[发明专利]一种硬脂酸钾边界润滑薄膜的制备及在真空电接触运动部件上的应用

说明书

本发明公开了一种硬脂酸钾边界润滑薄膜制备方法，是利用浸渍提拉在金电镀涂层表面或者金属基材表面复合硬脂酸钾边界润滑材料，利用硬质酸钾边界膜质软和超薄厚度的特点，实现电接触摩擦副之间更大面积充分接触，从而保证加入边界膜后接触电阻不受明显影响；同时利用硬质酸钾自身具有的易剪切和润滑性能，实现摩擦系数的显著降低，进而使耐磨性能大幅提高。该硬脂酸钾边界润滑薄膜应用在真空电接触运动部件上，在减小电接触噪音、摩擦系数以及提高耐磨性方面展现的明显综合优势，因此可应用于航天领域真空电接触运动部件，如电滑环、滑桶、天线的表面润滑处理。

技术领域

本发明涉及一种硬脂酸钾边界润滑薄膜的制备及其在真空电接触运动部件上的应用，属于固体润滑技术领域。

背景技术

近年来，随着卫星飞船，空间实验站和星际探测器等空间技术的快速发展，航天系统中的电接触部件愈显重要。电接触是指电子从一个导体通过接触界面传递到另一个导体，从而实现电流传递和信号传输，担负着电子电路系统电流接通、分断、导流、隔离的工作，其性能的好坏直接决定着整个航天器系统的可靠性、稳定性和精确性。滑动电接触部件在运行过程中由于接触面发生移动而出现的摩擦磨损问题对于系统的稳定性至关重要。而电接触磨损较为复杂，它是指摩擦副在有电流通过时的磨损行为，与一般的机械磨损不同，由于存在力、电和热等多场耦合因素的影响，它既受到机械因素的制约，又受到电流热效应的影响，同时还存在严重的电弧侵蚀，因此其在通电下的摩擦磨损对接触材料的破坏性极大。近几年常出现由于真空电接触部件磨损失效而导致的型号故障。

现役的于真空电接触部件的处理技术主要采用镀金涂层的方法，其润滑性能有限，摩擦系数较高，一般在0.3以上，耐磨寿命总体不足，已经逐渐不能满足新型航天器机构在轨设计使用寿命数倍提高的要求。可行的方案是分别从原有材料体系性能的提升和新材料体系的研发上入手，除对传统的真空用电接触材料在结构和性能上进一步改善和提升外，还应发展适用于真空环境下的新型空间电接触材料，从而设计研发出低摩擦系数、低接触电阻、高耐磨等综合性能优异的新型真空导电润滑材料，这将为解决航天器可靠性和寿命以及发展空间实验站等航天技术具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过浸渍提拉制备真空电接触部件边界润滑材料的方法，在不影响电接触性能的基础上，大幅降低载流摩擦过程中摩擦副的摩擦系数和磨损率，并减小电接触噪音。

一、真空电接触部件边界润滑材料的制备

（1）浸涂剂的制备：将商品化的硬脂酸钾粉末（分子式为C₁₈H₃₅KO₂，K₂O含量为14.5-15.0%）以1～10 g/L的比例溶于无水乙醇中，加热回流溶解成均匀透明液体；

（2）浸涂膜层的制备：将上述制得的浸涂剂加热至沸腾，将预处理部件浸入加热的浸涂液中，浸渍5～60 min后迅速提出，用干净的绸布轻轻擦拭，使浸涂涂层更加均匀。

为使部件表面的硬脂酸钾膜层均匀连续，可重复多次进行浸涂，直到膜层均匀连续。浸涂涂层厚度为2～100 nm。整个浸涂膜层的过程保持溶液微沸腾。

预处理部件可以是铜、铝、钢等金属基材，也可以表面镀金涂层的铜、铝、钢等金属基材。

二、真空电接触部件边界润滑材料的性能

测试条件：真空度1.0×10^-4 Pa，球-盘接触线性往复运动模式，上试样为为直径为6 mm的GCr15商品钢球，下试样为镀制有金涂层的平面铜试片，法向载荷为0.2 N，施加电流为7.5A，滑动线速度为5cm/s，测试1.2万次往复循环。