專利名稱：具有激光熔覆層和隔熱涂層的智能調(diào)溫鋼軌生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬材料表面熔覆及鋼材表面的涂裝領(lǐng)域，具體涉及到一種鋼軌表面 熔覆工藝及涂裝方法。
背景技術(shù)：
自從人類發(fā)明了火車以來(lái)，伴隨著人們乘坐便利的列車出門遠(yuǎn)行的同時(shí)，也產(chǎn)生 了相應(yīng)的鐵路安全問題。鐵路的安全問題之一，產(chǎn)生在由普通鋼軌或無(wú)縫鋼軌構(gòu)成的鐵路線路上。盡管鐵 路無(wú)縫線路以其高速行車、運(yùn)行平穩(wěn)和便于養(yǎng)護(hù)維修的優(yōu)越性，正在日益取代著普通線路， 然而隨著鐵路沿線溫度的變化，鋼軌的溫度也在相應(yīng)變化，因而鋼軌隨之會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生熱脹 冷縮效應(yīng)。特別是長(zhǎng)軌條在高溫季節(jié)和溫差較大的地區(qū)，由于熱脹冷縮，并隨之產(chǎn)生縱向伸 縮力和鋼軌全斷面上巨大的溫度力。由于脹軌很容易造成鋼軌變形，發(fā)生脹軌跑道。如果 發(fā)現(xiàn)和處理不及時(shí)，還會(huì)發(fā)生重大的行車事故。如鐵道建筑2006年Sl期的一篇“無(wú)縫線路 脹軌跑道的預(yù)防和處理”報(bào)道中稱，山西塑黃鐵路公司將預(yù)防和處理脹軌跑道作為公司運(yùn) 輸安全重點(diǎn)工作之一。從全國(guó)乃至全世界鐵路運(yùn)輸安全角度來(lái)看，預(yù)防和處理脹軌跑道工 作，造成了鐵路運(yùn)輸部門工作中的一種卸之不下的負(fù)擔(dān)。為了限制鋼軌的伸縮量并分散控制無(wú)縫線路內(nèi)貯存著的巨大的溫度力，以便相應(yīng) 控制鋼軌的縱向位移。在鐵路工程中，人們通過軌頭間的連接零件、中間聯(lián)結(jié)零件和防爬設(shè) 備以及軌枕和道床等設(shè)施鎖定住無(wú)縫線路。具體地，還要通過鋼軌扣件、夾板、螺釘?shù)雀郊?對(duì)鋼軌進(jìn)行逐段固定，相應(yīng)地逐段分解掉了整體線路內(nèi)存在的巨大溫度力。這樣，被固鎖在 每小段區(qū)間內(nèi)的鋼軌不再能自由伸縮，即其伸縮相應(yīng)限制在一個(gè)很小的、許可的范圍之內(nèi)。但是為了鎖定鋼軌和控制鋼軌內(nèi)的溫度力，人們所花費(fèi)的人力、物力成本也比較 大。況且這種花費(fèi)并非一勞永逸，其管理成本涉及維修線路時(shí)限和維修經(jīng)費(fèi)等問題。由于 現(xiàn)行干線上的運(yùn)力繁忙，大修費(fèi)用緊張，往往造成延期維修。例如過久使用線路扣件，必然 導(dǎo)致彈條扣件的疲勞程度增大，彈性下降，相應(yīng)的扣壓力不足，使其實(shí)際使用效果達(dá)不到設(shè) 計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。若不及時(shí)更換，將影響甚至危及行車安全。另外鋼軌的鎖定狀態(tài)仍然是一種“準(zhǔn)” 穩(wěn)定鎖定狀態(tài)?，F(xiàn)行監(jiān)控鎖定軌溫及鋼軌內(nèi)部應(yīng)力分布的實(shí)踐性、及時(shí)性和準(zhǔn)確性均不強(qiáng)， 僅從表面難以了解和洞察它的變化量。特別是在氣候變化或極端天氣狀態(tài)下，一旦環(huán)境溫 差變化較大時(shí)，鋼軌軌溫變化相應(yīng)也較大。如果線路未充分鎖定或道床抵抗軌枕沿線路方 向移動(dòng)的阻力不夠，鋼軌的限制伸縮量將隨之增大。當(dāng)限制伸縮量一旦接近鋼軌的自由伸 縮量時(shí)，將會(huì)對(duì)線路產(chǎn)生巨大的破壞性影響。一百多年來(lái)，由于人們沿著鋼軌在環(huán)境溫度變化下鎖定鐵路線路的思維習(xí)慣，并 沿襲鋼軌的溫度力計(jì)算公式Pt = 250 Δ tF (其中Pt是溫度力，單位為N，即牛頓，Δ t是軌 溫變化度數(shù)，單位為。C，F(xiàn)為鋼軌斷面積，單位為cm2)來(lái)加固鐵路線路，因而未能有效降低 鎖定無(wú)縫線路的成本。并且在室外環(huán)境溫度下，國(guó)內(nèi)外尚未有效解決減小鋼軌溫度力和完 全可工業(yè)化的世界性技術(shù)難題。所以，投放在線路上的成本和維護(hù)線路的安全成本居高不下。本發(fā)明者的發(fā)明思想，是減小有縫、無(wú)縫線路內(nèi)的溫度力，降低線路的投入成本和 維護(hù)成本，提高行車的安全。具體的發(fā)明著眼點(diǎn)是基于溫度力的計(jì)算公式，減小軌溫變化度 數(shù)At，即在環(huán)境溫度下使軌溫變化度數(shù)為At'，并且At' < At。在同等條件下若減小 了 At，就意味著減小了鋼軌線路的溫度力Pt，也就相應(yīng)提高了鐵路運(yùn)行的安全性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種減小鐵路線路溫度力 的隔熱、降溫、耐磨、耐腐蝕鋼軌的制備方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是在鋼軌的上表面利用激光熔覆技術(shù)，制備一層或兩層 以上的自熔性合金(鐵基、鎳基、鐵鎳基、鈷基等)粉末與氧化物陶瓷粉末構(gòu)成的激光熔覆 層；在鋼軌的剩余表面制備耐磨、隔熱降溫涂層，或者制備散熱、調(diào)溫、耐腐蝕涂層。一種具有激光熔覆層和隔熱涂層的智能調(diào)溫鋼軌生產(chǎn)工藝，包括如下的制備步 驟(1)表面的機(jī)械或化學(xué)處理和預(yù)熱處理將鋼軌表面進(jìn)行機(jī)械處理或化學(xué)處理，清除表面的鐵銹和油污；對(duì)鋼軌表面預(yù)熱， 預(yù)熱溫度為250 350°C。(2)表面的激光熔覆將激光器置于可隨車移動(dòng)的行走裝置上。激光器裝置沿著鋼軌縱向軸線平行勻 速移動(dòng)時(shí)，在激光照射下，由送粉噴嘴同步向鋼軌上表面或者同步向鋼軌上表面和與上表 面緊鄰的軌鄂表面噴送一層復(fù)合粉末，或噴送上、下兩層復(fù)合粉末；并經(jīng)一次或多次激光 熔覆后，在鋼軌的上表面或者在鋼軌上表面和軌鄂表面形成一層激光熔覆層或者形成上、 下兩層結(jié)構(gòu)重疊的激光熔覆層；或者將復(fù)合粉末與樹酯黏結(jié)劑均勻混合后，涂敷在鋼軌上 表面或者涂敷在鋼軌上表面和軌鄂表面，由沿鋼軌勻速移動(dòng)的激光器發(fā)出激光，并經(jīng)一次 或多次激光熔覆后，在鋼軌的上表面或者在鋼軌上表面和軌鄂表面形成一層激光熔覆層， 或者形成上、下兩層結(jié)構(gòu)重疊的激光熔覆層；所述的復(fù)合粉末是鎳基合金粉末或鐵基合金 粉末或鎳鐵基合金粉末或鈷基合金粉末與氧化物陶瓷粉末、納米氧化物陶瓷粉末、陶瓷粉 末、鎳包氧化物陶瓷粉末、鎳包納米氧化物陶瓷粉末中的一種或兩種并按化學(xué)質(zhì)量百分比 (wt% )均勻混合后的粉末，所述的激光熔覆層經(jīng)過一次或多次熔覆，形成厚度為0. 05 4mm的激光熔覆層。(3)表面的緩冷處理激光熔覆完成后，為了減少鋼軌熱應(yīng)力和防止產(chǎn)生裂紋，用保溫毯或石棉布保溫， 使鋼軌和熔覆層緩冷。(4)表面的輕度再處理在除激光熔覆層以外的鋼軌表面上，再用除銹用具及用品進(jìn)行適度或輕度的機(jī)械 處理或化學(xué)處理，以便除去緩冷后超過4小時(shí)其表面又產(chǎn)生的氧化薄膜，使鋼軌表面再次 露出新鮮的金屬光澤，對(duì)鋼軌表面清理整形，并烘干，使烘干干燥溫度≤ 50°C。(5)表面的涂覆將倒置(軌底朝上，軌頂朝下)的鋼軌送入噴涂室，用噴涂法或輥涂法或刷涂法，在鋼軌表面涂覆厚度為0 3mm的冷鍍層；所述的冷鍍層是具有防腐防磨功能的涂層、具有 防銹耐磨和隔熱降溫功能的涂層、具有防腐耐磨和散熱降溫功能的涂層、具有防腐降溫和 智能性調(diào)溫功能的涂層、具有防腐和常溫下智能性溫度可逆轉(zhuǎn)換功能的涂層中的一種涂 層，按每種涂層的功能，可以在鋼軌表面涂覆成一層或者兩層以上不同涂料之間結(jié)構(gòu)重疊 的冷鍍涂層。完成上述鋼軌的制備步驟后，最后完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫(kù)工作。本發(fā)明所述的鋼軌，包括各種材質(zhì)、各種規(guī)格、各種型號(hào)、各種類型的鋼軌，也包括 國(guó)產(chǎn)鋼軌和進(jìn)口鋼軌、新鋼軌和舊鋼軌、在線鋼軌和退役鋼軌，全長(zhǎng)淬火鋼軌和未淬火鋼軌，等等。在不限于下列具體實(shí)施例的過程中，下面所列各種合金元素、氧化物陶瓷元素等 對(duì)所需熔覆層發(fā)揮著良好的作用，并提高了其整體的綜合性能。Ni 主體粉末鎳能提高粉末的耐高溫性能和抗裂性。它使液固相溫度區(qū)間變寬，能 有效降低材料的熔點(diǎn)，并具有良好的導(dǎo)電性。Cr 適量的鉻能形成穩(wěn)定的純化膜，并能顯著提高耐點(diǎn)蝕性。Cr的添加加強(qiáng)了激 光熔覆層的硬度和抗腐蝕能力。C 碳雖為雜質(zhì)元素，但C和Cr即能對(duì)熔覆層形成彌散強(qiáng)化，又能提高熔覆層的強(qiáng) 度和硬度。Si 硅通過固融強(qiáng)化，能提高熔覆層的硬度。B 硼和硅還會(huì)與Ni生成低熔點(diǎn)的顆粒相NiB和Ni3B,從而降低了熔覆層的熔點(diǎn)。 B與Cr能生成高硬度的化合物CrB，能夠提高熔覆層的硬度。由于B與Si能使合金粉末產(chǎn) 生自熔性，提高熔融物的流動(dòng)性，所以它們也是良好的脫氧劑，在合金粉末熔化時(shí)，可以?shī)Z 取鋼軌表面吸附的氧氣。B與Si能自行成渣，有較強(qiáng)的自保護(hù)作用，保護(hù)熔融狀態(tài)合金，有 助于使合金粉末具有良好的工藝操作性。Fe 鐵與鋼軌基體的元素結(jié)構(gòu)接近，可作為填料，能夠較好地與鋼軌表面接合。Fe 與B生成高硬度的 ^Β，還能與C生成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化合物。通過適量增減狗元素的含量，也 就能相應(yīng)改善熔覆層的硬度。Mo:細(xì)化晶粒的鉬有利于提高熔覆層的耐磨性能、耐蝕點(diǎn)腐蝕及耐縫隙腐蝕的性 能。Cu:適量銅粉的添入能提高熔覆層的導(dǎo)電性，并加寬液固相的溫度區(qū)間，在激光熔 覆中具有良好的工藝操作性。AI2O3:研究結(jié)果表明，當(dāng)激光重熔AI2O3等離子噴涂層時(shí)，會(huì)促使涂層中的亞穩(wěn)定 相Y AI2O3向穩(wěn)定相α AI2O3轉(zhuǎn)變，形成具有隔熱作用的熱隔涂層。對(duì)日照下鋼軌具 有良好的降溫作用，也有助于降低熔覆后的裂紋率，提高熔覆質(zhì)量。ZrO2 實(shí)驗(yàn)表明，在激光熔覆中，在填料^O2中添加適量的穩(wěn)定劑^O3后，形成穩(wěn) 定的^O2熱障涂層，降低鋼軌軌溫。^O2會(huì)使涂層表面裂紋減少甚至消失，并與AI2O3 —起 使涂層組織形成致密度和硬度很高的AI2O3-^O2*晶組織，顯著改善鋼軌的抗熱疲勞性能。TiO2 同AI203、Zr02 —樣，11 也是具有熱障性能的氧化物陶瓷粉末。尤其在激光 熔覆鐵基合金粉末中加入適量的TiO2，不僅可以提高噴涂層的韌性和耐磨性能，而且可以 減少熔覆后裂紋的形成。熱障涂層TiO2，將有效降低常溫下的鋼軌軌溫。
CeO2, SiO2, Y2O3> CaO、MgO 在激光熔覆中加入適量的 Ce、Si、La、Ca、Fe 的稀土及 Ce02、Si02J203、Ca0、Mg0等稀土氧化物，可以提高熔覆層的抗拉強(qiáng)度、斷裂韌性及熱循環(huán)壽 命。在涂層的中間過渡層中適量加入低熔點(diǎn)、高膨脹系數(shù)的Ca0、Si02、TiA等，則有助于提 高熔覆層的松馳應(yīng)力，減少裂紋的形成，提高熔覆質(zhì)量。WC 碳化鎢粉末是一種耐磨材料。它能與許多碳化物形成固熔體。由于它的高硬 度和極耐磨性，添加碳化鎢后，可以大大提高熔覆層的硬度和耐磨性。Ni/Ti02,Ni/AI203>Ni/Zr02分別是指鎳包二氧化鈦(或鎳包納米二氧化鈦)、鎳包 氧化鋁(或鎳包納米氧化鋁)、鎳包穩(wěn)定的或部分穩(wěn)定的氧化鋯(或鎳包納米氧化鋯)。這 些不怕氧化或氮化的氧化物陶瓷粉末被金屬鎳包裹后，具有韌性好、低應(yīng)力、濕潤(rùn)性好、并 且具有較高硬度的特點(diǎn)。由于它們的導(dǎo)熱系數(shù)低，對(duì)太陽(yáng)光熱量的傳導(dǎo)阻礙作用和反射太 陽(yáng)光的作用強(qiáng)，所以含有它們的熔覆層對(duì)鋼軌具有良好的隔熱性。NiAI2O3具有良好的抗腐蝕性、超耐磨損性和高溫下的放熱性。它們的添加有助 于加寬上述熔覆材料的熔點(diǎn)范圍，并能增加熔覆層的硬度，以便逐步適應(yīng)面市的新型鋼軌 在列車重載、高速運(yùn)行下的耐磨性，并能相應(yīng)提高熔覆層的質(zhì)量。同樣，具有隔熱性能的金屬包覆性復(fù)合粉末有銅包氧化鋁(或銅包納米氧化鋁) CuAI2O3、銅包二氧化鈦(或銅包納米二氧化鈦)Cu/Ti02、鎳鉻包氧化鋯(或鎳鉻包納米氧 化鋯)NiCr/ZiO2等，都可以作為添加在熔覆材料中的元素，并分別調(diào)配成科學(xué)、合理的涂層 元素質(zhì)量比例參數(shù)，參與相應(yīng)的實(shí)施例中。采用本發(fā)明的技術(shù)方案制備的具有激光熔覆層和隔熱涂層的鋼軌，獲得了如下重 要的實(shí)際效果1、在原有鋼軌上表面(軌頂)上，通過激光熔覆技術(shù)增加了與鋼軌表面具有很好 的結(jié)合力的另一種材質(zhì)——熔覆層，使原鋼軌具有了所謂的兩種材質(zhì)的鋼軌。較之原有鋼 軌，具有高硬度、高屈服應(yīng)力極限和低摩擦力的特點(diǎn)。從而增強(qiáng)了鋼軌的耐久性，并提高了 鋼軌及固定鋼軌線路元件的使用壽命。2、在鋼軌表面上采用激光寬帶熔覆技術(shù)與鋼軌表面上的補(bǔ)焊技術(shù)相比，全面提升 和強(qiáng)化了鋼軌表面操作技術(shù)水平，大大縮短了操作工藝時(shí)間，提高了工藝質(zhì)量和操作工效。3、具有激光熔覆層的鐵路線路順應(yīng)了鐵路線路運(yùn)輸重載、高速的發(fā)展趨勢(shì)，避免 了線路維修間隔時(shí)間，縮短了運(yùn)輸時(shí)間，提高了運(yùn)輸能力，增加了鐵路線路的運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效
■、Λ
frff. ο4、具有激光熔覆層和隔熱涂層的鋼軌，較之原有鋼軌，提高了防腐蝕、耐磨蝕性 能，提高了鋼材使用率，降低了鋼軌使用成本。5、具有熱障涂層的激光熔覆層和隔熱涂層的鋼軌，較原有鋼軌，降低了室外環(huán)境 溫度下的鋼軌軌溫，從而減小了鋼軌線路的溫度力，減少了特殊高溫(例如夏天)下脹軌、 跑軌的風(fēng)險(xiǎn)，相應(yīng)提高了鐵路線路運(yùn)行的安全性。下面通過不限定本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)一步加以說明。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一激光熔覆和噴涂已淬火U71Mn鋼軌表面的工藝①鋼軌表面的機(jī)械(或化學(xué))處理和預(yù)熱處理
先在已全長(zhǎng)淬火的U71Mn鋼軌表面用鋼軌打磨機(jī)或鋼軌除銹刷面機(jī)除銹。例如， 用MBC-14-L型鋼軌除銹機(jī)的自動(dòng)操作程序完成除銹任務(wù):A、完成操作前的準(zhǔn)備程序，使機(jī) 器處于初始狀態(tài)。B、操作盤上的手動(dòng)狀態(tài)按鈕燈亮，若除銹機(jī)內(nèi)無(wú)鋼軌，輸入和長(zhǎng)軌頭按鈕 燈閃亮。C、若按長(zhǎng)軌頭按鈕，長(zhǎng)軌頭按燈亮，按自動(dòng)狀態(tài)按鈕，按鈕燈亮，接通鋼軌傳送選擇 開關(guān)和控制開關(guān)，待除銹鋼軌由操作人員控制，從傳送輥進(jìn)入鋼軌除銹機(jī)，鋼軌的尾端被停 止于位置2，下一根待除銹鋼軌的前端停在位置1。D、自動(dòng)進(jìn)入水平除銹、間隙控制、垂直除 銹、圓弧處除銹作業(yè)。E、除銹作業(yè)完成后，前根鋼軌被自動(dòng)移出除銹機(jī)。后一根鋼軌由操 作人員控制向出口移動(dòng)，鋼軌尾端自動(dòng)停止于位置2。F、輸入按鈕閃亮，準(zhǔn)備進(jìn)行下一作業(yè) 循環(huán)(G、自動(dòng)作業(yè)中，在水平或垂直按鈕燈閃亮?xí)r，可再次重復(fù)前次的作業(yè))。除銹畢，清理 鋼軌表面，使鋼軌表面露出潔凈的金屬光澤(也可以采用化學(xué)處理液洗滌處理)。用鋼軌預(yù)熱器(例如用北京燕宏達(dá)鐵路有限責(zé)任公司生產(chǎn)的PREI鋼軌預(yù)熱器) 預(yù)熱鋼軌表面，預(yù)熱溫度為150 350°C。 ②鋼軌表面的激光熔覆A、鋼軌表面的第一層激光熔覆緊接著，可將隨車移動(dòng)的Trumpf型6000高功率快速軸流(X)2激光器，達(dá)到其聚 焦特征參數(shù)值為Kf = 8. 67mm · mrad，輸出激光束的模式為THMOl模。將激光器光束經(jīng)過 270mm的積分鏡整形，調(diào)制為圓形的激光束，再經(jīng)展寬后得到X截面為80mm、Y截面為24mm 尺寸的矩形光束。當(dāng)激光器裝置在沿U71Mn鋼軌縱向軸線平行、勻速移動(dòng)時(shí)，在激光照射下，由送粉 噴嘴同步向鋼軌上表面(軌頂)和與上表面相鄰的軌鄂表面噴送鎳基合金粉末與氧化物 陶瓷粉末的復(fù)合粉末，其化學(xué)質(zhì)量百分比)的組成為C 0. 4 0. 6，B 0. 8 0. 9，Si 0. 9 1. l,Cr 12. 0 13. OjSiO2 0. 5 1. 4, Fe 3. 0 5，余量 Ni/AI203(Ni30. 0 55. 3， AI20313 23. 7)。其中合金粉末的粒徑為-150目 +320目，鎳包納米氧化鋁Ni/AI203的平 均直徑為150nm，AI2O3的平均徑為50nm。將配制好的合金粉末和鎳包納米氧化鋁顆粒倒入 球磨機(jī)中混合均勻，并干燥100°C，干燥池。激光熔覆的工藝參數(shù)為激光熔覆功率4200W， 激光束離焦量為70mm，激光掃描速度為5mm/s，送粉速率為0.3g/s。熔覆表面由多條單個(gè) 熔覆軌跡搭接而成，搭接率為50%，所形成的熔覆層為0. 5 1. 0mm。完成激光熔覆過程后，按本實(shí)施例可以進(jìn)入鋼軌的緩冷處理、表面的再處理以及 表面的涂裝程序了 ；當(dāng)然，也可以在完成第一層的激光熔覆后，直接進(jìn)入下一步程序，即 鋼軌表面的第二層激光熔覆。B、鋼軌表面的第二層激光熔覆緊接著，重復(fù)上述操作步驟和部分工藝參數(shù)將隨車移動(dòng)的Trumpf型6000高功率 快速軸流ω2激光器，保持其聚焦特征參數(shù)值為Kf = 8. 67nn · mrau，輸出激光束的模式為 THMOl模，保持激光器的展寬幅度X截面為80mm，Y截面為24mm尺寸的矩形光束。激光器裝置再次沿Un71Mn鋼軌縱向軸線平行、勻速移動(dòng)。在激光照射下，由送粉 噴嘴同步向鋼軌上表面和軌鄂表面噴送狗基合金粉末與氧化物陶瓷粉末的復(fù)合粉末，其 化學(xué)質(zhì)量百分比(wt% )的組成為CO. 2 0. 3，B 0. 8 0. 9，Si 0. 9 1. 1，Cr 12. 0 13. 0，Ni 8. 0 9. 0，Ti022. 8 3. 2，F(xiàn)e余量。合金粉末的粒徑為-150目 +320mm，激光 掃描速度為5mm/s，送粉速率為0. 3g/S，熔覆表面由多條單個(gè)熔覆軌跡搭接而成，搭接率為
950%，所形成的熔覆層為0. 5 1. 0mm。最后，形成第一層和第二層的兩層結(jié)構(gòu)重疊的激光
熔覆層。③鋼軌表面的緩冷處理緊接著，用保溫毯或石棉氈對(duì)鋼軌保溫，使鋼軌和熔覆層緩冷。上述激光熔覆前、后的預(yù)熱處理和緩冷處理，均為欲使熔覆層及其周邊的鋼軌表 面減小熱應(yīng)力及避免產(chǎn)生裂紋。實(shí)際上若嚴(yán)格按鋼軌作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(例如鋼軌的表面處理、預(yù) 熱和緩冷處理)及按本發(fā)明的操作工藝參數(shù)和操作條件執(zhí)行時(shí)，一般不會(huì)產(chǎn)生裂紋。若激 光熔覆前、后不預(yù)熱、不緩冷又無(wú)裂紋產(chǎn)生，也可以不必對(duì)鋼軌預(yù)熱處理和緩冷處理了。④鋼軌表面的再處理對(duì)緩冷處理后的鋼軌表面(激光熔覆層的表面除外)，進(jìn)行適度或輕度的機(jī)械再 處理或化學(xué)再處理，例如用砂布輕度擦磨或用砂輪稍須打磨鋼軌表面，以便除去第一次對(duì) 鋼軌表面處理后超過4小時(shí)的鋼軌表面又產(chǎn)生的氧化薄膜，使鋼軌表面重新露出新鮮的金 屬光澤。對(duì)鋼軌表面清理整形，并烘干，使烘干干燥溫度< 50°C。⑤鋼軌表面的噴涂緊接著，由傳送鋼軌裝置和吊放鋼軌裝置將倒置(軌底朝上，軌頂朝下)的鋼軌送 入噴涂室。用無(wú)氣噴涂法、有氣噴涂法、靜電噴涂法、輥涂法、刷涂法中的一種方法，在鋼軌表 面噴涂干膜厚度為20 100 μ m的涂層，該冷鍍層是具有防腐、耐磨和隔熱降溫的涂層。具 體地可以是防腐耐磨涂料與隔熱降溫填料的混合涂料。其中防腐耐磨涂料是冷噴鋅涂料、 冷噴鋁涂料、冷噴鋅涂料和冷噴鋁涂料按一定比例混合后的涂料、富鋅涂料、富鋁涂料、富 鋅鋁涂料；其中的隔熱降溫填料是氧化物陶瓷粉末中的二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁、氧化鋅， 或者是納米氧化物陶瓷粉末中的納米二氧化鈦、納米氧化鋯、納米氧化鋁、納米氧化鋅；或 者是鎳包氧化物陶瓷中的鎳包二氧化鈦、鎳包氧化鋯、鎳包氧化鋁、鎳包氧化鋅，或者是鎳 包納米氧化物陶瓷粉末中的鎳包納米二氧化鈦、鎳包納米氧化鋯，鎳包納米氧化鋁、鎳包納 米氧化鋅。該混合涂料是在上述任意一種防腐耐磨涂料中按化學(xué)質(zhì)量百分比添加 1-16份的上述氧化物或納米氧化物中任意一種或兩種以上填料后組成的混合涂料，或者添 加1-20份的上述鎳包氧化物或鎳包納米氧化物中任意一種或兩種以上填料后組成的混 合填料。進(jìn)一步說，是將上述任意一種或兩種以上填料添加在上述任意一種涂料在配制過 程中的固體組份中。添加后，如果使某種涂料中原有固體組份的化學(xué)質(zhì)量百分比
超量，則用1-16%的氧化物陶瓷粉末或用1-16%的納米氧化物陶瓷粉末或用1-20%的鎳 包氧化物粉末或者用1-20%的鎳包納米氧化物粉末替代掉原來(lái)涂料中的固體組份中相同 比例的固體含量，使替代后固體的原組份總量不變。所述的含鋅、含鋁涂料，可采用市售各 種牌號(hào)的涂料，例如ZD96 1、ZH、ZS冷噴鋅涂料(無(wú)錫華東鋅盾(冷噴鋅)科技有限公 司)，托倫牌冷噴鋅及冷噴鋁涂料(深圳市天馳防腐涂料有限公司)，HI-P0N20涂料(立邦 公司)，G2H203 207富鋅、富鋁涂料(成都天合宏業(yè)科技有限公司)，EA_98富鋁涂料(揚(yáng) 州美涂士金陵特種涂料有限公司)等。本發(fā)明所需的上述涂料，商家可按要求配制提供，也 可自行配制。本發(fā)明所需的填料，包括氧化鋯、氧化鈦、鎳包氧化鋁、納米級(jí)超級(jí)氧化物陶瓷粉 末，由北京礦冶研究總院提供；二氧化鈦產(chǎn)品由上海德津?qū)崢I(yè)公司供應(yīng)；納米級(jí)氧化鋯產(chǎn)品，由江蘇三賽超細(xì)粉體有限公司、東莞市得盛研磨材料有限公司等廠家提供。在鋼軌表面涂覆一層防腐耐磨涂料與隔熱降溫填料構(gòu)成的混合涂料涂層干燥后， 還可以繼續(xù)在干燥的涂層表面或干燥涂層的部分表面再噴涂或輥涂或刷涂一層導(dǎo)電涂料 涂層，例如涂層膜厚度為25μπι的Yf-TLN302導(dǎo)電鎳漆，使整個(gè)鋼軌表面具有優(yōu)良的導(dǎo)電 性。下面舉出一個(gè)冷噴鋅配方(由武漢現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)研究院樹脂部供貨)的實(shí)例
樹脂規(guī)格 甲組份
外觀顏色微黃色透明液體 固體份含量彡20% 密度(25°C) 0. 85 1.00g/ml 粘度(25°C，涂一4杯)彡IOs 二氧化硅含量彡17s
游離酸5%
乙組份
外觀顏色乳白色液體 固體份含量>12% 密度(25。C) 0.85 1.00g/ml 粘度U5°C，涂一4杯)彡1
游離酸 <0. 1%稀釋劑95 %乙醇或正丁醇在甲組份的固體份含量中，用添加1-16 (wt % )的AI2O3 (或添加1-20 (wt % ) 的鎳包納米氧化鋁Ni/AI203)，替代掉原來(lái)1-16 (Wt 的固體份含量(或替代掉原來(lái) 1-20 (wt% )的固體份含量)，而使總的固體份含量不變，即彡20%。將上述經(jīng)過配制的涂料中的一種或兩種再經(jīng)充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，用選好的涂覆方 法，涂覆在除軌頂熔覆層外的鋼軌表面，即軌頂與軌腰之間的表面、軌腰表面、軌腰和軌腰 以下至軌底的表面，必要時(shí)涂覆掉軌頭的橫截面。完成整根鋼軌表面的涂覆工作。最后，完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫(kù)工作。實(shí)施例一的檢驗(yàn)結(jié)果舉例用HXD-1000型顯微硬度計(jì)、LE0-1450型掃描電子顯微鏡、TO-600力學(xué)性能試驗(yàn)機(jī) 對(duì)U71Mn鋼軌激光熔覆層分別進(jìn)行硬度測(cè)試、形貌觀察、靜態(tài)加載抗壓試驗(yàn)。用牌號(hào)為ZT/SGW-10210型的數(shù)字存儲(chǔ)鋼軌溫度記錄儀測(cè)量出鋼軌表面的溫度為 (58.4士0· 1)0C .在HD)(5002鋅鋁涂鍍涂料(沈陽(yáng)市航達(dá)科技有限責(zé)任公司生產(chǎn))配方中，減少原 有超細(xì)片狀鋅粉漿中化學(xué)質(zhì)量(wt% ) 1-20%的等效鋅含量，添加化學(xué)質(zhì)量(wt% ) 1-20% 的等效鎳包氧化鋯含量。所述添加的鎳包氧化鋯NiArO2 (Ni 6 8，Y2O3 0. 2 0. 4，ZrO2 余量)的粒徑為10 50nm，鎳包氧化鋯的厚度為70 lOOnm。采用噴涂法或刷涂法在鋼 軌表面涂覆的干膜厚度為30 40 μ m。A力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果
激光熔覆層平均硬度> HV520 ；觀察熔覆層的形貌，平整度較高，無(wú)裂紋；模擬機(jī) 車車輪對(duì)鋼軌表面加載到453KN的靜態(tài)加載抗壓試驗(yàn)，熔覆層無(wú)開裂現(xiàn)象。鋅鋁涂鍍層硬度> 1H，鉛筆硬度法；涂層附著力為0級(jí)，劃格法；彎曲，1mm，合格； 耐沖擊性，50kg · cm，合格。B電學(xué)測(cè)試結(jié)果用電位測(cè)量?jī)x測(cè)量，涂層的電極電位為-98mv +200mv。表明涂層具有導(dǎo)電性，對(duì) 鋼軌具有陰極保護(hù)作用。C、防腐試驗(yàn)結(jié)果中性鹽霧試驗(yàn)干膜20 μ m, 972h ；干膜30 μ m, 1962h ；干膜40 μ m，> 2000h。涂料
的涂層較薄，僅為同類涂料厚度的i ‘。對(duì)鋼軌的防銹防腐效果好，耐候性強(qiáng)。
3 LD降溫試驗(yàn)結(jié)果涂裝后鋼軌表面溫度為G9.0士0. 1) °C，同比未涂裝涂料的鋼軌表面溫度 (58.4 士 0. 1)°C，鋼軌表面溫度下降了 9.4°C。當(dāng)涂層厚度為40 μ m時(shí)，經(jīng)測(cè)算鋼軌內(nèi)空間溫 度可降低5 7°C。按軌溫每下降l°C，50kg/m的鋼軌橫截面(截面積65. 8cm2)上減少的 應(yīng)力為16450N計(jì)算，下降至少5°C時(shí)，鋼軌橫截面上減少8. 225噸的溫度應(yīng)力！實(shí)施例二 激光熔覆和噴涂U71Mn鋼軌表面的工藝完全按照實(shí)施例一的操作步驟、操作方法和工藝參數(shù)，繼續(xù)重復(fù)完成未淬火U71Mn 鋼軌表面上的激光熔覆過程。所不同的僅僅在于第二層激光熔覆噴送的是鐵基合金粉末 Fe30A與TiO2粉末的復(fù)合粉末，其化學(xué)質(zhì)量百分比(wt%)的組成為C 0.4 0.7，B 1. 0 2. 0，Si 2. 5 3. 5，Cr 12 14，Ni 28 36，Mo 4 5，TiO2L 0 2. 0，F(xiàn)e 余量。繼續(xù)完成鋼軌表面的緩冷處理、機(jī)械或化學(xué)再處理和干燥處理。待上述鋼軌表面的涂層干燥后，緊接著，繼續(xù)在U71Mn鋼軌表面涂覆輻射散熱降 溫涂料。即仍從噴涂法、輥涂法、人工刷涂法中選用一種涂覆方法，在鋼軌表面涂覆干膜厚 度為0. 1 0. 3mm的瓜 411新型散熱涂料(由北京志盛威華科技發(fā)展有限公司生產(chǎn))。 具體涂覆時(shí)嚴(yán)格按照^ 411新型散熱涂料的施工方法說明和涂覆注意事項(xiàng)，將涂料涂覆 在除軌頂熔覆層外的鋼軌剩余表面，即上表面(軌頂)與軌腰之間的表面、軌腰表面、軌腰 和軌腰以下至軌底的表面，必要時(shí)涂覆掉鋼軌軌頭的橫截面，完成整根鋼軌表面的涂裝工 作。在涂覆T^ 411散熱涂料并待其干燥后，還可繼續(xù)在鋼軌表面或者鋼軌的部分 表面噴涂一層導(dǎo)電涂料(廣州銀峰金屬科技有限公司生產(chǎn))，例如涂層膜厚度為25μπι的 Yf-TLN3O2導(dǎo)電鎳漆，其電阻率為2 Ω/lcm，使鋼軌表面具有優(yōu)良的導(dǎo)電性。當(dāng)然也可以不噴 涂導(dǎo)電涂料。最后，完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫(kù)工作。實(shí)施例二的檢驗(yàn)結(jié)果舉例用HXD-1000型顯微硬度計(jì)、LE0-1450型掃描電子顯微鏡對(duì)U71Mn鋼軌激光熔覆 層分別進(jìn)行硬度測(cè)試、形貌觀察試驗(yàn)。用牌號(hào)為ZT/SGW-10210型的數(shù)字存儲(chǔ)鋼軌溫度記錄儀測(cè)量出鋼軌表面的溫度為 (60. 2士0. 1) "C。
選用^-411新型散熱涂料(北京志盛威華科技發(fā)展有限公司提供)，采用噴涂法 或刷涂法在鋼軌表面涂覆的干膜厚度為0. 1 0. 3mm。A力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果激光熔覆層平均硬度> HRC28 ；觀察熔覆層的形貌，平整度較高，無(wú)裂紋產(chǎn)生。冷鍍涂層的外表層aS-411新型散熱涂層)硬度5H，冷鍍涂層的內(nèi)表層(HD)(5002 鋅鋁涂層)的硬度> H;外表層的附著力(劃格法)1級(jí)，內(nèi)表層的附著力0級(jí)；外表層的抗 拉強(qiáng)度2500Kpa，內(nèi)表層的耐沖擊力50kg · cm，合格。B、防銹防腐試驗(yàn)結(jié)果冷鍍涂層的外表層耐水性> 2h，不起泡，不生銹；耐酸堿72h，不起泡，不生銹，鹽 霧試驗(yàn)2000h，濕熱試驗(yàn)2000h，老化試驗(yàn)2000h。冷鍍涂層的內(nèi)表層鹽霧試驗(yàn)干膜20 μ m時(shí)是97池，干膜30 μ m時(shí)是1962h，干膜 40 μ m 時(shí)大于 2000h。外表層和內(nèi)表層的整體厚度增加，鋼軌的防銹防腐效果更好，耐候性更強(qiáng)。C降溫散熱試驗(yàn)結(jié)果冷鍍涂層的外表層具有隔熱降溫作用。冷鍍涂層的外表層厚度為0. 3mm的導(dǎo)熱性0. 031W/mk，可見光區(qū)反射率85%左 右，近紅外區(qū)反射率80%左右，300K時(shí)紅外半球反射率90%左右。涂裝后鋼軌基體溫度為 (49.4 士 0. 17) °C，同比軌溫降低了 10.8°Co按軌溫每下降1°C，50kg/m的鋼軌橫截面(截面 積65. 8cm2)上減少的應(yīng)力為16450N計(jì)算，下降10. 8°C時(shí)，鋼軌橫截面上減少17. 766噸的 溫度應(yīng)力！實(shí)施例三激光熔覆和噴涂已淬火PA鋼軌表面的工藝1、鋼軌表面的機(jī)械(或化學(xué))處理和預(yù)熱處理先在全長(zhǎng)淬火的PA鋼軌表面用鋼軌打磨機(jī)或鋼軌除銹刷面機(jī)或用噴砂機(jī)進(jìn)行噴 砂除銹處理。除銹除塵后，清理鋼軌表面，使鋼軌表面露出潔凈的金屬光澤(也可用化學(xué)處 理液洗滌處理)，表面清理質(zhì)量達(dá)到5級(jí)。用鋼軌預(yù)熱器預(yù)熱鋼軌表面，預(yù)熱溫度為150 450°C。2、鋼軌表面的激光熔覆事先準(zhǔn)備好熔覆用合金粉末，其粒度為-150目 +300目，摻入粒度為微米級(jí)的二 氧化鈦，納米氧化鋯、納米氧化鋁的粒度為10 50nm。配成鐵基合金粉末與氧化物陶瓷粉 末的復(fù)合粉末，其化學(xué)質(zhì)量百分比(wt % )的組成為C 0. 6 0. 8，B 2. 5 3. 0，Si 2. 0 4. 5, Cr 6. 5 7. 5，Ni 10 15，(純度為 98% 的)TiO2 0. 9 1. 1, ZrO2 (Y2O3 0. 4 0. 6， ZrO2 5. 5 8. 5)，AI2O3 10 15，F(xiàn)e余量。復(fù)合粉末的硬度HRC 31 45。將配好的復(fù)合 粉末倒入球磨機(jī)中混合均勻。ioo°c下干燥池后，采用送粉式激光熔覆方式。緊接著，可將隨車移動(dòng)的TJ-HJ-5000橫流(X)2激光器的光束模式定為多模，將激 光束垂直入射在待激光熔覆的鋼軌上表面(軌頂)上，同軸吹A(chǔ)r氣保護(hù)，并開始熔覆，這時(shí) 激光熔覆的工藝參數(shù)是熔覆功率為2kw、光斑直徑為5mm，離焦量50mm，掃描速度為3mm/S， 采用送粉法進(jìn)行多道搭接，搭接系數(shù)為60%，送粉速度為0. 36g/s，形成的激光熔覆層厚 0. 3 0. 8mm。緊接著，重復(fù)上述操作步驟、操作方法和工藝參數(shù)，繼續(xù)在原熔覆層上再次激 光熔覆一層新的復(fù)合粉末層。該新的復(fù)合粉末層是G312合金粉末與氧化物陶瓷粉末配制
13的復(fù)合粉末，其化學(xué)質(zhì)量百分比(wt 的組成為C <0.7，B 2. 5 3. 5，Si 3.0 4. 5，Cr < 12，Ni > 28，TiO2 0. 9 1. 1，SiO2 1. 0 2. 0。Fe余量。其中合金粉末的粒度為-150 目 +300目；摻入的TW2是純度≥98%的二氧化鈦，摻入SW2的粒度為13 53μm。將 配好的復(fù)合粉末倒入球磨機(jī)中混合均勻，干燥溫度為100°C，干燥時(shí)間為2h。仍采用送粉式 激光熔覆方式，繼續(xù)用TJ-HL-5000橫流(X)2激光器，具體重復(fù)實(shí)施例三相同的操作步驟、相 同的操作方法和相同的工藝參數(shù)，進(jìn)行熔覆層上的激光熔覆，所形成新的熔覆層的厚度為 50 μ m 1. Omm0當(dāng)然，也可采用激光熔覆基體表面上的熔覆粉末方式，將合金粉末和陶瓷粉末與 樹酯黏結(jié)劑混合均勻，涂敷在鋼軌的上表面，由沿鋼軌勻速移動(dòng)的激光器完成激光熔覆工 作。3鋼軌表面的緩冷處理緊接著，用保溫毯或保溫氈對(duì)鋼軌和熔覆層保溫，并緩冷。在具體操作過程中，若嚴(yán)格按鋼軌作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及按本發(fā)明的操作工藝參數(shù)、操作步 驟和操作條件執(zhí)行時(shí)，一般鋼軌表面不會(huì)產(chǎn)生裂紋；但如果沒有對(duì)鋼軌預(yù)熱處理和緩冷處 理，鋼軌表面及熔覆層也無(wú)裂紋產(chǎn)生，且鋼軌符合質(zhì)量要求，則沒必要對(duì)鋼軌進(jìn)行預(yù)熱處理 和緩冷處理了。4、鋼軌表面的再處理從鋼軌的第一次表面處理到緩冷處理后，如果超過4小時(shí)了，則鋼軌表面又會(huì)產(chǎn) 生新的氧化薄膜。按鋼軌作業(yè)要求必須對(duì)緩冷后的鋼軌表面(激光熔覆層的表面除外)進(jìn) 行輕度的機(jī)械再處理或化學(xué)再處理。例如用砂布輕度打磨或用砂輪稍須打磨鋼軌表面，以 便除去新產(chǎn)生的氧化薄膜和銹污，使鋼軌表面重新露出金屬光澤。對(duì)鋼軌表面清理整形，并 烘干，使烘干干燥溫度≤50°C。5、鋼軌表面的噴涂緊接著，由傳送鋼軌裝置和吊放鋼軌裝置將倒置(軌底朝上，軌頂朝下)的鋼軌送 入噴涂室。用噴涂法或輥涂法或刷涂法，在鋼軌表面涂覆干膜厚度為0. 3 0. 81mm的涂層， 該冷鍍層是具有防腐降溫、并且具有智能調(diào)溫性的涂料涂層。涂料可自行研制，也可從面市 的涂料中選擇。涂裝操作步驟分為兩步a、先在鋼軌表面涂覆一層防腐降溫涂料；b、再在防腐降 溫的涂層表面涂覆一層智能調(diào)溫性涂料。a、鋼軌表面涂覆防腐降溫涂料選用無(wú)氣高壓噴涂法，在鋼軌表面噴涂ZS-211反射隔熱保溫涂料(北京志盛威 華科技發(fā)展有限公司生產(chǎn))，按該涂料產(chǎn)品說明書上的具體施工方法和注意事項(xiàng)，在鋼軌表 面噴涂厚度為0. 3mm的涂層；也可在鋼軌頂面到軌腰的軌鄂表面噴涂厚為0. 3mm涂層，而 在其余表面，即在軌腰到軌腳及軌底的表面(甚至包括鋼軌軌頭的截面)，噴涂厚為0. 3 0. 8mm的涂層，推薦0. 8mm的涂層。b、鋼軌表面涂覆智能調(diào)溫性涂料將表面涂覆ZS-211涂層的鋼軌送入干燥室烘干，或待鋼軌表面涂層在原噴涂室 自然干燥后，用噴涂法或刷涂法，在鋼軌表面繼續(xù)涂覆厚度為8 10nm的RPM智能防曬隔熱涂料(佛山市RPM智能涂料有限公司生產(chǎn))，按該涂料說明書中的具體施工方法，在鋼軌 表面涂覆厚度為8 IOnm的涂層，該涂層包覆了除鋼軌激光熔覆層以外的鋼軌表面。當(dāng)然，在已涂覆^-211涂層的鋼軌表面上，可以不涂覆RPM智能防曬隔熱涂料，而 涂覆韓泰太空調(diào)溫涂料(北京鴻坤韓泰科貿(mào)有限公司提供)，同樣能達(dá)到智能性調(diào)溫的效果。待鋼軌表面的涂裝工作完成后，完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫(kù)工作。實(shí)施例三的檢驗(yàn)結(jié)果舉例用HXD-1000顯微硬度計(jì)、4X-TB金相顯微鏡，JeOl JSM5600掃描電鏡、MRH-3高速環(huán) 塊磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)已淬火PD2鋼軌激光熔覆層分別進(jìn)行硬度測(cè)試、顯微組織觀察、物相分析、 磨擦磨損試驗(yàn)。用牌號(hào)為ZT/SGW-10312型的數(shù)字存儲(chǔ)鋼軌溫度記錄儀測(cè)量出鋼軌表面的溫度為 (60. 4 士 0. D0C0選用M-211反射隔熱保溫涂料(北京志盛華威科技發(fā)展有限公司生產(chǎn))，采用噴 涂法或刷涂法在鋼軌表面涂覆干膜厚度為0. 3 0. 8mm的M-211反射隔熱保溫涂料。選用RPM智能防曬隔熱涂料(廣東省佛山市RPM智能涂料有限公司生產(chǎn))，采用 噴涂法或刷涂法在涂裝了 ^-211涂層的鋼軌表面涂覆干膜厚度為8 IOnm的RPM智能涂 料。A、力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果激光熔覆層的平均硬度(距離表面0. 3mm)HV600 ；觀察熔覆層顯微組織，宏觀表面 光滑，熔覆層未出現(xiàn)裂紋；單道熔覆道的寬度較大，厚度較小，說明熔覆時(shí)熔體的流動(dòng)性及 與基底的潤(rùn)濕性較好；加載300N干磨擦條件下熔覆層的摩擦系數(shù)小，表明熔覆層的耐磨性 能好。冷鍍涂層(ZS-211反射隔熱保溫涂層)硬度3 4H，附著力(劃格法)1級(jí)，抗拉 強(qiáng)度> 2. 5Mpa，具有良好的抗張強(qiáng)度和彈性。B、防銹防腐試驗(yàn)結(jié)果冷鍍M-211涂料涂層的PH值8 ；耐酸性500h，無(wú)變化；有自潔性；10年不粉化，耐
候性強(qiáng)。C、防曬隔熱降溫試驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)熱系數(shù)0.04W/m*k，可見光反射率90%，紅外線反射率92%，半球發(fā)射率彡0.8， 10年隔熱效果不變化，保溫效果好。涂裝厚為0. 3mm、厚為0. 8mm后的鋼軌表面溫度分別為(50. 2 士 0. 1) °C、 (38. 3士0. 1) °C，同比軌溫分別降低了 10. 20C>22. 1°C。按軌溫每下降1°C，60kg/m的鋼軌橫 截面(截面積77. 45m2)上減少19362. 5N的應(yīng)力計(jì)算，當(dāng)軌溫下降10. 2°C、22. 1°C時(shí)，鋼軌 橫截面上分別減少19. 75噸、42. 79噸的溫度應(yīng)力！由于最外層的RPM智能涂料薄膜阻隔太陽(yáng)光熱量的最大溫度為18 25°C，所以陽(yáng) 光穿越RPM智能涂層膜后，到達(dá)M-211涂層時(shí)，同比軌溫自然下降了許多。實(shí)施例四激光熔覆和噴涂已淬火鋼軌表面工藝完全按照實(shí)施例三的操作步驟、操作方法和操作工藝及參數(shù)要求，繼續(xù)重復(fù)完成 全長(zhǎng)淬火的PD2鋼軌表面上的激光熔覆生產(chǎn)工藝。然后進(jìn)行鋼軌表面(除激光熔覆層外)的冷噴涂涂裝工作。首先，繼續(xù)完成實(shí)施例三中的第5步，即④鋼軌表面的再處理。然后開始涂裝鋼軌 表面。具體地，緊接著由傳送鋼軌裝置和吊放鋼軌裝置將倒置(軌底朝上)的鋼軌送入 噴涂室。采用高壓無(wú)氣噴涂或刷涂或輥涂，在鋼軌表面噴涂市售降溫隔熱涂料，例如JG-II 新型反輻射隔熱涂料(河北衡水金谷糧保防蟲器材有限公司供貨)，按該涂料的具體施工 方法(見產(chǎn)品說明書)，在鋼軌表面噴涂厚度為80 100 μ m的涂層。最后，完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫(kù)工作。實(shí)施例四的檢驗(yàn)結(jié)果舉例用HXD-1000顯微硬度計(jì)、4X-TB金相顯微鏡、JeolJSM5600掃描電鏡、MRH-3高速 環(huán)塊磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)已淬火的PA鋼軌激光熔覆層分別進(jìn)行硬度測(cè)試、顯微組織觀察、物相分 析、磨擦磨損試驗(yàn)。用牌號(hào)為ZT/SGW-10312型的數(shù)字存儲(chǔ)鋼軌溫度記錄儀測(cè)量出鋼軌表面的溫度為 (59. 9士0. 1) "C。選用JG-II新型反輻射隔熱涂料(河北衡水金谷糧保防蟲器材有限公司供貨)，采 用噴涂法或刷涂法在鋼軌表面涂覆干膜厚度為100 μ m的RL-02型溫控涂料。A力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果激光熔覆層的力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)施例三相同。冷鍍涂層(JG-II新型反輻射隔熱涂層)的附著力不大于2級(jí)，劃圈法GB/T1720 89 ；沖擊強(qiáng)度 kg · cm 50，GB/T1732-93。B、防銹防腐試驗(yàn)結(jié)果耐酸性試驗(yàn)時(shí)間Mh，用30%硫酸、5%鹽酸、5%硝酸，分別浸泡漆膜，漆膜無(wú)變 化，符合標(biāo)準(zhǔn)GB1763-89 ；耐堿性Mh，用10 % NaOH浸泡，漆膜無(wú)變化，GB1763-89 ；人工 加速老化lOOOh，漆膜不起泡、無(wú)裂紋，GB1865-89 ；耐鹽霧500h，漆膜不起泡，無(wú)銹蝕，GB/ T1710-91 ；耐濕熱500h，漆膜完好，GB1740-89 ；耐刷洗，耐沾污，具有高潔性；耐候性達(dá)10 年以上。C、防曬降溫試驗(yàn)結(jié)果耐紫外光lOOOh，漆膜完好，GB/T1710-79 ；太陽(yáng)熱吸收率0. 16，Q/WL26A-97 ；紅外 輻射率0.87，Q/WL27A-97 ；太陽(yáng)熱反射率達(dá)91 %以上。涂裝厚為80 100 μ m后的鋼基表 面溫度，可同比下降10 15°C，最高下降20°C。在鋼軌表面涂裝厚為100 μ m的JG-II新 型反輻射隔熱涂料后，鋼軌表面溫度為(50. 8士0.1) °C，同比至少下降了 9. 1°C。按60kg/m 的鋼軌軌溫每下降1°C，在鋼軌橫截面上減少19362. 5N的應(yīng)力計(jì)算，當(dāng)軌溫下降9. 1°C時(shí)， 其截面上至少減少17. 62噸的溫度應(yīng)力！實(shí)施例五激光熔覆和噴涂PD2鋼軌表面的工藝完全按照實(shí)施例三的操作步驟、操作方法和工藝參數(shù)，繼續(xù)重復(fù)完成未全長(zhǎng)淬火 的PD2鋼軌表面上的激光熔覆過程。緊接著，將經(jīng)過緩冷處理和表面再處理的鋼軌倒置(軌底朝上)后送入涂裝室。事先準(zhǔn)備好涂裝涂料。在市售冷噴鋁涂料、富鋁涂料中添加常溫可逆溫致變色材
16料，并經(jīng)攪拌均勻，備用。本實(shí)施例中選用E02-4水溶性無(wú)機(jī)富鋁涂料(武漢市天龍涂料有限責(zé)任公司生 產(chǎn))，并在該涂料中按9 1的配比，摻入10%化學(xué)質(zhì)量的常溫可逆溫致變色微膠囊(該微 膠囊按“C N200410067053. 1 一種常溫可逆溫致變色水泥基材料”的說明書制備，樣品及產(chǎn) 品由同濟(jì)大學(xué)馬一平研究團(tuán)隊(duì)提供)，待用。用輥涂法或噴涂法或刷涂法，先在鋼軌表面(除激光熔覆層外)涂覆一層E06-03 水性富鋅底漆(由武漢市天龍涂料有限責(zé)任公司生產(chǎn))，或先涂覆一層鋼軌防銹漆，干膜 厚為20 50 μ m，具體施工操作方法，由上述漆的產(chǎn)品說明書給出；把摻入10%化學(xué)質(zhì)量 的常溫可逆溫致變色微膠囊的E02-4涂料或摻入10%微膠囊的鋼軌防銹漆，分別用水稀 釋或用防銹漆稀釋劑稀釋，并攪拌均勻后，再次涂覆在鋼軌表面上。涂覆干膜厚度為50 60 μ m0最后，完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫(kù)工作。實(shí)施例五的實(shí)施效果是激光熔覆層提高了鋼軌踏面硬度，增強(qiáng)了鋼軌的耐磨性， 延長(zhǎng)了鋼軌的使用壽命；鋼軌表面的冷鍍鋁層具有防腐蝕性能，并具有反射太陽(yáng)光、隔熱和 降低鋼軌表面溫度的作用；鍍鋁層中的常溫可逆溫致變色微膠囊，是一種智能調(diào)溫材料，它 使夏天的軌溫降低，冬天的軌溫升高，即使軌溫可隨環(huán)境溫度可逆反復(fù)變化，成為“空調(diào)型” 智能調(diào)溫鋼軌。相應(yīng)地減少了鋼軌截面的溫度應(yīng)力，提高了鐵路線路的運(yùn)輸安全性。
權(quán)利要求
1.一種具有激光熔覆層和隔熱涂層的智能調(diào)溫鋼軌生產(chǎn)工藝，其特征在于包括如下步驟(1)表面的機(jī)械或化學(xué)處理和預(yù)熱處理，將鋼軌表面用機(jī)械處理或化學(xué)處理的方法，清 除表面的鐵銹和油污；對(duì)鋼軌表面預(yù)熱，預(yù)熱溫度為250 450°C ；(2)表面的激光熔覆，當(dāng)激光器裝置在沿鋼軌縱向軸線平行勻速移動(dòng)時(shí)，在激光照射 下，由送粉噴嘴同步向鋼軌上表面或者同步向鋼軌上表面和與上表面緊鄰的軌鄂表面噴送 一層復(fù)合粉末，或噴送上、下兩層復(fù)合粉末，并經(jīng)一次或多次激光熔覆后，在鋼軌的上表面 或者在鋼軌上表面和軌鄂表面形成一層激光熔覆層，或者形成上、下兩層結(jié)構(gòu)重疊的激光 熔覆層；或者將復(fù)合粉末與樹酯黏結(jié)劑均勻混合后，涂敷在鋼軌上表面或者涂敷在鋼軌上 表面和軌鄂表面，由沿鋼軌勻速移動(dòng)的激光器發(fā)出激光，并經(jīng)一次或多次激光熔覆后，在鋼 軌的上表面或者在鋼軌上表面和軌鄂表面形成一層激光熔覆層，或者形成上、下兩層結(jié)構(gòu) 重疊的激光熔覆層；復(fù)合粉末是鎳基合金粉末或鐵基合金粉末或鎳鐵基合金粉末或鈷基合 金粉末與氧化物陶瓷粉末、納米氧化物陶瓷粉末、鎳包氧化物陶瓷粉末、鎳包納米氧化物陶 瓷粉末中的一種或兩種并按化學(xué)質(zhì)量百分比)均勻混合后的粉末；所述的激光熔覆 層的厚度為0. 05 4. 0mm；(3)表面的緩冷處理，激光熔覆完成后，用保溫毯或石棉布蓋住鋼軌，使鋼軌和熔覆層 緩冷；(4)表面的輕度再處理，在除激光熔覆層以外的鋼軌表面上，再用除銹用具及用品進(jìn)行 輕度的機(jī)械處理或化學(xué)處理，以便除去緩冷后超過4小時(shí)其表面又產(chǎn)生的氧化薄膜，使鋼 軌表面再次露出新鮮的金屬光澤，并清理整形和烘干，使烘干干燥溫度< 50°C ；(5)表面的噴涂，將倒置(軌底朝上，軌頂朝下)的鋼軌送入噴涂室，用噴涂法或輥涂法 或刷涂法，在鋼軌表面涂覆厚度為0 3mm的冷鍍層，冷鍍層是下列具有防腐防磨功能的涂 層、具有防銹耐磨和隔熱降溫功能的涂層、具有防腐耐磨和散熱降溫功能的涂層、具有防腐 降溫和智能性調(diào)溫功能的涂層、具有防腐和常溫下智能性溫度可逆轉(zhuǎn)換功能的涂層中的一 種涂層，按每種涂料的不同功能，可以在鋼軌表面涂覆成一層或者兩層以上不同涂料之間 結(jié)構(gòu)重疊的冷鍍的涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有激光熔覆層和隔熱涂層的智能調(diào)溫鋼軌生產(chǎn)工藝，其 特征在于由同步送粉激光熔覆方式，在已全長(zhǎng)淬火的U71Mn鋼軌的上表面和軌鄂表面 噴 送鎳基合金粉末與氧化物陶瓷粉末配制的復(fù)合粉末，復(fù)合粉末的化學(xué)質(zhì)量百分比) 的組成為 CO. 4 0. 6，B 0. 8 0. 9，Si 0. 9 1. 1，Cr 12. 0 13. 0，SiO2 0. 5 1. 4， Fe 3. 0 5. 0，余量 NiAI2O3 (Ni 30. 0 55. 3，AI2O3 13. 0 23. 7)，其中合金粉末的粒徑 為-150目 +320目，鎳包納米氧化鋁Ni/AI203的平均直徑為150nm，AI2O3的平均直徑為 50nm,并將配制好的合金粉末和Ni/AI203顆粒倒入球磨機(jī)中混合均勻，干燥溫度為100°C， 干燥時(shí)間為池；激光熔覆的工藝參數(shù)為激光熔覆功率4200w，激光束離焦量為70mm，激光 掃描速度為5mm/s，送粉速率為0. 3g/s ；熔覆表面由多條單個(gè)熔覆軌跡搭接而成，搭接率為 50% ；熔覆層的厚度為0 1. 0mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的具有激光熔覆層和隔熱涂層的智能調(diào)溫鋼軌生產(chǎn)工藝， 其特征在于由同步送粉激光熔覆方式，在已全長(zhǎng)淬火的U71Mn鋼軌的上表面和軌鄂表面， 先噴送第一層(內(nèi)層)鎳基合金粉末與氧化物陶瓷粉末配制的復(fù)合粉末，再噴送第二層(外層)鐵基合金粉末與TW2粉末配制的復(fù)合粉末；第一層復(fù)合粉末的化學(xué)質(zhì)量百分比 (wt% )的組成為 C 0. 4 0. 6,B 0. 8 0. 9,Si 0. 9 1. l,Cr 12. 0 13. OjSiO2 0. 5 1. 4，F(xiàn)e 3. 0 5. 0，余量 Ni/AI203 (Ni 30. 0 55. 3，AI2O3 13. 0 23. 7)，其中合金粉末的 粒徑為-150目 +320目，鎳包納米氧化鋁Ni/AI203的平均直徑為150nm ；AI2O3的平均直徑 為50nm ；第二層復(fù)合粉末的化學(xué)質(zhì)量百分比(wt% )的組成為C 0. 2 0. 3，B 0. 8 0. 9， Si 0.9 1.1，Cr 12. 0 13. 0，Ni 8. 0 9. 0，8 3. 2，F(xiàn)e 余量，合金粉末的粒徑 為-150目 +320目，TiO2的粒徑為8 300nm;激光熔覆第一層復(fù)合粉末的工藝參數(shù)與激 光熔覆第二層復(fù)合粉末的工藝參數(shù)均相同，即激光熔覆功率4200W，激光束離焦量為70mm， 激光掃描速度為5mm/s，送粉速率為0. 3g/s，熔覆層表面由多條單個(gè)熔覆軌跡搭接而成，搭 接率為50%;第一層復(fù)合粉末經(jīng)激光熔覆后的熔覆層厚為0 1. 0mm，第二層復(fù)合粉末經(jīng)激 光熔覆后的熔覆層厚為0. 05 1. 2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有激光熔覆層和隔熱涂層的智能調(diào)溫鋼軌生產(chǎn)工藝，其特 征在于用同步送粉激光熔覆方式，在已全長(zhǎng)淬火的PD2鋼軌的上表面，先噴送第一層(內(nèi) 層)鐵基合金粉末與氧化物陶瓷粉末配制的復(fù)合粉末，再噴送第二層(外層)G312合金 粉末與氧化物陶瓷粉末配制的復(fù)合粉末，其第一層的化學(xué)質(zhì)量百分比的組成為C 0. 6 0. 8，B 2. 5 3. 0，Si 2. 0 4. 5，Cr 6. 5 7. 5，Ni 10 15，(純度為 98%的) TiO2O. 9 1. 1，ZrO2W2O3 0. 4 0. 6，ZiO2 5. 5 8. 5)，AI2O3 10 15，F(xiàn)e 余量，其中合 金粉末的粒徑為-150目 +320目，二氧化鈦的粒度為微米級(jí)，納米氧化鋯、納米氧化鋁的 粒度為10 50nm ；第二層復(fù)合粉末的化學(xué)質(zhì)量百分比)的組成為C < 0. 7，B2. 5 3. 5，Si 3. 0 4. 5，Cr < 12，Ni > 28，TiO2 0. 9 1. 1，SiO2 1. 0 2. 0，F(xiàn)e 余量，其中合 金粉末的粒度為-150目 +300目；摻入的TiO2是純度彡98%的二氧化鈦，摻入SiO2S 度為13 15 μ m ；激光熔覆第一層與第二層的工藝參數(shù)均相同，即勻速移動(dòng)的TJ HL 5000橫流(X)2激光器的光束模式定為多模，聚光束垂直入射在鋼軌上表面，同軸吹A(chǔ)r氣保 護(hù)，激光熔覆功率為2kw，光斑直徑為5mm，離焦量50mm，掃描速度為3mm/s，采用送粉法多道 搭接，搭接系數(shù)為60%，送粉速度為0. 36g/s ；第一層復(fù)合粉末經(jīng)激光熔覆后的熔覆層厚為 0. 05 1.0mm，第二層復(fù)合粉末經(jīng)激光熔覆后的熔覆層厚為50μπι 1.0mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有激光熔覆層和隔熱涂層的智能調(diào)溫鋼軌生產(chǎn)工藝，其特 征在于用噴涂法或輥涂法或刷涂法，在鋼軌表面涂覆一層防腐耐磨涂料與隔熱降溫填料 的混合涂料，其中的防腐耐磨涂料是冷噴鋅涂料、冷噴鋁涂料、冷噴鋅涂料和冷噴鋁涂料按 一定比例混合后的涂料、富鋅涂料、富鋁涂料、富鋅鋁涂料；其中的隔熱降溫填料是氧化物 陶瓷粉末中的二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁、氧化鋅，或者是納米氧化物陶瓷粉末中的納米二 氧化鈦、納米氧化鋯、納米氧化鋁、納米氧化鋅，或者是鎳包氧化物陶瓷中的鎳包二氧化鈦、 鎳包氧化鋯、鎳包氧化鋁、鎳包氧化鋅，或者是鎳包納米氧化物陶瓷粉末中的鎳包納米二氧 化鈦、鎳包納米氧化鋯、鎳包納米氧化鋁、鎳包納米氧化鋅；該混合涂料是在上述任意一種 防腐耐磨涂料中按化學(xué)質(zhì)量百分比(wt%)添加1-16份的上述氧化物或納米氧化物中任意 一種或兩種以上的填料后組成的混合涂料，也可以是按化學(xué)質(zhì)量百分比計(jì)算的并 用1-16份的氧化物粉末或用1-16份的納米氧化物陶瓷粉末或用1-20份的鎳包氧化物粉 末或者用1-20份的鎳包納米氧化物粉末替代掉原來(lái)每種涂料中的固體組份中相同比例的 固體含量(原來(lái)的每一種涂料中的其余成份及含量均不變)后的涂料，該混合涂料涂覆后的干膜厚度為20 250 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的具有激光熔覆層和隔熱涂層的智能調(diào)溫鋼軌生產(chǎn)工藝， 其特征在于用噴涂法或輥涂法或刷涂法，在鋼軌表面涂覆第一層防腐耐磨的隔熱降溫涂 料涂層后，再在第一層涂層的表面或第一層涂層的部分表面上涂覆第二層導(dǎo)電涂料涂層， 導(dǎo)電涂層厚度為0 50 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1和5所述的具有激光熔覆層和隔熱涂層的智能調(diào)溫鋼軌生產(chǎn)工藝， 其特征在于用噴涂法或輥涂法或刷涂法，在鋼軌表面涂覆第一層防腐耐磨涂料與隔熱降 溫填料的混合涂料后，再在第一層涂層的表面涂覆第二層具有散熱降溫功能的輻射散熱降 溫涂料，在鋼軌表面形成上、下兩層結(jié)構(gòu)重疊的冷鍍涂層，涂層的厚度為0. 1 0. 4mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的具有激光熔覆層和隔熱涂層的智能調(diào)溫鋼軌生產(chǎn)工藝， 其特征在于用噴涂法或輥涂法或刷涂法在鋼軌表面涂覆第一層防腐防曬降溫涂料涂層 后，再在第一層涂層的表面涂覆第二層智能調(diào)溫性涂料或涂覆智能防曬隔熱涂料，在鋼軌 表面上形成上、下兩層結(jié)構(gòu)重疊的冷鍍涂層，涂層厚度為0. 1 3. 0mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的具有激光熔覆層和隔熱涂層的智能調(diào)溫鋼軌生產(chǎn)工藝， 其特征在于用噴涂法或輥涂法或刷涂法，在鋼軌表面先涂覆第一層鋼軌防銹底漆或鋼軌 防銹漆，再在冷噴鋁涂料或富鋁涂料或冷噴鋅鋁涂料或水溶性無(wú)機(jī)富鋁涂料或鋼軌防銹漆 中按化學(xué)質(zhì)量百分比)摻入10份的常溫可逆溫致變色微膠囊顆粒，即按9 1的配 比摻入，然后把用稀釋劑及攪拌器均勻混合后的涂料作為第二層涂料涂覆在鋼軌表面上， 最后形成上、下兩層結(jié)構(gòu)重疊的冷鍍涂層，涂層厚度為50 120 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有激光熔覆層和隔熱涂層的智能調(diào)溫鋼軌生產(chǎn)工藝，其制備方法包括如下步驟(1)采用激光熔覆技術(shù)在鋼軌表面熔覆一層或者熔覆內(nèi)、外兩層結(jié)構(gòu)重疊的厚為0～4mm的激光熔覆層，激光熔覆層是由合金粉末與包括氧化物粉末或與鎳包氧化物粉末在內(nèi)的陶瓷粉末按一定比例混合后的混合粉末組成；(2)對(duì)鋼軌表面進(jìn)行緩冷處理；(3)對(duì)鋼軌表面適度進(jìn)行表面處理和烘干處理；(4)在鋼軌表面涂覆常溫下具有防腐耐磨和隔熱、散熱、降溫、智能調(diào)溫的功能性涂料涂層。該鋼軌可防腐耐磨，導(dǎo)電性好，可節(jié)約鋼軌成本，使用壽命長(zhǎng)；使用該鋼軌能隔熱降溫，可大幅度降低鋼軌的溫度應(yīng)力，提高列車運(yùn)輸?shù)陌踩浴?br> 文檔編號(hào)C23C24/10GK102146563SQ20111006105
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者張昆 申請(qǐng)人:張昆