CN108624837A - 一种提高钢轨表面防腐导电能力的涂层制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高钢轨表面防腐导电能力的涂镀层制备方法，克服铁路轨道表面因生锈而造成的电路分路不良的问题。采用常规的电弧喷涂制备导电层要求喷涂前对钢轨表面进行喷砂处理，必须有大压力的空压机和发电机，现场施工困难，涂层以机械结合为主，结合力不高，涂层经碾压后容易脱落。电刷镀对基体表面要求高，涂层沉积速度慢，镀液回收困难，对环境影响较大。本发明采用电弧等离子体为热源来加热金属丝材，利用二级压缩喷嘴产生气体射流，对熔化的金属丝材进行雾化。雾化的金属融滴撞击到钢轨表面形成导电涂镀层，并实现与钢轨基体局部位置处的冶金结合。本发明提出一种与钢轨具有局部冶金结合但对基材热影响极小的导电涂镀层制备方法。

Description

一种提高钢轨表面防腐导电能力的涂层制备方法
技术领域
本发明属于防腐导电层制备领域。
背景技术
为了克服铁路轨道表面因生锈而造成的电路分路不良的问题，目前常规的办法是在钢轨表面用熔覆堆焊、电弧喷涂、电刷镀等方法制备防锈导电金属层或者直接焊接不锈钢钢带。采用熔覆堆焊或焊接的优势是能保证导电层与钢轨之间的冶金结合，涂层耐碾压寿命长，但由于钢轨本身含碳量很高，热影响区内极易形成马氏体组织引发开裂。为了抑制马氏体的生成，则需要将钢轨整体预热至400度以上，现场施工很难保证，而且由此带来严重的钢轨变形和残余应力问题。采用常规的电弧喷涂方法制备导电层要求喷涂前对钢轨表面进行喷砂处理，必须有大压力的空压机和发电机，现场施工实施起来困难比较多，涂层以机械结合为主，结合力不高，涂层经碾压后容易脱落。电刷镀技术对基体表面要求高，涂层沉积速度慢，镀液回收困难，对环境影响较大。
发明内容:
本发明提出一种与钢轨具有局部冶金结合但对基材热影响极小的防腐导电涂镀层制备方法。本发明采用高能量密度的电弧等离子体为热源来加热金属丝材，利用二级压缩喷嘴产生气体射流，对熔化的金属丝材进行雾化。雾化的金属融滴撞击到钢轨表面形成导电涂镀层，并实现与钢轨基体局部位置处的冶金结合。
1.一种提高钢轨表面防腐导电能力的涂镀层制备方法，其特征在于，采用不压缩的电弧作为热源，熔化合金丝材，利用收敛扩张型二级喷嘴对电弧射流进行加速，完成丝材的雾化过程：
合金丝材为镍基合金，其主成分为镍元素，含有5％-10％质量百分数的合金元素，合金元素为单一的Al、Ti、Mo、Zr、Cr，或者上述元素的复合；
收敛扩张型二级喷嘴即喷嘴截面形状为收缩后扩张，收缩段入口尺寸范围10-16mm，收缩段最窄处即喉口直径范围5-8mm，扩张段出口尺寸大于喉口的直径，其尺寸范围6-18mm，雾化气体为纯氩，气压0.2-0.8MPa，气体流量40L/min-300L/min，电离气为氩气与氢气混合气，氩气占混合气在76％-95％体积比之间；气压为0.4MPa，流量为10L/min，对丝材进行雾化；通过协调控制送丝速率、电弧参数、气氛，确保丝材能被熔化。
2.进一步，采用一个行走装置固定喷枪与丝材，以0.5-3m/min 的速率在钢轨上行进，送丝速率0.5-2.5m/min。
3.进一步，不压缩的电弧极性是正接或者是反接；正接时，以水冷铜环或钨环为阳极，水冷的钨棒作为阴极，丝材出口置于电弧阳极斑点后方1-3mm处；反接时，以水冷铜环或者钨环为阴极，水冷的钨作为阳极，丝材出口置于阴极斑点后方1-3mm处。
4.进一步，电离气中氩气占混合气体体积比为85％。
附图说明
图1.制备导电层的设备示意图
图2.所制备的导电层外观
图3是采用光学显微镜观察的涂层界面图
具体实施方式
以下实施例阐明了本发明的具体内容，但本发明决非局限于以下实施例。
实施例1
使用直径为2.0mm的Ni5Al(含有5％质量百分比的Al)合金丝材在钢轨表面进行喷涂。一级喷嘴为电源正接，丝材距离阳极斑点 1.5mm，二级喷嘴为水冷铜喷嘴，其尺寸为入口12mm，喉口直径 5.8mm，出口直径7mm，二级喷嘴离基体距离为100mm，行走装置行进速率为1.5m/min，送丝速率为1m/min，电压为63V，电流为270A，电离气为氩气与氢气混合气，氩气占混合气体体积比为85％，电离气气压0.4MPa,流量为10L/min,雾化气为纯氩，雾化气压力为0.6MPa，流量为80L/min。
涂层外观如图2所示，可以看到钢轨表面金属层由大量颗粒累计而成，覆盖均匀。
从钢轨上截取Φ25厚度为10mm带涂层的圆片，采用拉伸法测试涂层结合强度，将试样粘在偶合棒上，拉伸至涂层与基体结合处断裂。对于所有的式样，最终断裂处都发生于粘胶层，断裂强度为 56.68MPa,实际涂层的结合强度要大于此值。
采用光学显微镜观察涂层界面(图3)，可以看到涂层与基体之间存在一个明显的结合分界区，厚度小于20微米，宽度在600微米左右，且该区域组织形态与涂层和基体有一定差异，测试其成分是以 Fe为主，说明是由于基体微区产生了熔化并与颗粒形成冶金结合。

Claims (4)

1.一种提高钢轨表面防腐导电能力的涂镀层制备方法，其特征在于，采用不压缩的电弧作为热源，熔化合金丝材，利用收敛扩张型二级喷嘴对电弧射流进行加速，完成丝材的雾化过程：
合金丝材为镍基合金，其主成分为镍元素，含有5％-10％质量百分数的合金元素，合金元素为单一的Al、Ti、Mo、Zr、Cr，或者上述元素的复合；
收敛扩张型二级喷嘴即喷嘴截面形状为收缩后扩张，收缩段入口尺寸范围10-16mm，收缩段最窄处即喉口直径范围5-8mm，扩张段出口尺寸大于喉口的直径，其尺寸范围6-18mm，雾化气体为纯氩，气压0.2-0.8MPa，气体流量40L/min-300L/min，电离气为氩气与氢气混合气，氩气占混合气在76％-95％体积比之间；气压为0.4MPa，流量为10L/min，对丝材进行雾化；通过协调控制送丝速率、电弧参数、气氛，确保丝材能被熔化。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：采用一个行走装置固定喷枪与丝材，以0.5-3m/min的速率在钢轨上行进，送丝速率0.5-2.5m/min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：不压缩的电弧极性是正接或者是反接；正接时，以水冷铜环或钨环为阳极，水冷的钨棒作为阴极，丝材出口置于电弧阳极斑点后方1-3mm处；反接时，以水冷铜环或者钨环为阴极，水冷的钨作为阳极，丝材出口置于阴极斑点后方1-3mm处。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：电离气中氩气占混合气体体积比为85％。
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