Page 16 - 《摩擦学学报》2020年第5期

第 5 期 胡华民, 等: 横向交变载荷下TiCN/MoS 2 涂层螺栓的防松性能研究 571

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取的螺栓为4.8级螺栓，其横截面积为84.3 mm . 因此， 一批涂层制备腔内镀上TiCN/MoS 复合涂层，然后运
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试验选取的螺栓初始轴向力P =18 kN. 横向交变载荷 用雷尼绍共聚焦拉曼光谱仪(Raman，型号：INVIA
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采取位移正弦加载方式控制，加载路径为F=A sin(2πft)， REFLEX)检测涂层的表面物组成，其中激发波长为
F
根据机械设计手册，被连接件通孔直径为13 mm. 因 633 nm；安东帕纳米压痕测试仪(型号：UNHT)检测涂
此，试验选取的位移幅值为A =0.2 mm，试验频率f= 层的弹性模量和纳米硬度；扫描电子显微镜观察涂层
F
4
5 Hz，循环次数N=2×10 次. 为减小螺纹表面加工误差 厚度.
对试验结果影响，试验前使用通止规对螺栓、螺母进 图2(a)为复合涂层的拉曼图谱，涂层表面检测出
−1
1
行仔细筛选，且每组参数重复5次试验. MoS 涂层发出的两种拉曼激发模式，分别是 E (382 cm )
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2g
[31]
−1
1
试验后使用体式显微镜(OM，型号：OLYMPUS- 模和A (407 cm )模 ，其中 E 代表Mo-S键沿层方向
1g
2g
DSX100)、扫描电子显微镜(SEM，型号：JOELJEM- 的相对振动，A 代表Mo-S键沿垂直层方向的相对振
1g
6610LV)、 能 谱 仪 (型 号 ： OXFORDX-MAX50 INCA- 动. 图2(b)为复合涂层的位移-载荷曲线，涂层表面的
250)和白光干涉仪(型号：BRUKER-CONTOUR-GT- 弹性模量为228.1GPa，纳米硬度为8.01 GPa. 图2(c)为
WHITE-LIGHT-INTERFEROMETER)对螺纹接触表 复合涂层螺纹剖面形貌的SEM照片，涂层总厚度约为
面进行损伤分析，讨论螺纹表面的损伤机理和涂层的 4.7 μm，其中MoS 涂层厚度约为1.9 μm；TiCN涂层厚
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耐磨性能. 度约为2.2 μm，过渡层Ti涂层约为0.6 μm，且均匀分布
1.2 TiCN/MoS 复合涂层表征及性能 于螺纹表面.
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为了提高涂层与基体的结合强度，首先在螺栓/螺
2 结果和讨论
母表面制备Ti涂层作为过渡层，然后利用物理气相沉
积技术(PVD)先后制备TiCN涂层和MoS 涂层. 为了检 2.1 TiCN/MoS 复合涂层对连接结构松动的影响
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2
测复合涂层的力学性能，对相同基体的平面样品在同 螺栓连接结构在承载时，螺纹的受力是不均匀
600
−1
1
E 2g (382 cm ) 500
−1
A 1g (407 cm ) 400
Intensity/a.u. Force/mN 300

200
100

0
260 400 600 800 1 000 1 200 1 400 1 600 0 500 1 000 1 500 2 000
Raman shift/cm −1 Displacement/nm
(a) Raman spectrum (b) Load-displacement curve

Resin
MoS 2 coating
TiCN coating
Ti interlayer
Substrate

10 μm

(c) Cross sectional morphology of coating/substrate
Fig. 2 The properties of TiCN/MoS 2 coating
图 2 TiCN/MoS 2 复合涂层表征