CN103068937A - 用于轨道轮对的防护覆层和涂敷方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于防腐蚀和撞击的覆层，其被特别设计用于轨道轮对，包括至少三个叠置的、由不同漆组成的层。第二层和第三层的漆还包含增强纤维。有利地，第二层漆、即中间层提供用于第三层漆、即外层的充分弹性支承，其进而非常耐道渣和冰的撞击。

Description

用于轨道轮对的防护覆层和涂敷方法

技术领域

本发明总体上涉及轨道轮对，既涉及用于驱动的轮对，又涉及用于负重的轮对（wheel sets for freight），且具体涉及保护它们的金属表面以防止腐蚀和外部物体的撞击。

背景技术

通常，术语“轨道轮对”是指由形成轨道机车车辆的一部分的两个车轮、对应的轴或车轴、以及任何传动和制动部件组成的组件。

轨道轮对准确地说由于其功能而成为轨道车辆的与轨道直接接触的部分。沿着轨道，通过的列车可能遭遇特别严峻的环境和机械条件，其会不利地影响它们的轮对的结构强度。例如，沿着轨道所遵循的路径，空气湿度和温度可能大幅变化。此外，轨道轮对可能易于被通常沿着轨道存在的道渣击中；事实上，由于通过的列车所产生的湍流，一部分道渣被吸入车轮之间并被推向轮对的金属表面。

在以超过250km/h的高速行驶的列车的情况下，道渣撞击轮对表面的力不仅导致轮对上通常作为覆层存在的防护漆的局部去除、而且导致金属的擦伤。这增加了表面腐蚀的发生并使在轮对金属中形成疲劳裂缝的可能性最大化，所述裂缝由于通常作用在轮对上的长期的机械应力而扩展并可能引起不希望和严重的结构失效。

为了减少此类危险状况的发生，因此需要保护自由表面——也就是车轴和车轮的未键连接到其它构件（制动盘、套管、减速器）或与其接合且因此更多地暴露于外界的那些区域——以防止腐蚀和机械攻击。为此，已经建议能够保护金属表面以防止腐蚀和由于诸如道渣的外界物体而引起的撞击的漆，漆被涂敷到车轴和车轮两者的表面上。但是，这些漆并非始终有效，尤其是在典型地在现代高速列车的特定密度的撞击的情况下，或在特别不利的大气条件下。实际上，随着高速轨道线路的发展，越来越需要提供一种能在所有时候以及在所有工况下都确保轮对的充分防护的覆层。

在轨道领域以外的领域中已建议了一些解决办法，但这些解决办法如将介绍的那样不适合于轮对的防护，尤其是当后者用于涉及高速列车的应用时。

例如，专利申请GB-A-2225737记载了一种用于将防腐蚀覆层涂敷到诸如机动车辆的轮缘等由铝或铝合金制成的表面上的方法，其中首先用一层第一漆、即底漆覆盖金属表面，底漆具有促进覆层的其它层的粘附的功能；利用加热来硬化底漆，且然后将一层喷漆涂敷到其上以提供对UV射线的抵抗。底漆本身是基于丙烯酸的喷漆。

国际专利申请WO2008/070077记载了一种用于涂敷到机动车辆的底部的防护覆层。该覆层包括以“湿压湿（wet-on-wet）”的方式、也就是在各层干燥前涂敷到彼此之上的丙烯酸底漆和一个基于苄胺与1,6己二异氰酸酯的化合物的层。所有形成覆层的层被同时硬化。

上述传统覆层不适于有效地涂敷到轨道轮对上，这是因为后者的工况一般比机动车辆的工况严峻很多。例如，轨道轮对在如北欧国家中出现的-40°C与如地中海国家中出现的+35°C之间变化的工作温度下操作。此外，在制动盘区域内，轮对的覆层暴露于在列车的制动期间可容易地超过100°C的温度。因此，很明显，轨道轮对必须被有效地保护以防止在极端温度下的腐蚀以及冰和道渣的撞击。

在高速下，道渣和冰在轮对上的撞击与钢质子弹的撞击相当。上述传统覆层往往在高于70°C的温度下软化，且因此不具有诸如在轮对数十年的工作寿命期间可能遭遇的所有工况下都确保对轮对的充分保护的特性。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提出一种覆层，其在涂敷到轨道轮对的自由表面——也就是未键连接到其它部件、未与其它部件接合或接触的表面——上时能够确保在-40°C至+150°C的范围内的温度下有效地保护车轮和车轴以防止腐蚀及高速行进的外界物体——例如与具有400Vickers的表面硬度、32mm的直径和等于105°的末端斜角（splay angle of the tip）的钢质子弹相当的物体——的撞击。

此目标借助一种根据权利要求1的用于防腐蚀和撞击的覆层来实现，所述覆层被特别设计用于轨道轮对，由至少三个叠置的不同漆层组成，其中第二层和第三层的漆也包括增强纤维。

有利地，第二层的漆、即中间层的漆提供对第三层、即外层的漆的充分弹性支承，其进而非常耐道渣和冰的撞击。

当覆层完全发挥作用时，第三层的表面硬度最大；因此，该层确保充分抵抗通常由道渣撞击轨道轮对的常规覆层所造成的破裂和剥落。第二层精确地说由于其处于底漆与第三层之间的中间位置而具有高弹性的特性；换言之，覆层的中间层充当弹性垫以吸收由于道渣或冰的撞击而施加到第三层上的局部变形。

本质上，根据本发明的覆层的特征在于：既具有对于耗散撞击力特别有用的良好的弹性度，又具有最佳的韧性和抗剥落和破裂的性能；因此，覆层在不利的大气条件和极猛烈的撞击下也确保对轨道轮对的保护。实验室试验已确认的是，该覆层在-40°C至+150°C的温度范围内有效地保护轨道轮对的金属表面。为此，根据标准EN13261进行撞击试验；此外，设置有根据本发明的覆层的轨道轮对成功地通过了耐久和疲劳试验。

该覆层在其温度达到并超过70°C时不软化。

特别地，根据本发明的覆层包括与相关轮对的金属表面直接接触的至少一个第一层漆、由另一种漆组成的例如暴露于大气的至少一个第三外层、以及位于第一层与第三层之间、由又一种漆组成的至少一个中间层。

第一层包括促进其它覆盖层粘附至金属表面同时保护金属以防止腐蚀的第一漆。

优选地，第一漆是基于环氧树脂的漆。例如，可以采用通常用于航空业中以覆盖飞行器螺旋桨的任何底漆。例如，合适的底漆可以品名40-P1-2CF Metal Adhesion Primer Green购得。

优选地，根据本发明的覆层的第一层的厚度介于5μm到20μm之间、且更优选地落在10-15μm的范围内。

根据本发明的覆层的第二层包括第二漆，其不同于第一漆，由掺有增强纤维的环氧树脂型、胺催化的漆组成。例如，适于该目的的漆可以品名15-F4-HTP Epoxy Aerospace HT Primer购得。

优选地，根据本发明的覆层的第二层的厚度介于1500μm到4000μm之间、且更优选地落在2500-3500μm的范围内。

根据本发明的覆层的第三层包括第三漆，其也是掺有增强纤维的基于环氧树脂、胺催化的漆。例如，适于该用途的漆可以品名25-F4-HTF EpoxyAerospace HT Finish购得。

优选地，根据本发明的覆层的第三层的厚度介于1500μm到4000μm之间、且更优选地落在2500-3500μm的范围内。

优选地，每一层漆都在液态下涂敷；更优选地，每一层漆都是自硬化的。

优选地，增强纤维是合成的，例如为玻璃纤维。更优选地，玻璃纤维的长度落在0.5至2.0mm的范围内。

本发明的另一个目标是提供一种用于将防护覆层涂敷至轨道轮对的方法，所述防护覆层在所述轮对的所有使用条件下都有效。

因此，根据本发明的第二方面，本发明涉及根据权利要求6的方法，其用于将防护覆层涂敷至轨道轮对的自由金属表面，所述轨道轮对由键连接到同一个车轴上的两个车轮组成。

特别地，该方法包括以下述时间顺序执行的步骤：

a）预处理待覆盖的表面以便对其进行清洁；

b）将至少一个第一层涂敷到所述表面上以促进覆层的其它层的粘附，所述第一层由第一漆组成，接着进行第一层的衰退（fading）和干燥；

c）将至少一个第二层涂敷到第一层上，所述第二层由基于环氧树脂的第二漆组成、添加有增强纤维，接着进行该第二层的衰退和干燥；

d）将至少一个第三层涂敷到第二层上，所述第三层由基于环氧树脂的第三漆组成、添加有增强纤维，接着进行该第三层的衰退和干燥。

因此，第二层在第一层已硬化（完全衰退并干燥）之后被涂敷到第一层上，并且第三层在第二层已完全硬化之后被涂敷到第二层上。漆不是湿压湿地涂敷的，即它们并非涂敷到尚未完全干燥的层上。

附图说明

然而，本发明的更多细节将从下文参照附图提供的描述变得明显，在附图中，唯一的图显示了设置有覆层的轨道轮对的示意图。

具体实施方式

在所述图中，示意性地示出了用于轨道车辆的轮对10和相关的防护覆层11。该轮对包括一对车轮12，其借助车轴13彼此连接，制动系统的盘14和/或任何传动系统可以被键连接到所述车轴13上。防护覆层11可被涂敷到车轴和各车轮的所有表面上，或仅被涂敷到车轴和车轮的自由表面上——即未键连接到其它部件上、未与其它部件接合或接触的那些表面，即仅涂敷到实际暴露于环境条件和撞击的表面上。

根据本发明的防护覆层11包括第一层A、第二层B和第三C，其分别由以下产品组成：

层A：促进粘附的底漆，例如在航空业中用于涂覆飞行器螺旋桨的底漆。例如，合适的底漆以品名40-P1-2CF Metal Adhesion Primer Green销售。

层B：无毒、基于环氧树脂、胺催化的漆，其由增强纤维增强。例如，合适的漆以品名15-F4-HTP Epoxy Aerospace HT Primer销售；增强纤维在涂敷到层A上之前与液态的漆混合。

层C：无毒、基于环氧树脂、胺催化的漆，其由增强纤维增强。例如，合适的漆以品名25-F4-HTF Epoxy Aerospace HT Finish销售；增强纤维在涂敷到层B上之前与液态的漆混合。

此外，特别地，用于形成层B和C的产品结合了增强纤维，所述增强纤维优选但不仅仅是长度落在0.5至2.0mm的范围内的玻璃纤维——其形成能够使覆层在宽的温度范围内更坚韧和更坚固的结构。

用于层A、B和C的起始产品处于液态下并这样涂敷到待保护的表面上。防护覆层11使用以下方法形成：

1.准备覆层被涂敷到其上的金属表面，准备过程涉及：

a.第一次清洗表面（即，使用浸有硝基稀释剂的清洁布）；

b.用砂纸擦拭表面（即，使用具有80-100的粒度的砂纸）；

c.第二次清洗表面（即，使用浸有硝基稀释剂的清洁布）；

d.干燥表面；

2.根据以下步骤制备并涂敷由40-P1-2CF Metal Adhesion PrimerGreen组成的层A：

a.通过以适当的体积比（即，2：1，然后3：2）仔细地混合基本组分来制备该产品；

b.涂敷期望厚度（即，10μm）的一层产品；

c.使产品衰退（即，在+25°C的温度下持续20分钟）；

d.干燥产品（即，在60°C的温度下持续90分钟）；

3.根据以下步骤制备并涂敷由15-F4-HTP Epoxy Aerospace HTPrimer组成的层B：

a.通过以适当的体积比（即，100：56）仔细地混合基本组分来制备该产品；

b.涂敷期望厚度（即，2800μm）的一层产品；

c.使产品衰退（即，在+25°C的温度下持续20分钟）；

d.干燥产品（即，在60°C的温度下持续90分钟）；

4.根据以下步骤制备并涂敷由25-F4-HTF Epoxy Aerospace HTFinish组成的层C：

a.通过以适当的体积比（即，100：56）仔细地混合基本组分来制备该产品；

b.涂敷期望厚度（即，2800μm）的一层产品；

c.使产品衰退（即，在+25°C的温度下持续20分钟）；

d.干燥产品（即，在60°C的温度下持续90分钟）。

在得到的多层防护覆层中，层B的基本功能是为覆层提供弹性以便促进对由于异物撞击轨道轮对而产生的能量的吸收和耗散。层C执行保护下方的层A和B以防剥落和开裂的功能。

在最后一个涂敷步骤结束时，除了在-40°C到+150°C之间的温度范围内的稳定的机械特性外，所获得的弹性度和表面抵抗力还为防护覆层提供了在上述温度范围内耐受具有高撞击力（无疑地高达12J及更高，与具有400Vickers的表面硬度、32mm的直径和105°的末端斜角的钢质子弹相当）的机械撞击的能力。

Claims (8)

1.一种用于轨道轮对（10）的金属表面的至少一部分的防护覆层，所述轨道轮对（10）包括通过车轴（13）刚性地连接的一对车轮（12），所述覆层包括：与待覆盖的所述金属表面直接接触的至少一个第一层（A），其由促进所述覆层的其它层的粘附的第一漆组成；至少一个第二中间层（B），其由基于环氧树脂的第二漆组成；以及至少一个第三外层（C），其由基于环氧树脂的第三漆组成，其中所述第二漆和第三漆掺有增强纤维。

2.根据权利要求1的防护覆层，其中，添加至所述第二层和第三层的漆的所述增强纤维是长度落在从0.5至2.0mm的范围内的玻璃纤维。

3.根据权利要求1或2的防护覆层，其中，覆盖层（A、B和C）被涂敷到车轴和每个车轮的所有表面上。

4.根据权利要求1或2的防护覆层，其中，覆盖层（A、B和C）仅被涂敷到车轴和车轮的自由表面上，所述自由表面基本上是暴露于腐蚀和外界物体的撞击的表面。

5.根据前述权利要求中任一项的防护覆层，其中，形成各覆盖层的漆最初处于液态。

6.一种用于特别是向轨道轮对的金属表面涂敷防腐蚀和撞击的防护覆层的方法，包括以下步骤：

a）预处理待覆盖的表面以便对其进行清洁；

b）将至少一个第一层（A）涂敷到所述表面上以促进覆层的其它层的粘附，所述第一层由第一漆组成，接着进行第一层的衰退和干燥；

c）将至少一个第二层（B）涂敷到第一层（A）上，所述第二层由基于环氧树脂的第二漆组成、添加有增强纤维，接着进行该第二层的衰退和干燥；

d）将至少一个第三层（C）涂敷到第二层上，所述第三层由基于环氧树脂的第三漆组成、添加有增强纤维，接着进行该第三层的衰退和干燥。

7.根据权利要求6的方法，其中，步骤a）还包括：

-第一次清洗所述表面；

-用砂纸擦拭所述表面；以及

-第二次清洗所述表面并然后进行干燥。

8.根据权利要求6和7的方法，其中，第一覆盖层（A）优选具有10μm的厚度并在约25°C的温度下衰退20分钟，接着在约60°C的温度下干燥约90分钟；所述第二层（B）优选具有2800μm的厚度并在约25°C的温度下衰退20分钟，接着在约60°C的温度下干燥约90分钟；所述第三层（C）优选具有2800μm的厚度并在约25°C的温度下衰退20分钟，接着在约60°C的温度下干燥约90分钟。

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