材料空间环境效应研究方法与展望

空间环境是多因素交叉耦合作用的复杂、动态系统,是影响空间装备正常服役的重要因素,深入开展空间特殊环境效应研究已成为世界各国降低航天器在轨故障率、保证空间装备长期可靠运行的重要手段。总结近30年来世界各国进行空间环境效应研究的主要方法,即空间飞行试验、地基模拟试验和数值仿真计算,分析各种研究方法的优点与不足;综述各主要航天大国材料空间环境效应的研究现状,指出今后可以从基础理论和技术设备两方面对空间环境效应进行深入研究,通过开发新型的模拟试验设备和先进的数值仿真技术,未来将有望大大减少空间环境效应研究的周期和成本,从而加速推进相关空间材料和技术的研究与应用。     

空间环境因素对涂层型自润滑关节轴承磨损寿命影响规律及机理

目的 探究典型空间环境因素对涂层型自润滑关节轴承寿命的影响。方法 通过非平衡磁控溅射技术在GE17型关节轴承表面沉积了H-DLC(含氢类金刚石)薄膜,并使用自主研发的关节轴承磨损试验机,分别在大气、真空、原子氧侵蚀、紫外辐照4种环境下,对关节轴承进行了全寿命试验,通过扫描电子显微镜和白光三维轮廓仪等仪器,对关节轴承内外圈磨痕进行了表征。结果 在不同环境下关节轴承磨损过程中的摩擦扭矩信号和摩擦面温度信号都可以作为轴承磨损失效的物理信号,但是温度信号的突变点要早于扭矩信号;在大气、真空、原子氧侵蚀、紫外辐照4种环境下,关节轴承平均磨损寿命分别为87.48、30.55、17.06、29.37 h,轴承在4种环境下都主要发生黏着磨损和磨粒磨损,在原子氧侵蚀后的轴承还存在一定的氧化磨损。此外,轴承内圈磨损比轴承外圈更加严重,轴承外圈更容易吸附大量球状磨屑。结论 真空环境导致轴承内外圈产生的摩擦热不能快速排出,因此轴承摩擦接触面温度较高,H-DLC薄膜性能下降,导致轴承磨损寿命大幅度降低,原子氧侵蚀会导致H-DLC薄膜部分氧化分解,在原子氧侵蚀后轴承磨损寿命进一步降低,而紫外辐照对轴承磨损寿命影响不大。     

空间装备摩擦学部件服役工况分析

航天任务的复杂程度和时限逐步加大,对空间装备零部件的可靠性和寿命要求越来越高,空间装备中各机械摩擦部件能否正常运转和达到预期寿命已成为航天任务能否顺利完成的关键因素。对主要空间装备摩擦学部件的运动工况进行总结,指出空间摩擦学部件涉及较宽的速度和载荷范围,且常处于连续工作、多次"启-停"或间歇操作等复杂的运动状态,并归纳分析直接影响摩擦、磨损和润滑问题的主要空间环境因素,即高真空、快速温变和极端温度、强辐射、原子氧、微重力以及微流星和空间碎片,提出未来我国可以从空间环境效应以及空间润滑材料的设计制备两方面进行深入研究,从而大大提高空间装备摩擦学部件的服役寿命和可靠性。     

弥散强化铜合金的研究现状

从组分设计出发,详细阐述了弥散颗粒和合金元素的种类、含量及微观结构对材料性能的影响。介绍了机械合金化法、内氧化法、化学沉淀法和溶胶-凝胶法制备弥散强化铜合金的工艺过程和特点。指出了未来弥散强化铜合金组分设计和制备工艺研究中应关注的焦点问题及研究方向。     

类金刚石薄膜摩擦机理及其摩擦学性能影响因素的研究现状

类金刚石薄膜(DLC)具有十分优异的减摩耐磨性能,是一种极具发展潜力的固体润滑材料。但其摩擦学性能受到很多因素的影响,这些因素主要可以分为两大类:固有因素和外在因素。在不同的固有因素和外界因素影响下DLC薄膜的摩擦学性能会产生较大差异,这大大制约了人们对其摩擦学行为及摩擦机理的认识,限制了其应用范围的扩展。总结了目前有关DLC薄膜摩擦机理的三种理论,即转移膜理论、滑行界面石墨化理论和化学吸附钝化悬键理论,并在此基础上概括分析了各固有因素和外界因素对DLC薄膜摩擦学性能的影响及其机理,提出未来可以从基础理论和相关技术两方面对DLC薄膜的摩擦学性能展开深入研究。     

自润滑关节轴承磨损寿命研究方法现状与展望

自润滑关节轴承是依靠内外圈间的固体润滑材料实现润滑的一类关节轴承,其最主要的失效形式为磨损失效,对其磨损寿命的研究方法可分为基于计算机的数值计算和基于试验机的直接测试两大类。首先综述了目前应用最多的3种自润滑关节轴承寿命预测数值计算方法,包括有限元分析法、分子动力学法、人工神经网络方法,重点介绍了这几种方法的原理、主要研究方法和目前的研究现状。然后,总结了试验测试方法的主要研究内容,关节轴承磨损寿命试验机的研发是进行试验测试的前提,自润滑关节轴承磨损寿命分布规律是试验研究的主要内容,加速寿命试验是自润滑关节轴承试验最常用的手段。由此,分别从自润滑关节轴承磨损寿命试验机研发、自润滑关节轴承磨损寿命试验、加速试验在自润滑关节轴承试验研究中的应用等3个方面,探究了自润滑关节轴承磨损寿命直接试验方法的研究现状。最后展望了自润滑关节轴承磨损寿命研究的发展趋势。     

调制周期对纳米多层类石墨薄膜力学性能及摩擦学性能的影响

采用等离子增强多靶磁控溅射系统在溅射沉积类石墨(Graphite-like carbon,GLC)薄膜过程中交替掺杂金属W制备了6种纯GLC子层和W-GLC子层交替堆垛的纳米多层GLC薄膜。薄膜调制周期分别为300 nm、180 nm、90 nm、40 nm、15 nm以及8 nm共6种。研究了调制周期对薄膜力学性能和摩擦学性能的影响。结果表明:各纳米多层GLC薄膜均具有良好的力学性能与摩擦学性能,且随着调制周期的减小,薄膜的力学性能与摩擦学性能均大幅提高,并表现出显著的协同效应。纳米多层GLC薄膜中WC或W_2C纳米晶的弥散强化效应和纳米多层膜的界面效应是薄膜具有优异力学性能的主要原因,而薄膜在摩擦对偶表面形成的厚实致密的富碳转移膜又确保了薄膜具有良好的摩擦学性能。当调制周期减小至8 nm时,薄膜的硬度高达35.13 GPa,结合强度为45.28 N,H/E为0.109 5,H~3/E~2为0.375,且在"100 r/min,12 N"条件下连续摩擦480 min,平均摩擦因数仅为0.002,磨损率低至9.0×10~(-18)m~3/(N·m),综合性能极为优异。     

高能球磨制备Al2O3/Cu复合材料

采用高能球磨法制备Al2O3/Cu复合粉末,通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)研究高能球磨时间对复合粉末的物相、晶粒尺寸和表面形貌的影响。结果表明,随球磨时间的增加,基体Cu的晶粒不断被细化,在球磨初期,晶粒尺寸减小很快,当晶粒尺寸小于20 nm时,细化速率变缓而趋于稳定;Cu颗粒形貌由树枝状变为层状,并向椭球体转变;纳米Al2O3颗粒逐渐嵌入Cu颗粒体内,且分散均匀,从而获得纳米Al2O3颗粒弥散分布的Cu基复合粉末。并探讨了高能球磨对放电等离子体烧结Al2O3/Cu复合材料导电性能和力学性能的影响,研究认为高能球磨可以促进基体的晶界强化和弥散强化,而晶界的增加并不会导致电阻率的显著增大,影响电阻率的主要因素为Al2O3的体积分数、孔隙和杂质的固溶。     

低温离子渗硫技术的发展历程和研究应用现状

在综述渗硫技术的发展历程和分类的基础上,重点介绍了低温离子渗硫的工艺流程和离子渗硫层的形成机理,总结归纳了低温离子渗硫工艺的技术、经济优势和社会环保效益,概述了低温离子渗硫技术在各类典型的滚动件、滑动件和重载零件上的应用现状以及低温离子渗硫工业化生产设备的研究情况。指出低温离子渗硫技术未来将继续向绿色环保、简单高效等方向发展。     

基于VMD-EEMD-LSTM的涂层型关节轴承剩余使用寿命预测方法

涂层型关节轴承由于其结构紧凑且具有较好的摩擦性能，在航天航空设备领域有广泛的应用前景，对其剩余使用寿命(Remaining useful life,RUL)进行有效预测，能够为设备的维护提供一定的理论依据。因此，提出了一种基于变分模态分解(Variational mode decomposition,VMD)、集成经验模态分解(Ensemble empirical mode decomposition,EEMD)以及长短期记忆神经网络(Long Short-term memory neural network,LSTM)模型的剩余使用寿命预测方法。首先，利用VMD以及EEMD对轴承摩擦扭矩信号进行特征提取，并根据时间相关性进行特征筛选，得到相关性较高的3组特征序列，对筛选出的特征进行相对归一化处理作为模型输入，减小不同工况下摩擦扭矩幅值变化带来的影响；最后，选择超参数优化区间对LSTM进行贝叶斯优化，得到贝叶斯优化-LSTM模型，对涂层型关节轴承的RUL进行预测。研究结果表明，该预测模型融入了能够表征涂层型关节轴承退化信息和寿命衰减的多个信号特征，对不同工作载荷下的轴承均有较高的RUL...