极端环境中磁控定域润滑基础研究

针对航空航天领域液体润滑的需求，本研究提出利用磁性液体进行定域润滑的方案。采用磁场辅助吸附的方式将磁性液体准确控制于定域范围内，实现持久润滑。通过优化接触副表面磁性结构单元的物理及几何学特征，改善定域范围内磁液的浸润性分布，提高润滑液表面张力，从而减小润滑液在基体表面的蠕爬迁移趋势。研究中，将着力探究磁性液体与磁性界面间浸润特性的影响因素及变化规律；解明磁场参数及其几何尺度对磁液蠕爬趋势的影响机制；在真空环境中，采用高速旋转产生离心力的方式，模拟空间等极端条件，对磁液的动态定域润滑特性进行评价。确定润滑液既不飞离表面又能形成有效铺展的临界速度。最终形成合理完善的磁性液体定域性润滑技术的整体设计方案。本项目的研究对于探索和解决航空航天领域等极端环境的润滑技术具有一定的学术和应用价值。

针对空间液体润滑所遇到的相关问题，本研究提出了利用磁流体进行定域润滑的思路。采用光刻掩膜电解结合电沉积的工艺方法，在基体材料表面加工了具有微小永磁体阵列的磁性功能表面；建立数学分析模型，对具有不同参数的磁性功能表面进行磁场分析。结果表明，其磁力线主要集中在微小磁体表面的边缘，且随着磁体厚度的增加，其磁通密度也逐渐升高。随后，选用磁流体作为润滑介质，对该类磁性功能表面在磁流体润滑条件下的滑动及静摩擦学特性进行了测试分析。结果表明，在低速滑动条件下，相比于无磁普通试样，磁性功能表面通常表现为增加摩擦，而在高速滑动条件下，磁性功能表面则有明显的减摩效果。同时，研究还表明，具有特定参数的磁性表面试件在高速、重载条件下，表现出优异的减磨特性。静摩擦实验结果发现，相比于无磁试样，当载荷较低时，磁性表面随着其表面微小磁体面积率和薄膜厚度的增大，静摩擦系数随之减小。粘附特性测试可知，与无磁试样相比，磁流体润滑下的磁性功能表面具有相对较高的粘附力，且随着试件表面微小磁体薄膜厚度和面积率的增加，其粘附力也逐渐增大。在润滑油爬移特性研究方面，初步的实验发现，润滑油在温度梯度作用下的爬移速率与其粘度及表面粗糙度有密切关系，对磁流体在磁性表面作用下的爬移行为及内在机理的研究已着手开展。