一种控制空间液体润滑剂蠕爬流失的表面设计方法
【专利摘要】本发明提供了一种控制空间液体润滑剂蠕爬流失的表面设计方法，首先判断空间运动部件摩擦表面上的温度梯度方向，若温度梯度方向单一，则通过表面微细加工技术在摩擦表面上加工出规则分布的微沟槽阵列；若存在多个温度梯度方向，则通过表面微细加工技术在摩擦表面上加工出规则分布的微凹坑阵列；凹坑或沟槽的深度为5μm-100μm，面积率为0%-70%，凹坑直径或沟槽宽度为10μm-500μm。用本发明方法设计出的空间运动部件的摩擦表面对润滑剂的蠕爬又很好的抑制作用，能有效防止润滑剂因为温度梯度而产生的蠕爬流失，延长了部件的使用寿命。
【专利说明】一种控制空间液体润滑剂蠕爬流失的表面设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及空间润滑及精密机械领域，具体是一种控制空间液体润滑剂蠕爬流失的表面设计方法。
【背景技术】
[0002]螺爬(creep or migration),是指润滑剂在接触表面,不受外力作用而不断扩展的现象。随着我国航天事业的蓬勃发展，空间润滑技术的重要性得到了越来越普遍的认识，润滑失效正逐渐成为限制空间机械系统寿命的主要障碍。液体润滑具有自修复能力强、低摩擦因数、使用寿命长等诸多优点，其研究和应用价值也变得越来越高。然而对于液体润滑，由于微重力、真空等复杂环境因素，润滑液缺少回流补充的机制，而且由于液体润滑材料与运动部件基体材料浸润性的变化，极易造成液体润滑剂的蠕爬流失。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，对于空间液体润滑剂，温度梯度是引起其蠕爬流失的重要因素之一，如附图3、4所示。微小的温度梯度能够促使润滑油薄膜从高温区快速向低温区迁移，导致蠕爬流失。蠕爬流失不仅降低空间部件在轨寿命，而且长年积累的润滑剂甚至将会污染整个空间站。
[0003]1.Takahashi, M.K μ me.A study on non-oil diffusive greases.NLGISpokesman, 1993，57.3.介绍了在润滑区域涂覆具有超低表面能的表面涂层，能够对润滑液的蠕爬有很显著的阻碍作用。但是由于涂层与基体的结合强度不高，就容易在各种外界作用力的影响下而脱落，脱落的表面涂层不仅没有阻碍润滑液蠕爬，而且还会污染润滑液，影响其润滑性能。A.A.Fote, R.A.Slade, S.Feuerstein.The Prevention ofLubricant migration in spacecraft.Wear, 1978, 51: 67?75 介绍一种通过改变摩擦表面结构的方法，即棱边结构，并从理论验证了其能达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 中提到了通过提高润滑剂的粘度来抑制润滑液爬移扩散的作用。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种控制空间液体润滑剂蠕爬流失的表面设计方法，通过该方法可以获得一种能够有效控制空间液体润滑液蠕爬流失的理想的表面结构。
[0005]本发明提供的设计方法，首先判断空间运动部件摩擦表面上的温度梯度方向，若温度梯度方向单一，则通过表面微细加工技术在摩擦表面上加工出规则分布的微沟槽阵列；若存在多个温度梯度方向，则通过表面微细加工技术在摩擦表面上加工出规则分布的微凹坑阵列；凹坑或沟槽的深度为5 μ m -100 μ m,面积率为0%_70%，凹坑直径或沟槽宽度为 10 μ m -500 μ m。[0006]进一步优化，所述的沟槽阵列相对于温度梯度方向的排布角度为0° -90°。
[0007]进一步优化，所述的沟槽阵列相对于温度梯度方向呈45°平行交错。
[0008]进一步优化，所述的沟槽阵列相对于温度梯度方向呈90°。
[0009]所述的表面微细加工技术包括反离子刻蚀、LIGA技术、激光加工、喷射粒子流处理及光刻和微细电解加工技术。
[0010]本发明有益效果在于:用本发明方法设计出的空间运动部件的摩擦表面对润滑剂的蠕爬又很好的抑制作用，能有效防止润滑剂因为温度梯度而产生的蠕爬流失，延长了部件的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为单一温度梯度时微沟槽阵列设计示意图。
[0012]图2为存在多个温度梯度方向时微凹坑阵列设计示意图。
[0013]图3为平行于温度梯度方向的微沟槽阵列设计示意图。
[0014]图4为相对于温度梯度方向呈45°平行交错的微沟槽阵列设计示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0016]本发明通过表面微细加工技术在空间运动部件的摩擦表面上进行加工，若温度梯度方向单一，则加工出规则分布的微沟槽阵列，如图1所示，温度梯度是水平方向，沟槽方向垂直于温度梯度方向。若存在多个温度梯度方向，则加工出规则分布的微凹坑阵列，如图2所示；凹坑或沟槽的深度为5 μ m-100 μ m,面积率为0%_70%，凹坑直径或沟槽宽度为10 μ m-500 μ m。所述的表面微细加工技术包括反离子刻蚀、LIGA技术、激光加工、喷射粒子流处理及光刻和微细电解加工技术。
[0017]进一步优化，所述的沟槽阵列相对于温度梯度方向的排布角度为0° -90°，平行于温度梯度方向的微沟槽阵列如图3所示，相对于温度梯度方向呈45°平行交错的微沟槽阵列如图4所示。图中式样右端为热端，左端为冷端，存在一个相同的温度梯度。结果表明，在相同试验环境下，对于同一种润滑液蠕爬，在水平方向微沟槽上的爬移速度明显快于45度倾斜方向微沟槽的爬移速度，即45°倾斜方向微沟槽对润滑剂的蠕爬又很好的抑制作用，从而说明夹角的存在能够抑制蠕爬，可以知道当沟槽和温度梯度90°垂直的时候效果更好。
[0018]本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种控制空间液体润滑剂蠕爬流失的表面设计方法，其特征在于:首先判断空间运动部件摩擦表面上的温度梯度方向，若温度梯度方向单一，则通过表面微细加工技术在摩擦表面上加工出规则分布的微沟槽阵列；若存在多个温度梯度方向，则通过表面微细加工技术在摩擦表面上加工出规则分布的微凹坑阵列；凹坑或沟槽的深度为5μm -100μm，面积率为0%-70%，凹坑直径或沟槽宽度为10 μ m -500 μ m。
2.根据权利要求1所述的控制空间液体润滑剂蠕爬流失的表面设计方法，其特征在于:所述的沟槽阵列相对于温度梯度方向的排布角度为0° -90°。
3.根据权利要求2所述的控制空间液体润滑剂蠕爬流失的表面设计方法，其特征在于:所述的沟槽阵列相对于温度梯度方向呈45°平行交错。
4.根据权利要求2所述的控制空间液体润滑剂蠕爬流失的表面设计方法，其特征在于:所述的沟槽阵列相对于温度梯度方向呈90°。
5.根据权利要求1所述的控制空间液体润滑剂蠕爬流失的表面设计方法，其特征在于:所述的表面微细加工技术包括反离子刻蚀、LIGA技术、激光加工、喷射粒子流处理及光刻和微细电解加工技术。
【文档编号】F16N39/00GK103822077SQ201410057634
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】王晓雷, 戴庆文, 黄巍 申请人:南京航空航天大学