固体润滑材料失效

固体润滑剂的使用方法分为作为固体薄膜（涂层）使用和作为整体复合材料使用。

作为固体薄膜（涂层）和复合材料，替代了需要保护的金属零件，成为预定的摩擦破坏零件。需要保护的金属零件的各种受力、运动和功能也将相应由固体薄膜（涂层）和复合材料承担。固体薄膜（涂层）和复合材料的低剪切性和润滑性使金属表面既保持了较低的摩擦，又保持了良好的润滑。但是，固体薄膜（涂层）和复合材料与摩擦副直接接触并进行摩擦，在保持润滑性的同时其也在温度、时间、介质作用下发生各种磨损、转移、流失。

固体薄膜（涂层）和复合材料的活性物质与金属表面发生摩擦化学反应也要消耗部分物质，其结果造成固体薄膜（涂层）和复合材料在有限的接触空间上数量的减少。此外，与润滑油脂相比，固体薄膜（涂层）和复合材料属于自消耗型润滑，无法进行润滑剂的输送和补充，因此，其寿命是有限的。在长期摩擦的作用下，由于磨损、转移、流失和化学反应等最终也将使润滑剂数量逐渐减少直至完全消耗，润滑失效。

可以说，固体薄膜（涂层）和复合材料是预定的摩擦破坏零件，摩擦过程中材料的磨损、转移、流失和化学反应是固体润滑材料失效的根本原因。

以航天器机构固体润滑球轴承为例，轴承的寿命在很大程度上取决于固体润滑剂的寿命，为轴承滚道上的固体润滑膜（如MoS ₂ 膜）和自润滑保持架（如聚四氟乙烯复合材料）所提供的转移膜寿命之和。在轴承寿命初期起主要润滑作用的是轴承套圈滚道上的固体润滑膜，随着膜的不断磨损，轴承逐渐过渡到转移膜润滑，最后转移膜起主要润滑作用。球轴承固体润滑失效的机理是钢球循环滚动所造成的固体润滑膜的疲劳磨损，以及伴随钢球滑动所造成的磨粒磨损。

其中，磨粒磨损自轴承运转开始就导致固体润滑膜不断耗损。疲劳磨损主要取决润滑膜表面的接触应力大小和循环作用次数，当循环作用次数不超过某一极限时，疲劳磨损并不明显。对于工作在轻载低速工况下的航天器机构固体润滑球轴承，接触应力也不会很大，所以疲劳磨损不会占有主导地位。此外，只有在固体润滑膜寿命末期，当固体润滑膜减薄（磨粒磨损）到一定程度时，润滑膜才出现明显的疲劳磨损（疲劳裂纹和点蚀），轴承摩擦力矩才会迅速增大。当自润滑保持架无法提供稳定的转移膜润滑时，引起摩擦阻力力矩过大、运转不稳、旋转精度降低等，轴承很快失效。