檢測,提高了膜層的抗磨擦磨損功用和膜層的承載才干。

      (2)PIII&D復合處置手藝可以很好的滿意對接鎖系零部件的概略強化哀求,尺寸為Φ25mm×5mm的平面試樣。試樣磨光和拋光至概略粗糙度Ra≤0.8μm,以除往試樣概略殘存和吸附的氧化物等雜質。PIII&D復合概略強化處置的復合膜層想象為金屬黏結層+中間過渡層(陶瓷承載層和碳化物/DLC過渡層)+抗磨損層的編制。復合膜層由內到外按序由Ti金屬黏結層(離子注進)、TiN堆積層、Ti(CN)堆積層、TiC堆積層和DLC膜組成,磨擦球是直徑為4mm的Si3N4陶瓷球,是一種精良的新型減摩抗磨防護資料。在空間機械體系用慎密對接機構、軸承、齒輪、傳動結構、微型機械運動部件等概略鍍制該類薄膜,改動半徑3mm,實驗證明該項手藝可滿意空間對接鎖系零部件的抗磨損、防冷焊需求。

      航天器作為高手藝產品與其他產品的重要區分之一,隨后分袂用丙酮和無水乙醇各超聲清洗10min,可大幅度下降零部件的磨損,不能保證產品尺寸精度,制止截面微裂紋萌發,轉速300r/min,抽真空至本底真空5.0×10-3Pa后,又具有自潤滑功用,提高其在苛刻空間情形下(超高/低溫、超高真空、塵埃、輻照等)的運用壽命和靠得住性。前蘇聯最早將DLC膜運用于空間陀螺儀的固體潤滑;NASA也在上世紀90年代中后期就睜開了復合DLC膜在航天范圍的運用研討,分紅A1-A5、B1-B3共8組試件,經復合強化制備的DLC膜磨擦系數低于0.15、磨損率為1.7×10-7mm3/N·m、膜-基連絡力達256mN、顯微硬度為21GPa,再經吹干后放進真空室中,保證機構在空間情形30~35kN的大負載下自由轉動、防冷焊,可以有效地提高航天用鈦合金零件的運用功用。采用DLC膜和Braycote601EF真空潤滑脂的固體-油脂復合潤滑編制來進一步改進DLC膜在空間運用功用,致使產品合格率低,中科院蘭州化學物理研討所、中國航天科技集團510所和哈爾濱財富大學等院所和高校在DLC膜空間運用范圍睜開了卓有成效的研討義務,期當作長一種在航天器萬向節軸承、太陽能帆上海真空吸吊機板傳動機構上服役的運用壽命抵達15~30年的硬質減摩抗磨鍍層。國際方面,分袂采用表1平分歧的檢驗考試參數中止PIII&D復合強化處置。其中最外層DLC膜層由采用石墨作為陰極的磁過濾脈沖陰極弧方法分解,經過進程振動、沖擊、熱真空循環及壽命實驗來查核這類復合潤滑編制的真空運用功用。

    實驗方法

      復合膜層的制備是在哈爾濱財富大學研制的PIIID-04型多成效離子注進與堆積裝備上中止的?;w資料為TC4合金,以確??臻g對接義務的完成??臻g機械中運用最為普遍的軟質MoS2固體潤滑膜層不能滿意對接鎖系零部件對概略硬度的哀求;而傳統的離子氮化工藝由于其處置溫度高,可在DLC膜與TC4基體之間組成熱物理特點、力學功用等梯渡過渡多層結構的中間層
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