一種控制空間液體潤(rùn)滑劑蠕爬流失的表面設(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種控制空間液體潤(rùn)滑劑蠕爬流失的表面設(shè)計(jì)方法，首先判斷空間運(yùn)動(dòng)部件摩擦表面上的溫度梯度方向，若溫度梯度方向單一，則通過(guò)表面微細(xì)加工技術(shù)在摩擦表面上加工出規(guī)則分布的微溝槽陣列；若存在多個(gè)溫度梯度方向，則通過(guò)表面微細(xì)加工技術(shù)在摩擦表面上加工出規(guī)則分布的微凹坑陣列；凹坑或溝槽的深度為5μm-100μm，面積率為0%-70%，凹坑直徑或溝槽寬度為10μm-500μm。用本發(fā)明方法設(shè)計(jì)出的空間運(yùn)動(dòng)部件的摩擦表面對(duì)潤(rùn)滑劑的蠕爬又很好的抑制作用，能有效防止?jié)櫥瑒┮驗(yàn)闇囟忍荻榷a(chǎn)生的蠕爬流失，延長(zhǎng)了部件的使用壽命。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種控制空間液體潤(rùn)滑劑蠕爬流失的表面設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空間潤(rùn)滑及精密機(jī)械領(lǐng)域，具體是一種控制空間液體潤(rùn)滑劑蠕爬流失的表面設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]螺爬(creep or migration),是指潤(rùn)滑劑在接觸表面,不受外力作用而不斷擴(kuò)展的現(xiàn)象。隨著我國(guó)航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展，空間潤(rùn)滑技術(shù)的重要性得到了越來(lái)越普遍的認(rèn)識(shí)，潤(rùn)滑失效正逐漸成為限制空間機(jī)械系統(tǒng)壽命的主要障礙。液體潤(rùn)滑具有自修復(fù)能力強(qiáng)、低摩擦因數(shù)、使用壽命長(zhǎng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，其研究和應(yīng)用價(jià)值也變得越來(lái)越高。然而對(duì)于液體潤(rùn)滑，由于微重力、真空等復(fù)雜環(huán)境因素，潤(rùn)滑液缺少回流補(bǔ)充的機(jī)制，而且由于液體潤(rùn)滑材料與運(yùn)動(dòng)部件基體材料浸潤(rùn)性的變化，極易造成液體潤(rùn)滑劑的蠕爬流失。J.W.Kannel,K.F.Dufrane.Rolling Element Bearings in Space.The 20th Aerospce MechanismSymposi μ m, NASACP-2423, 1986: 112-321.和W.R.Jones, M.J.Jansen.Tribologyfor Space Applications.Engineering Tribology, 2008, 222: 997-1004 的研究表明，對(duì)于空間液體潤(rùn)滑劑，溫度梯度是引起其蠕爬流失的重要因素之一，如附圖3、4所示。微小的溫度梯度能夠促使?jié)櫥捅∧母邷貐^(qū)快速向低溫區(qū)遷移，導(dǎo)致蠕爬流失。蠕爬流失不僅降低空間部件在軌壽命，而且長(zhǎng)年積累的潤(rùn)滑劑甚至將會(huì)污染整個(gè)空間站。
[0003]1.Takahashi, M.K μ me.A study on non-oil diffusive greases.NLGISpokesman, 1993，57.3.介紹了在潤(rùn)滑區(qū)域涂覆具有超低表面能的表面涂層，能夠?qū)?rùn)滑液的蠕爬有很顯著的阻礙作用。但是由于涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度不高，就容易在各種外界作用力的影響下而脫落，脫落的表面涂層不僅沒(méi)有阻礙潤(rùn)滑液蠕爬，而且還會(huì)污染潤(rùn)滑液，影響其潤(rùn)滑性能。A.A.Fote, R.A.Slade, S.Feuerstein.The Prevention ofLubricant migration in spacecraft.Wear, 1978, 51: 67?75 介紹一種通過(guò)改變摩擦表面結(jié)構(gòu)的方法，即棱邊結(jié)構(gòu)，并從理論驗(yàn)證了其能達(dá)到密封抑制蠕爬的效果。另外，E.W.Roberts, M.J.todd.Space and Vacu μ m Tribology.Wear, 1990, 136: 157?167 中提到了通過(guò)提高潤(rùn)滑劑的粘度來(lái)抑制潤(rùn)滑液爬移擴(kuò)散的作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供了一種控制空間液體潤(rùn)滑劑蠕爬流失的表面設(shè)計(jì)方法，通過(guò)該方法可以獲得一種能夠有效控制空間液體潤(rùn)滑液蠕爬流失的理想的表面結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明提供的設(shè)計(jì)方法，首先判斷空間運(yùn)動(dòng)部件摩擦表面上的溫度梯度方向，若溫度梯度方向單一，則通過(guò)表面微細(xì)加工技術(shù)在摩擦表面上加工出規(guī)則分布的微溝槽陣列；若存在多個(gè)溫度梯度方向，則通過(guò)表面微細(xì)加工技術(shù)在摩擦表面上加工出規(guī)則分布的微凹坑陣列；凹坑或溝槽的深度為5 μ m -100 μ m,面積率為0%_70%，凹坑直徑或溝槽寬度為 10 μ m -500 μ m。[0006]進(jìn)一步優(yōu)化，所述的溝槽陣列相對(duì)于溫度梯度方向的排布角度為0° -90°。
[0007]進(jìn)一步優(yōu)化，所述的溝槽陣列相對(duì)于溫度梯度方向呈45°平行交錯(cuò)。
[0008]進(jìn)一步優(yōu)化，所述的溝槽陣列相對(duì)于溫度梯度方向呈90°。
[0009]所述的表面微細(xì)加工技術(shù)包括反離子刻蝕、LIGA技術(shù)、激光加工、噴射粒子流處理及光刻和微細(xì)電解加工技術(shù)。
[0010]本發(fā)明有益效果在于:用本發(fā)明方法設(shè)計(jì)出的空間運(yùn)動(dòng)部件的摩擦表面對(duì)潤(rùn)滑劑的蠕爬又很好的抑制作用，能有效防止?jié)櫥瑒┮驗(yàn)闇囟忍荻榷a(chǎn)生的蠕爬流失，延長(zhǎng)了部件的使用壽命。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為單一溫度梯度時(shí)微溝槽陣列設(shè)計(jì)示意圖。
[0012]圖2為存在多個(gè)溫度梯度方向時(shí)微凹坑陣列設(shè)計(jì)示意圖。
[0013]圖3為平行于溫度梯度方向的微溝槽陣列設(shè)計(jì)示意圖。
[0014]圖4為相對(duì)于溫度梯度方向呈45°平行交錯(cuò)的微溝槽陣列設(shè)計(jì)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0016]本發(fā)明通過(guò)表面微細(xì)加工技術(shù)在空間運(yùn)動(dòng)部件的摩擦表面上進(jìn)行加工，若溫度梯度方向單一，則加工出規(guī)則分布的微溝槽陣列，如圖1所示，溫度梯度是水平方向，溝槽方向垂直于溫度梯度方向。若存在多個(gè)溫度梯度方向，則加工出規(guī)則分布的微凹坑陣列，如圖2所示；凹坑或溝槽的深度為5 μ m-100 μ m,面積率為0%_70%，凹坑直徑或溝槽寬度為10 μ m-500 μ m。所述的表面微細(xì)加工技術(shù)包括反離子刻蝕、LIGA技術(shù)、激光加工、噴射粒子流處理及光刻和微細(xì)電解加工技術(shù)。
[0017]進(jìn)一步優(yōu)化，所述的溝槽陣列相對(duì)于溫度梯度方向的排布角度為0° -90°，平行于溫度梯度方向的微溝槽陣列如圖3所示，相對(duì)于溫度梯度方向呈45°平行交錯(cuò)的微溝槽陣列如圖4所示。圖中式樣右端為熱端，左端為冷端，存在一個(gè)相同的溫度梯度。結(jié)果表明，在相同試驗(yàn)環(huán)境下，對(duì)于同一種潤(rùn)滑液蠕爬，在水平方向微溝槽上的爬移速度明顯快于45度傾斜方向微溝槽的爬移速度，即45°傾斜方向微溝槽對(duì)潤(rùn)滑劑的蠕爬又很好的抑制作用，從而說(shuō)明夾角的存在能夠抑制蠕爬，可以知道當(dāng)溝槽和溫度梯度90°垂直的時(shí)候效果更好。
[0018]本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種控制空間液體潤(rùn)滑劑蠕爬流失的表面設(shè)計(jì)方法，其特征在于:首先判斷空間運(yùn)動(dòng)部件摩擦表面上的溫度梯度方向，若溫度梯度方向單一，則通過(guò)表面微細(xì)加工技術(shù)在摩擦表面上加工出規(guī)則分布的微溝槽陣列；若存在多個(gè)溫度梯度方向，則通過(guò)表面微細(xì)加工技術(shù)在摩擦表面上加工出規(guī)則分布的微凹坑陣列；凹坑或溝槽的深度為5μm -100μm，面積率為0%-70%，凹坑直徑或溝槽寬度為10 μ m -500 μ m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制空間液體潤(rùn)滑劑蠕爬流失的表面設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述的溝槽陣列相對(duì)于溫度梯度方向的排布角度為0° -90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制空間液體潤(rùn)滑劑蠕爬流失的表面設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述的溝槽陣列相對(duì)于溫度梯度方向呈45°平行交錯(cuò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制空間液體潤(rùn)滑劑蠕爬流失的表面設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述的溝槽陣列相對(duì)于溫度梯度方向呈90°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制空間液體潤(rùn)滑劑蠕爬流失的表面設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述的表面微細(xì)加工技術(shù)包括反離子刻蝕、LIGA技術(shù)、激光加工、噴射粒子流處理及光刻和微細(xì)電解加工技術(shù)。
【文檔編號(hào)】F16N39/00GK103822077SQ201410057634
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】王曉雷, 戴慶文, 黃巍 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)