Page 17 - 《摩擦学学报》2020年第5期
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的，第一圈螺纹承载约总载荷的1/3，且前三圈承受总 复合涂层螺栓/螺母配合时，螺纹表面存在剥落现象，
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载荷的65% ，因此，试验后对螺栓前四圈螺纹进行 其磨损机制为疲劳磨损. 由图4(c)可知，复合涂层螺栓/
OM形貌分析，讨论其损伤规律. 图3为无涂层螺栓和 无涂层螺母配合时，螺纹表面存在剥落和犁沟现象；
复合涂层螺栓螺纹表面OM形貌，无涂层螺栓/螺母配 且螺纹表面点B、C和D处存在微量Fe元素，说明损伤
合时，螺栓螺纹的损伤区域靠近螺纹牙顶；复合涂层 区域发生材料转移. 综上可知，其磨损机制为疲劳磨
螺栓/螺母配合时，螺栓螺纹磨损区域为螺纹中部；复 损、磨粒磨损和黏着磨损. 从图4(b)和(c)可以看出，复
合涂层螺栓/无涂层螺母配合时，螺栓第一圈螺纹磨损 合涂层螺栓螺纹表面只有极少数局部区域涂层完全
区域靠近牙顶，其余磨损区域为螺纹中部. 与无涂层 脱落，因此，复合涂层螺栓具有良好的耐磨损性能.
螺栓相比，复合涂层螺栓螺纹的磨损面积更小，其原 图5示出了无涂层螺栓和复合涂层螺栓螺纹表面
因是MoS 具有自润滑效果，减小螺纹表面微动磨损. 的二维轮廓形貌. 由图5可知，复合涂层螺栓螺纹表面
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此外，螺栓的第一圈螺纹表面磨损程度最严重，随着 磨损深度比无涂层螺栓螺纹表面小，因此，复合涂层
螺纹圈数的增加，螺纹表面的磨损情况逐渐减轻. 能够提高螺纹表面的耐磨性能.
为了进一步研究螺纹表面的磨损深度及磨损机 为了便于讨论螺栓的松动行为，定义松动程度φ：
理，将螺栓第一圈螺纹进行线切割，放入酒精中超声 P i
φ = 1−R F = 1− ×100% (1)
波清洗20 min，运用SEM、EDX和白光干涉仪观察螺 P 0
纹损伤表面. 图4为无涂层螺栓和复合涂层螺栓螺纹 其中：P 为第i次循环时螺栓轴向力；P 为螺栓初始预
0
i
的SEM形貌和EDX成分分析. 由图4(a)可知，试验后无 紧力.
涂层螺栓螺纹表面牙顶处出现比试验前[图3(a-Ⅰ)]更 图6为无涂层螺栓、复合涂层螺栓与无涂层螺母、
小的犁沟，说明该区域的磨损机制为磨粒磨损；螺纹 复合涂层螺母不同组合下连接结构的松动曲线. 由图
表面还存在明显的剥落现象，螺纹表面点A和B处的 可知，螺栓连接结构的松动过程可以分为两个阶段：
O元素含量无明显差异. 综上可知，无涂层螺栓螺纹表 第一阶段(循环次数N=0~1 000次)：螺栓轴向力迅速下
面的磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损. 由图4(b)可知， 降，下降幅度超过总松动程度的50%，其原因是连接
1 mm 1 mm
(Ⅰ) Before test (Ⅱ) After test
(a) Uncoated bolt
1 mm 1 mm 1 mm
(Ⅰ) Before test (Ⅱ) Fit with composite coated nut (Ⅲ) Fit with uncoated nut
(b) Composite coated bolt
Fig. 3 OM morphologies of thread surfaces (P 0 =18 kN)
图 3 螺栓螺纹表面形貌的OM照片(P 0 =18 kN)
