CN104532694B - 护轨及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种护轨，其工作部位的表面具有一种碳化物涂层，并且提供一种用于获得上述护轨的制备方法。所述护轨，在其上下表面工作部位具有碳化物涂层。所述准单晶TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层及TiC与基体的复合层由外向内依次呈梯度分布，其被施加于碳钢表面。本发明通过铸造得到的基体与钛复合体，外引入外碳源，并加热、保温，从而在基体表面形成碳化物涂层，所述涂层与基体之间为冶金结合，结合力很强，克服了现有硬质颗粒与金属基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落的问题，大幅度提高了护轨工作表面的耐磨性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有耐磨涂层的护轨及其制备方法，尤其涉及一种具有耐磨碳化物涂层护轨及其制备方法，具体涉及一种应用于碳钢表面的耐磨碳化物涂层复合护轨及其制备方法。
背景技术
铁路护轨是铁路道岔处必不可少的重要零件之一，用于保证列车经过道岔时安全平稳通过。目前，铁路道岔中使用的护轨一般采用钢轨钢制造，采用钢轨钢制造的护轨硬度不高，耐磨程度差，在高速行驶车轮的冲击和摩擦下，使得护轨工作面(与钢轨相近的一面)磨损较快，使用寿命较低，这无疑增加了现场的养护维修工作量和使用成本，并且严重影响列车行车安全。近年来，为了提高护轨的使用寿命，各国从不同的方面对护轨的加强进行研究。现阶段使用较多的是在表面制备增强涂层，这样可保证在基体原有特性的基础上，大幅增加表面的耐磨性和其他机械性能，提高护轨等零件的使用寿命，降低成本。
碳化物材料具有硬度高、耐磨损性能优越的特点，以涂层方式覆盖在金属合金基体表面可以提高由基体材料制备的零部件的耐磨性与寿命。其中TiC是一种常见的涂层材料，其有如下特性：
(1)具备密度低、强度高、弹性模量高、抗氧化、耐磨、耐腐蚀等优异的物理化学性能；
(2)烧结过程中长大倾向小，颗粒一般呈圆形，是一种较为理想的增强材料；
(3)钛资源丰富，容易获得，价格比较低廉，碳化钛在金属基复合材料中获得普遍应用；
(4)具有很高的热稳定性和高硬度的面心立方结构，晶格常数和晶格类型与奥氏体非常接近，这便于更好地与钢铁基体结合；
(5)TiC的标准生成焓△G0值低，其合成反应易于进行；
(6)TiC涂覆的钢铁基复合材料除了硬度高、耐磨性好外，可切削加工、锻造、焊接、热处理强化且变形小，而且具有普通熔炼钢的冷热加工性能。因此，TiC涂层材料被广泛地用作无屑冷热金属加工工具、切削刀具、各种模具、耐磨耐热耐蚀零件的耐磨表面。
目前制备碳化物涂层的方法有化学气相沉积法、物理气相沉积法、热喷涂方法、热渗镀方法等，但是这些方法，存在生产设备要求苛刻、生产效率低、涂层结合强度低等不足。
因此如何获得TiC碳化物相的涂层，并且选择一种生产设备简单、工艺流程短的制备方法，获得与基体结合力好、不易脱落且力学性能、耐磨性能优异的涂层是亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种护轨，其护轨的表面具有一种耐磨涂层，而护轨芯部仍为碳钢基体，该耐磨碳化物涂层为TiC致密陶瓷层，其化学稳定性和耐磨性好，具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性；并且进一步地，提供一种用于获得上述护轨的制备方法。
进一步地，本发明还提供一种护轨，其护轨表面具有一种梯度复合涂层，所述梯度复合涂层为碳化物涂层，其优选被涂覆于金属基体表面，以提高其表面的 耐磨性和断裂韧性，特别是碳钢表面，并且提供一种用于获得上述涂层的制备方法。
所述护轨，在其轨头工作部位具有耐磨涂层。该涂层有利保证护轨工作表面具有很高的硬度和很好的耐磨性，而护轨支撑件内部具有很好的韧性。
为实现本发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种护轨，表面具有耐磨涂层，该耐磨涂层为TiC致密陶瓷层；优选地，TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
更优选地，沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200μm，优选为100-200μm，更优选为120-200μm；优选地，其中TiC的体积分数大于80％，优选大于90％；优选地，TiC粒径为8-50μm，优选为10-50μm。
此外，本发明还提供一种护轨，表面具有梯度复合涂层，所述梯度复合涂层为碳化物涂层，包括依次呈梯度分布的TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层、TiC与基体的融合层。
优选地，TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
更优选地，沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200μm，优选为100-200μm，更优选为120-200μm；优选地，TiC的体积分数大于80％，优选大于90％；优选地，TiC粒径为8-50μm，优选为10-50μm。
进一步优选地，沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，沿涂层纵向剖面，其厚度为50-150μm，优选为70-150μm，更优选为80-150μm；其中TiC的体积分数大于80％， 优选大于90％，其粒径为5-15μm，优选为6-12μm，优选为8-10μm。
更进一步优选地，沿TiC与基体的融合层纵向剖面，其厚度为50-200μm，优选为100-200μm；其中TiC的体积分数为20-80％，优选为50-85％，其粒径为1-10μm，优选为2-8μm。
优选地，梯度复合涂层总厚度为170-550μm；优选在300-550μm。
更优选地，基体组织根据热处理方式不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种；优选地，该梯度复合涂层被施加于碳钢表面。
本发明提供一种护轨的制备方法，护轨表面具有耐磨涂层，包括如下步骤：
1)先准备一钛板，优选地，其中钛的纯度应控制在99.7-99.99％；优选地，所述钛板厚度为0.2-3mm；优选地，所述钛板先被加以表面处理；
2)按照护轨尺寸制作护轨消失模；根据护轨的工作受力状况，其主要磨损的部位是护轨的轨头和轨腰表面，据此在护轨消失模的轨头和轨腰表面固定钛板，然后在钛板表面固定外部碳源，使其与钛板紧密结合；优选地，用聚苯乙烯泡沫塑料制作护轨消失模；优选地，所述外部碳源为石墨纸，石墨纸为三级以上，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm。
3)按照护轨尺寸制作砂型，每箱一个护轨，二箱分型，将护轨消失模连同钛板和外部碳源一并置于砂型型腔中；优选地，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型。
4)将碳钢基材冶炼为钢液；优选地，温度控制在1610-1630℃以上；
5)采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入放置有护轨模具、钛板和碳源的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得护轨基体为碳钢基 体，护轨工作表面为碳钢与钛板的复合体；优选地，浇注温度控制在1610-1630℃以上；更优选地，浇注时间为40-50秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇；优选地，室温冷却。
6)将浇铸完得到的护轨复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却，从而在护轨表面形成耐磨涂层，而护轨基体仍为碳钢基体。
其中，耐磨涂层为TiC致密陶瓷层。
优选地，通过控制步骤6)中保温时间、保温温度获得该TiC致密陶瓷层；优选地，TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
本发明还提供一种护轨的制备方法，其具有基体梯度复合涂层，包括如下步骤：
1)先准备一钛板，优选地，其中钛的纯度应控制在99.7-99.99％。优选地，所述钛板厚度为0.2-3mm；优选地，所述钛板先被加以表面处理；
2)按照护轨尺寸，制作护轨消失模，根据护轨的工作受力状况，其主要磨损的部位是护轨的轨头和轨腰表面，据此在护轨消失模的轨头和轨腰表面固定钛板，然后在钛板表面固定外部碳源，使其与钛板紧密结合；优选地，用聚苯乙烯泡沫塑料制作护轨消失模；
3)按照护轨尺寸制作砂型，每箱一个护轨，二箱分型，将护轨消失模连同钛板和外部碳源一并置于砂型型腔中；优选地，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型；
4)将碳钢基材冶炼为钢液；优选地，温度控制在1610-1630℃以上；
5)采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入上述放置有护轨模具、钛板和碳源的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得护轨基体为碳钢基体，护轨工作表面为碳钢与钛板的复合体；优选地，浇注温度控制在1610-1630℃以上；更优选地，浇注时间为40-50秒为宜；进一步优选地，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
6)将浇铸完得到的护轨复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在护轨轨头和轨腰表面形成梯度复合涂层，而护轨基体体仍为碳钢基体。
7)所得的具有梯度复合涂层的护轨被进一步热处理以获得更合适的基体组织。
优选地，钛板厚度为0.2-3mm；若小于0.2mm，则钛板在浇注复合过程中就已经完全反应，不能获得TiC致密陶瓷层，直接生成弥散分布TiC颗粒；超过3mm则导致扩散距离增大，反应动力不足。
优选地，步骤6)中通过严格控制保温温度与时间的关系，获得所述准单晶相TiC致密陶瓷层。该陶瓷层呈现出较为明显的准单晶组织，光学显微镜下表现为晶界减少，影响断裂韧性的位错也相应减少，代之亚晶界增多，有效提高该陶瓷层的抗裂能力。
优选地，通过控制步骤6)中保温时间、保温温度获得该梯度复合涂层即碳化物涂层，所述碳化物涂层包括依次呈梯度分布的准单晶相TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层，C与基体的融合层。
更优选地，保温温度、保温时间以及最终能够获得的梯度复合涂层的总厚度符合如下公式：
L＝kTlogt1/2+b0
其中：
L——梯度复合涂层的总厚度(μm)，
k——是常数，取值为0-1，k≠0，
T——反应温度，
t——反应时间，
b0——反应初始厚度，即钢液浇注后与钛板之间形成的复合层的厚度。
综上，所述梯度复合涂层，包括TiC致密陶瓷层，硬度高。所述TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，原子的排列不像一般单晶那样具有相同的晶格，但仍具有严格的顺序，呈现出几何排列；晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序。准单晶相介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，准单晶相的晶界明显减少，位错密度低，有较多亚晶界，因此硬度有明显提升；而较之单晶相，其对制备方式要求更低，且组织更为稳定。
优选地，在步骤1中，表面处理的步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸或60ml/L的磷酸或120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸或200ml/L的硫酸或240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目或更细的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。
更优选地，步骤2)中所述石墨纸为三级以上，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm。
优选地，步骤6)中，升温至1000-1130℃保温，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4-12h，优选6-10h。
优选地，所选碳钢基体为低碳钢、中碳钢或高碳钢。
优选地，保护气为氩气或氮气，气体流量为4－8ml/min。
其中，保温温度应严格控制在上述范围内，温度高于1130℃，反应过程中的液相过多，而使得准单晶TiC，直接生成弥散分布TiC颗粒，而不能获得准单晶TiC致密陶瓷层；但是温度低于1000℃，则Ti的溶解度太低，反应无法正向进行。同样的，保温时间也应该保持一个合理的区间，时间超过12h，准单晶TiC致密陶瓷层消失，反应扩散生成弥散分布TiC颗粒与基体的融合，而低于4h，则反应获得的TiC太少，涂层厚度难以保证，最佳的应该保持在6-10h。
更优选地，具有碳化物涂层的护轨被进一步热处理以获得更合适的基体组织：在550-800℃进行热处理，基体为珠光体组织；或者，在220－450℃进行热处理，基体为贝氏体组织；或者，在220℃以下进行热处理，基体为马氏体组织。
所述护轨以碳钢为基体，所选碳钢基体为低碳钢、中碳钢和高碳钢，优选为：Q275A、Q255AF、45钢、T12A、T8、ZG270-450等，见国家标准GB221-79。基体组织根据热处理方式的不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种。
本发明通过铸造获得钢钛复合体后，引入外碳源，以加热扩散的方式可直接在护轨的工作部位表面形成碳化物涂层，涂层与护轨基体之间为冶金结合，结合力很强，克服了现有硬质颗粒与金属基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落的问题，大幅度提高了涂层的力学性能。并且该方法操作简单，无需复杂设备，获得的护轨性能良好。不同的热处理方式，使护轨工作表面和基体本身具有不同的力学性能，满足了实际生产中对各个部分的不同性能要求。由于表面致密准单晶陶瓷层的形成，该陶瓷层呈现出较为明显的准单晶组织，光学显微镜下表 现为晶界减少，影响断裂韧性的位错也相应减少，代之亚晶界增多，有效提高该陶瓷层的抗裂能力。因此护轨表面最高硬度可达3000-3230HV0.05，相对耐磨性是基体的10-22倍。所述相对耐磨性的定义为：以基体材料为标准试样，在相同载荷下，被测涂层产生磨损量与标准试样产生磨损量的比值称为涂层的相对耐磨性，因此也简称为涂层的相对耐磨性是基体的几倍，下述相同参数检测标准与之相同。
这是由于其中的TiC致密陶瓷层为准单晶组织，化学稳定性和耐磨性好，具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性。而与之相对的微米TiC陶瓷层的硬度只能达到2000-2800HV0.05，其相对耐磨性是基体的6-10倍。
附图说明
图1为浇铸前外碳源与钛板在耐磨管消失模外壁的布置图；
图2为热处理后复合护轨以及各部分组织示意图；
图3为准单晶相TiC致密陶瓷层显微组织图；
图4为微米TiC陶瓷层显微组织图。
图中，1.石墨纸，2.钛板，3.TiC致密陶瓷层，4.微米TiC陶瓷层，5.TiC与基体的融合层，6.基体，7.砂型，8.护轨消失模。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：护轨的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度控制在99.7％。所述钛板2先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在1mm。
2、按照护轨尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作护轨消失模8，根据护轨的工作受力状况，其主要磨损的部位是护轨的轨头和轨腰表面，据此在护轨消失模的轨头和轨腰表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合，如图1所示。所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.1mm。
3、按照护轨尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型7，每箱一个护轨，二箱分型，将护轨消失模8连同钛板2和石墨纸1一并置于砂型7型腔中。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选碳钢基体为低碳钢Q275A；
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入上述放置有护轨模具、钛板2和石墨纸1的砂型7内，浇注温度控制在1630℃，浇注时间为40秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得护轨基体为碳钢基体，护轨工作表面为碳钢与钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的护轨复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1000℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为6h，最后随炉冷却至室温，从而在护轨轨头和轨腰表面形成梯度复合涂层，而护轨基体仍为低碳钢Q275A基体。所述保护气为氩气，气体流量为5ml/min。
7、所得具有梯度复合涂层的护轨，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在220℃以下进行热处理，基体6为马氏体组织。
所述梯度复合涂层包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为15μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为110μm，其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为90μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为7μm。
更进一步的，还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为90μm，其中TiC的体积分数为70％，其粒径为3μm。此时，所述涂层可为复合涂层，如图2所示，其包括TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5，由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为290μm。所述Q275A基体为马氏体。所述护轨表面显微硬度最高可达3000HV0.05，相对耐磨性是Q275A的22倍。
实施例2：护轨的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.8％，所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在1.5mm。
2、按照护轨尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作护轨消失模8，根据护轨的工作受力状况，其主要磨损的部位是护轨的轨头和轨腰表面，据此在护轨消失模的轨头和轨腰表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.2mm。
3、按照护轨尺寸，用覆膜砂制作砂型7，每箱一个护轨，二箱分型，将护轨 消失模8连同钛板2和石墨纸1一并置于砂型7型腔中。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选碳钢基体为低碳钢Q255AF。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入上述放置有护轨模具、钛板2和石墨纸1的砂型7内，浇注温度控制在1630℃，浇注时间为45秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得护轨基体为碳钢基体，护轨工作表面为碳钢与钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的护轨复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1050℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为6h最后随炉冷却至室温，从而在护轨轨头和轨腰表面形成梯度复合涂层，而护轨基体仍为低碳钢Q255AF基体。所述保护气为氩气或氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得具有梯度复合涂层的护轨，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在700℃进行热处理，基体6为珠光体组织。
所述梯度复合涂层包括TiC致密陶瓷层3，如图3所示，为准单晶相，其粒径为30μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为150μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，如图4所示，沿涂层纵向剖面，其厚度为100μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为10μm。
更进一步的，还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为100μm，其中TiC的体积分数为65％，其粒径为4μm。综上，所述涂层可为复合涂层，是由所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依 次呈梯度分布，其总厚度为350μm。所述Q255AF碳钢基体为珠光体。所述护轨表面的硬度为3080HV0.05，耐磨性相对于钢基体为16倍。
实施例3：护轨的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.8％，所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在2.5mm。
2、按照护轨尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作护轨消失模8，根据护轨的工作受力状况，其主要磨损的部位是护轨的轨头和轨腰表面，据此在护轨消失模的轨头和轨腰表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.35mm。
3、按照护轨尺寸，自硬树脂砂制作砂型7，每箱一个护轨，二箱分型，将护轨消失模8连同钛板2和石墨纸1一并置于砂型7型腔中。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选碳钢基体为低碳钢Q255AF。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入上述放置有护轨模具、钛板2和石墨纸1的砂型7内，浇注温度控制在1630℃，浇注时间为50秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得护轨基体为碳钢基体，护轨工作表面为碳钢与钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的护轨复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至 1100℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为10h，最后随炉冷却至室温，从而在护轨轨头和轨腰表面形成梯度复合涂层，而护轨基体仍为低碳钢Q255AF基体。所述保护气为氩气，气体流量为6ml/min。
7、所得具有梯度复合涂层的护轨，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在700℃进行热处理，基体6为珠光体组织。
所述梯度复合涂层包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为40μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为180μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为130μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为13μm。
更进一步的还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为160μm，其中TiC的体积分数为50％，其粒径为8μm。综上，所述涂层可为复合涂层，由所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为470μm，所Q255AF基体为珠光体。护轨表面的硬度为3120HV0.05，耐磨性相对于Q255AF为22倍。
实施例4：护轨的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.99％，所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1200目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在3mm。
2、按照护轨尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作护轨消失模8，根据护轨的工作受力状况，其主要磨损的部位是护轨的轨头和轨腰表面，据此在护轨消失模的轨头和轨腰表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合；所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.15mm。
3、按照护轨尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型7，每箱一个护轨，二箱分型，将护轨消失模8连同钛板2和石墨纸1一并置于砂型7型腔中。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1620℃，所选碳钢基体为中碳钢50钢。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入上述放置有护轨模具、钛板2和石墨纸1的砂型7内，浇注温度控制在1620℃，浇注时间为50秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得护轨基体为碳钢基体，护轨工作表面为碳钢与钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的护轨复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1130℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为12h，最后随炉冷却至室温，从而在护轨轨头和轨腰表面形成梯度复合涂层，而护轨基体仍为中碳钢50钢基体。所述保护气为氩气，气体流量为6ml/min。
7、所得具有梯度复合涂层的护轨，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在350℃进行热处理，基体6为贝氏体组织。
所述梯度复合涂层包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为45μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为200μm；其中TiC的体积分数为80％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为150μm，TiC的体积分数为80％，其粒径为15μm。
更进一步的，还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为200μm，其中TiC的体积分数为20％，其粒径为10μm。综上，所述涂层可为复合涂层，是由所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为550μm。所述50钢基体为贝氏体。所述护轨表面的硬度为3230HV0.05，耐磨性相对于50钢基体为14倍。
实施例5：护轨的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.7％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在2.5mm。
2、按照护轨尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作护轨消失模8，根据护轨的工作受力状况，其主要磨损的部位是护轨的轨头和轨腰表面，据此在护轨消失模的轨头和轨腰表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.25mm。
3、按照护轨尺寸，用覆膜砂制作砂型7，每箱一个护轨，二箱分型，将护轨消失模8连同钛板2和石墨纸1一并置于砂型7型腔中。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1610℃，所选碳钢基体为高碳钢T12。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入上述放置有护轨模具、钛板2和石墨纸1的砂型7内，浇注温度控制在1610℃，浇注时间为40秒为宜，一分 钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得护轨基体为碳钢基体，护轨工作表面为碳钢与钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的护轨复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1000℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为12h，最后随炉冷却至室温，从而在护轨轨头和轨腰表面形成梯度复合涂层，而护轨基体仍为高碳钢T12基体。所述保护气为氮气，气体流量为7ml/min。
7、所得具有梯度复合涂层的护轨，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：400℃下进行热处理，基体6为贝氏体组织。
所述梯度复合涂层包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为30μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为120μm；其中TiC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为110μm，TiC的体积分数为85％，其粒径为9μm。
更进一步的，还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为120μm，其中TiC的体积分数为60％，其粒径为5μm。综上，所述涂层可为复合涂层，可由所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为350μm。所述碳T12钢基体为奥氏体。所述护轨表面的硬度为3010HV0.05，耐磨性相对于T12钢基体为10倍。
实施例6：护轨的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1200目的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在2mm。
2、按照护轨尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作护轨消失模8，根据护轨的工作受力状况，其主要磨损的部位是护轨的轨头和轨腰表面，据此在护轨消失模的轨头和轨腰表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.25mm。
3、按照护轨尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型7，每箱一个护轨，二箱分型，将护轨消失模8连同钛板2和石墨纸1一并置于砂型7型腔中。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1610℃，所选碳钢基体为高碳钢T8。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入上述放置有护轨模具、钛板2和石墨纸1的砂型7内，浇注温度控制在1610℃，浇注时间为50秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得护轨基体为碳钢基体，护轨工作表面为碳钢与钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的护轨复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1050℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为12h，最后随炉冷却至室温，从而在护轨轨头和轨腰表面形成梯度复合涂层，而护轨基体仍为高碳钢T8基体。所述保护气为氩气或氮气，气体流量为8ml/min。
7、所得具有梯度复合涂层的护轨，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，热处理工序为：在220℃以下进行热处理，基体6为马氏体组织。
所述梯度复合涂层包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为35μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为170μm；其中TiC的体积分数为85％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿 涂层纵向剖面，其厚度为120μm，TiC的体积分数为85％，其粒径为12μm。
更进一步的，还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为130μm，其中TiC的体积分数为55％，其粒径为6μm。综上，所述涂层可为复合涂层，是由所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为420μm。所述T8钢基体为马氏体。所述护轨表面的显微硬度为3100HV0.05，耐磨性相对于钢基体为11倍。
实施例7：护轨的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.9％。若所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗，
第三步表面打磨，选用1000目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在1mm。
2、按照护轨尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作护轨消失模8，根据护轨的工作受力状况，其主要磨损的部位是护轨的轨头和轨腰表面，据此在护轨消失模的轨头和轨腰表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.15mm。
3、按照护轨尺寸，用潮模砂制作砂型7，每箱一个护轨，二箱分型，将护轨消失模8连同钛板2和石墨纸1一并置于砂型7型腔中。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选碳钢基体为低碳钢ZG270-500。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入上述放置有护轨模具、钛板2和石墨纸1的砂型7内，浇注温度控制在1630℃，浇注时间为45秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得护轨基体为碳钢基体，护轨工作表面为碳钢与钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的护轨复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1100℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为6h，最后随炉冷却至室温，从而在护轨轨头和轨腰表面形成梯度复合涂层，而护轨基体仍为低碳钢ZG270-500基体。所述保护气为氮气，气体流量为8ml/min。
7、所得具有梯度复合涂层的护轨，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，在220℃以下进行热处理，基体6为马氏体组织。
所述梯度复合涂层包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为40μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为160μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为110μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为11μm。
更进一步的，还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为120μm，其中TiC的体积分数为60％，其粒径为7μm。综上，所述涂层可为复合涂层，是由所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为390μm。所述ZG270-500碳钢基体为马氏体。所述护轨表面的硬度为3110HV0.05，耐磨性相对于ZG270-500钢基体为19倍。
实施例8：护轨的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.9％。所述钛板2应该先被加以 表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在1mm。
2、按照护轨尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作护轨消失模8，根据护轨的工作受力状况，其主要磨损的部位是护轨的轨头和轨腰表面，据此在护轨消失模的轨头和轨腰表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.3mm。
3、按照护轨尺寸，用覆膜砂制作砂型7，每箱一个护轨，二箱分型，将护轨消失模8连同钛板2和石墨纸1一并置于砂型7型腔中。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1620℃，所选碳钢基体为中碳钢45钢。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入上述放置有护轨模具、钛板2和石墨纸1的砂型7内，浇注温度控制在1620℃，浇注时间为45秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得护轨基体为碳钢基体，护轨工作表面为碳钢与钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的护轨复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1130℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为6h，最后随炉冷却至室温，从而在护轨轨头和轨腰表面形成梯度复合涂层，而护轨基体仍为中碳钢45钢基体。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得具有梯度复合涂层的护轨，被进一步热处理以获得更合适的基体组 织，在600℃进行热处理，基体6为珠光体组织。
所述梯度复合涂层包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为45μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为170μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为140μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为14μm。
更进一步的，还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为180μm，其中TiC的体积分数为40％，其粒径为9μm。综上，所述涂层可为复合涂层，可由所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为490μm。所述45钢基体为珠光体。所述护轨表面的显微硬度为3130HV0.05，耐磨性相对于45钢基体为13倍。
实施例9：护轨的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.9％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1200目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在0.2mm。
2、按照护轨尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作护轨消失模8，根据护轨的工作受力状况，其主要磨损的部位是护轨的轨头和轨腰表面，据此在护轨消失模的轨头和轨腰表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.2mm。
3、按照护轨尺寸，用自硬树脂砂制作砂型7，每箱一个护轨，二箱分型，将护轨消失模8连同钛板2和石墨纸1一并置于砂型7型腔中。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1620℃，所选碳钢基体为中碳钢50钢。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入上述放置有护轨模具、钛板2和石墨纸1的砂型7内，浇注温度控制在1620℃，浇注时间为40秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得护轨基体为碳钢基体，护轨工作表面为碳钢与钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的护轨复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至1000℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4h，最后随炉冷却至室温，从而在护轨轨头和轨腰表面形成梯度复合涂层，而护轨基体仍为中碳钢50钢基体。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得具有梯度复合涂层的护轨，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，在650℃进行热处理，基体6为珠光体组织。
所述梯度复合涂层包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径为10μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为70μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为50μm，TiC的体积分数为90％，其粒径为5μm。
更进一步的，还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为50μm，其中TiC的体积分数为80％，其粒径为1μm。综上，所述涂层可为复合涂层，可由所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布， 其总厚度为170μm。所述50碳钢基体为珠光体。所述护轨表面的硬度为3000HV0.05，耐磨性相对于50钢基体为11倍。
实施例10：护轨的制备方法，包括如下步骤：
1、先准备一钛板2，其中钛的纯度应控制在99.8％。所述钛板2应该先被加以表面处理，步骤如下：
第一步酸洗，选用60ml/L的磷酸，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用200ml/L的硫酸，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用1000目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。所述钛板2的厚度控制在3mm。
2、按照护轨尺寸，用聚苯乙烯泡沫塑料制作护轨消失模8，根据护轨的工作受力状况，其主要磨损的部位是护轨的轨头和轨腰表面，据此在护轨消失模的轨头和轨腰表面固定钛板2，然后在钛板2表面固定石墨纸1，使其与钛板2紧密结合，所述石墨纸1为三级以上，纯度99％，厚度为0.1mm。
3、按照护轨尺寸，用CO2水玻璃硬化砂制作砂型7，每箱一个护轨，二箱分型，将护轨消失模8连同钛板2和石墨纸1一并置于砂型7型腔中。
4、将碳钢基材冶炼为钢液，温度控制在1630℃，所选碳钢基体为低碳钢Q255。
5、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入上述放置有护轨模具、钛板2和石墨纸1的砂型7内，浇注温度控制在1630℃，浇注时间为50秒为宜，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却后，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得护轨基体为碳钢基体，护轨工作表面为碳钢与钛板2的复合体。
6、将浇铸完得到的护轨复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，升温至 1050℃，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4h，最后随炉冷却至室温，从而在护轨轨头和轨腰表面形成梯度复合涂层，而护轨基体仍为低碳钢Q255基体。所述保护气为氮气，气体流量为6ml/min。
7、所得具有梯度复合涂层的护轨，被进一步热处理以获得更合适的基体组织，在300℃进行热处理，基体6为贝氏体组织。
所述梯度复合涂层包括TiC致密陶瓷层3，为准单晶相，其粒径尺寸为25μm；沿涂层纵向剖面，其厚度为90μm；其中TiC的体积分数为90％。
进一步的，包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3之下的微米TiC陶瓷层4，沿涂层纵向剖面，其厚度为70μm，TiC的体积分数为90％，其粒径尺寸为8μm。
更进一步的，还包括位于上述准单晶TiC致密陶瓷层3以及微米TiC陶瓷层4之下的TiC与基体的融合层5，沿涂层纵向剖面，其厚度为70μm，其中TiC的体积分数为70％，其粒径尺寸为2μm。综上，所述涂层可为复合涂层，是由所述准单晶TiC致密陶瓷层3、微米TiC陶瓷层4及TiC与基体的融合层5由外向内依次呈梯度分布，其总厚度为230μm。所述Q255钢基体为贝氏体。所述护轨表面的显微硬度为3020HV0.05，耐磨性相对于Q255钢基体为20倍。
对比例1，其制备方法如下：用激光熔覆法直接将碳化钛颗粒熔覆在护轨的工作面，得到涂层，厚度为30μm，体积分数为80％，所得涂层的硬度为1650HV0.05，耐磨性相对于钢基体为2-3倍，且表面和基体的结合较差，导致表面增强层的脱落。
对比例中激光表面改性技术生产成本高，生产效率低，工艺参数不易控制，且使用过程中使用粘接剂将导致气孔和夹渣；且复合层中未出现准单晶TiC致密陶瓷层和微米TiC陶瓷层，复合层厚度和TiC含量较小，TiC粒径不均匀；同时， 复合过程仅仅是对外加硬质碳化钛颗粒间的间隙进行铸渗和对外加颗粒进行熔融、烧结，硬质碳化钛颗粒与金属基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落或存在氧化、夹杂问题，因此，其力学性能较差。
Claims (32)
1.一种护轨，其表面具有耐磨涂层，其特征在于：所述耐磨涂层为TiC致密陶瓷层，所述TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的组织。
2.如权利要求1所述的护轨，其特征在于：沿涂层纵向剖面，其厚度为70-200μm，其中TiC的体积分数大于80％，其粒径为8-50μm。
3.如权利要求2所述的护轨，其特征在于：所述厚度为100-200μm；和/或，所述TiC的体积分数大于90％；和/或，所述TiC的粒径为10-50μm。
4.如权利要求3所述的护轨，其特征在于：所述厚度为120-200μm。
5.一种护轨，其表面具有梯度复合涂层，其特征在于：所述梯度复合涂层为碳化物涂层，包括依次呈梯度分布的TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层、TiC与基体的融合层；其中，所述TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织。
6.如权利要求5所述的护轨，其特征在于：沿TiC致密陶瓷层纵向剖面，其厚度为70-200μm，TiC的体积分数大于80％，TiC致密陶瓷层粒径为8-50μm。
7.如权利要求6所述的护轨，其特征在于：所述厚度为100-200μm；和/或，所述TiC的体积分数大于90％；和/或，所述TiC的粒径为10-50μm。
8.如权利要求7所述的护轨，其特征在于：所述厚度为120-200μm。
9.如权利要求5-8之一所述的护轨，其特征在于：沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，其厚度为50-150μm，TiC的体积分数大于80％，TiC的粒径为5-15μm。
10.如权利要求9所述的护轨，其特征在于：沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，所述厚度为70-150μm；和/或，所述TiC的体积分数大于90％；和/或，所述TiC的粒径为6-12μm。
11.如权利要求10所述的护轨，其特征在于：沿微米TiC陶瓷层纵向剖面，所述厚度为80-150μm；和/或，所述TiC的粒径为8-10μm。
12.如权利要求5-8、10-11所述的护轨，其特征在于：沿TiC与基体的融合层纵向剖面，其厚度为50μm-200μm，其中TiC的体积分数为20％-80％，TiC的粒径为1-10μm。
13.如权利要求12所述的护轨，其特征在于：所述厚度为100-200μm；和/或，所述TiC的体积分数为50％-85％；和/或，所述TiC的粒径为2-8μm。
14.如权利要求5-8、10-11、13之一所述的护轨，其特征在于：所述梯度复合涂层总厚度为170-550μm。
15.如权利要求14所述的护轨，其特征在于：所述梯度复合涂层总厚度为300-550μm。
16.如权利要求5-8、10-11、13、15之一所述的护轨，其特征在于：基体组织根据热处理不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种。
17.如权利要求16所述的护轨，其特征在于：所述梯度复合涂层被施加于碳钢表面。
18.一种如权利要求1-4之一所述护轨的制备方法，其特征在于，护轨表面具有耐磨涂层，包括如下步骤：
1)、先准备一钛板；
2)、按照护轨尺寸，制作护轨消失模，根据护轨的工作受力状况，其主要磨损的部位是护轨的轨头和轨腰表面，据此在护轨消失模的轨头和轨腰表面固定钛板，然后在钛板表面固定外部碳源，使其与钛板紧密结合；
3)、按照护轨尺寸，制作砂型；
4)、将碳钢基材冶炼为钢液；
5)、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入上述放置有护轨模具、钛板和碳源的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得护轨基体为碳钢基体，护轨工作表面为碳钢与钛板的复合体；
6)将浇铸完得到的护轨复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在护轨表面形成耐磨碳化物涂层，而护轨基体仍为碳钢基体；
其中，耐磨碳化物涂层为TiC致密陶瓷层；TiC致密陶瓷层为准单晶相，所述准单晶相是指，介于多晶相与单晶相之间，相较于多晶相，晶向一致性高、晶界明显减少，并且原子排列比较有序的显微组织；步骤6)中通过控制保温时间、保温温度获得该TiC致密陶瓷层。
19.如权利要求18所述的护轨的制备方法，其特征在于：步骤1)中，钛的纯度控制在99.7-99.99％；和/或，所述钛板厚度为0.2-3mm；和/或，所述钛板先被加以表面处理。
20.如权利要求18或19所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，用聚苯乙烯泡沫塑料制作护轨消失模；和/或，所述外部碳源为石墨纸，石墨纸为三级以上，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm。
21.如权利要求20所述的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述制作砂型具体为，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型，每箱一个护轨，二箱分型，将护轨消失模连同钛板和外部碳源一并置于砂型型腔中；和/或，步骤4)中，冶炼温度控制在1610-1630℃；和/或，步骤5)中，浇注温度控制在1610-1630℃，浇注时间为40-50秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
22.一种如权利要求5-17之一所述护轨的制备方法，其特征在于，护轨表面具有梯度复合涂层，包括如下步骤：
1)、先准备一钛板；
2)、按照护轨尺寸，制作护轨消失模，根据护轨的工作受力状况，其主要磨损的部位是护轨的轨头和轨腰表面，据此在护轨消失模的轨头和轨腰表面固定钛板，然后在钛板表面固定外部碳源，使其与钛板紧密结合；
3)、按照护轨尺寸制作砂型；
4)、将碳钢基材冶炼为钢液；
5)、采用消失模真空吸铸工艺，将上述钢液浇入上述放置有护轨模具、钛板和碳源的砂型内，待钢液冷却凝固后，取出铸件，清砂处理，获得护轨基体为碳钢基体，护轨工作表面为碳钢与钛板的复合体；
6)将浇铸完得到的护轨复合体放入具有保护气氛的保温炉内保温，最后随炉冷却至室温，从而在护轨轨头和轨腰表面形成梯度复合涂层，而护轨基体仍为碳钢基体；
7)所得的具有梯度复合涂层的护轨被进一步热处理以获得更合适的基体组织；
通过控制步骤6)中保温时间、保温温度获得该梯度复合涂层即碳化物涂层，所述碳化物涂层包括依次呈梯度分布的准单晶相TiC致密陶瓷层、微米TiC陶瓷层、TiC与基体的融合层。
23.如权利要求22所述的护轨的制备方法，其特征在于：步骤6)中保温温度、保温时间以及最终能够获得的梯度复合涂层的总厚度符合如下公式，
L＝kTlogt1/2+b0
其中：
L——梯度复合涂层的总厚度(μm)，
k——是常数，取值为0-1，k≠0，
T——保温温度(K)，
t——保温时间(s)，
b0——初始厚度(μm)，即钢液浇注后与钛板之间形成的复合层的厚度。
24.如权利要求22-23之一所述的护轨的制备方法，其特征在于：步骤1)中，钛的纯度控制在99.7-99.99％；和/或，所述钛板厚度为0.2-3mm；和/或，所述钛板先被加以表面处理。
25.如权利要求24所述的护轨的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，表面处理的步骤如下：
第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸或60ml/L的磷酸或120ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸或200ml/L的硫酸或240ml/L的双氧水，后流水冲洗；
第三步表面打磨，选用800目或更细的Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗。
26.如权利要求22-23、25之一所述的护轨的制备方法，其特征在于：步骤2)中，用聚苯乙烯泡沫塑料制作护轨消失模；和/或，外部碳源为石墨纸，所述石墨纸为三级以上，纯度99％，厚度为0.1-0.35mm。
27.如权利要求22-23、25之一所述的护轨的制备方法，其特征在于：步骤3)中，所述制作砂型具体为，用CO2水玻璃硬化砂、覆膜砂、自硬树脂砂或潮模砂制作砂型，每箱一个护轨，二箱分型，将护轨消失模连同钛板和外部碳源一并置于砂型型腔中；和/或，步骤4)中，所述冶炼温度控制在1610-1630℃；和/或，步骤5)中，浇注温度控制在1610-1630℃，和/或，浇注时间为40-50秒，一分钟后，在冒口补浇，室温冷却。
28.如权利要求27所述的护轨的制备方法，其特征在于：所述步骤6)中，升温至1000-1130℃保温，升温速度控制在7℃/min，保温时间为4-12h。
29.如权利要求28所述的护轨的制备方法，其特征在于：保温时间为6-10h。
30.如权利要求22-23、25、28-29之一所述的护轨的制备方法，其特征在于：所述碳钢基体为低碳钢、中碳钢或高碳钢。
31.如权利要求22-23、25、28-29之一所述的护轨的制备方法，其特征在于：所述保护气氛为氩气或氮气，气体流量为4-8ml/min。
32.如权利要求22-23、25、28-29之一所述的护轨的制备方法，其特征在于：所述步骤7)中的热处理工序为：在550-800℃进行热处理，基体为珠光体组织，或在220－450℃进行热处理，基体为贝氏体组织，或在220℃以下进行热处理，基体为马氏体组织。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101412094A (zh) * | 2008-11-28 | 2009-04-22 | 西安建筑科技大学 | 一种复合耐磨护轨的制备方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| CN201660812U (zh) * | 2010-04-30 | 2010-12-01 | 大庆市达美石油机械厂 | 高耐磨铁路钢轨 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王亮亮等.TiC/Fe表面梯度复合材料微区组织及陶瓷层磨损性能.《焊接学报》.2013,第34卷(第5期), * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU194825U1 (ru) * | 2019-11-01 | 2019-12-24 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инновационные Технологии На Железнодорожном Транспорте" (Ооо "Итжт") | Контрельс рельс повышенной износостойкости |
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