Page 21 - 《摩擦学学报》2020年第5期

576 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

磨损；螺纹表面A、B和C处存在微量Fe元素，所以螺纹 表面发生微动磨损，螺栓轴向力缓慢下降.
表面还存在材料转移，因此，其磨损机制为疲劳磨损、 b. 无涂层螺栓和无涂层螺母配合时，螺纹表面的
磨粒磨损和黏着磨损. 图9为预紧力优化条件下复合 磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损；TiCN/MoS 复合涂
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涂层螺栓螺纹表面的二维轮廓形貌. 由图可知，螺纹 层螺栓和无涂层螺母配合时，螺纹表面的磨损机制为
表面的磨损深度较优化前(P =18 kN)轻微，因此，在等 疲劳磨损、磨粒磨损和粘着磨损；TiCN/MoS 复合涂
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效预紧力下复合涂层螺栓能够进一步减轻表面磨损. 层螺栓和TiCN/MoS 复合涂层螺母配合时，螺纹表面
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图10为预紧力优化条件下复合涂层螺栓连接结 的磨损机制为疲劳磨损.
构的松动曲线. 预紧力优化条件下，螺纹接触面积增 c. 使用TiCN/MoS 复合涂层对螺栓进行表面处
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大，在相同外载条件下，螺纹的塑性变形减小. 由图10 理，可减少螺纹表面的微凸体，且在预紧过程中被去
可知，复合涂层螺栓连接结构的松动程度较预紧力优 除，增大螺纹表面的接触面积，减小由于螺纹塑性变
化前下降约1%，此外，提高预紧力可减轻螺纹表面的 形导致的连接结构松动；同时TiCN/MoS 复合涂层具
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微动磨损. 综上可知，通过增大初始轴向力可进一步 有良好的耐磨损性能，减缓由于微动磨损引起的连接

提高复合涂层螺栓连接结构的防松性能. 结构松动. 因此，TiCN/MoS 复合涂层螺栓具有优良
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的防松性能.
3 结论
d. 与无涂层螺栓连接结构螺纹牙底相同等效应
a. 横向交变载荷下螺栓连接结构的松动过程可 力状态下，TiCN/MoS 复合涂层螺栓连接结构的预紧
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以分为两个阶段：第一阶段，由于连接结构发生塑性 力可提高约10%，从而进一步提高TiCN/MoS 复合涂
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变形，螺栓轴向力迅速下降；第二阶段，由于螺纹接触 层螺栓的防松性能.

z/μm 20
1.2
15 Composite coated bolt/nut (P 0 =18 kN)
16
Composite coated bolt/nut (P 0 =22.16 kN)
1.0 12
0
8
0.8 4
y/mm 0.6 −20 Depth/μm 0
−40 −4
0.4 −8
−12
0.2 −60 −16
0.0 −73 −20
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
x/mm Distance/mm
(a) Two-dimensional morphologies of thread surface (b) Depth profile of the first thread
Fig. 9 Two-dimensional morphologies of thread surfaces under the optimized preload
图 9 预紧力优化后螺纹表面二维轮廓形貌

100
100 Composite coated bolt/nut (P 0 =22.16 kN)
Composite coated bolt/uncoated nut
(P 0 =19.78 kN)
98 +0.3
98 +0.4
−0.5
96 −0.2
R F /% 96 R F /%
Composite coated bolt/nut (P 0 =18 kN) 94 97.5
Composite coated bolt/uncoated nut 96.7
94
(P 0 =18 kN)
Composite coated bolt/nut (P 0 =22.16 kN) 92
Composite coated bolt/uncoated nut
92 (P 0 =19.78 kN)
90
0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
Number of cycles/10 4
(a) Self-loosening curves (b) Self-loosening degree
Fig. 10 Self-loosening curves of composite coated bolt under different preloads
图 10 复合涂层螺栓不同预紧力下的松动曲线