車輪在地鐵車輛運(yùn)行安全中的重要性

由于鐵路運(yùn)輸?shù)母咝屎透呷萘?，鐵路運(yùn)輸已被確立為減少交通擁堵的最重要替代方案之一，特別是在城市地區(qū)。

盡管沒有發(fā)生過任何重大或嚴(yán)重的安全事故，但工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步確確實實提高了列車安全運(yùn)行的重要性。

車輪是地鐵車輛的重要部件之一。地鐵線路的特點比高速列車更復(fù)雜，頻繁的制動和加速很容易損壞車輪。

常見的車輪損壞類型包括輪輞磨損、胎面擦傷、胎面磨損、胎面剝落和輪輞脫落。此外，在車輪維修過程中，車輪和鐵軌之間的相對運(yùn)動可能會造成車輪胎面的磨損。

研究車輪滑動摩擦性能對保證列車安全至關(guān)重要。

用于研究車輪滑動摩擦的激光熔覆技術(shù)

激光熔覆技術(shù)在基材上沉積金屬合金的表面層，這在修復(fù)高附加值零件方面具有許多潛在應(yīng)用，并擁有強(qiáng)大的抗磨損和抗?jié)L動接觸疲勞裂紋的能力。

激光熔覆技術(shù)強(qiáng)化了材料，使基材表面獲得優(yōu)越的品質(zhì)。大多數(shù)研究人員認(rèn)為，激光熔覆技術(shù)可以利用各種合金粉末生產(chǎn)出具有耐磨、減摩、耐腐蝕、抗疲勞和抗氧化的合金涂層。

選擇合適的合金粉末對于激光熔覆技術(shù)至關(guān)重要。鐵基和鎳基粉末經(jīng)常被用于軌道和車輪結(jié)構(gòu)。然而，這兩種粉末在成分、功能和特性上有所不同。

地鐵輪轂修復(fù)中Ni、Fe合金的干式滑動摩擦磨損性能分析

據(jù)了解，華東交通大學(xué)的研究人員肖乾、張博、楊文斌等人對Ni基和Fe基合金涂層在地鐵車輪修復(fù)中的性能進(jìn)行了比較。鐵路車輪的ER9材料采用激光熔化技術(shù)鍍上了Ni基和Fe基合金，得到的涂層組織致密、無缺陷、沒有裂縫或孔隙。

摩擦試驗示意圖。

研究人員使用能量色散光譜儀（EDS）、掃描電子顯微鏡（SEM）、3D光學(xué)形貌和X射線衍射儀（XRD）研究了該涂層的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)、界面元素和相類型。

使用MFT-EC4000往復(fù)式電化學(xué)磨損和摩擦測試儀和維氏顯微硬度測試儀測試涂層的機(jī)械性能。實驗選擇具有 γ(Ni, Fe)、Cr23C6 和 Cr7C3 相的 Ni基涂層和具有γ-Fe、(Fe-Cr-Ni) 和 (Fe, Ni) 固溶體相的Fe基涂層。

在Ni基合金中，鉻沉積增強(qiáng)了原子間的結(jié)合，并有助于固溶強(qiáng)化。此外，硬質(zhì)碳化物相的存在和熔覆層結(jié)構(gòu)中的固溶體增加了材料的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。

當(dāng)粘合劑磨損是主要磨損機(jī)制時，Ni基涂層在磨損和摩擦試驗結(jié)束時經(jīng)歷了更嚴(yán)重的氧化。Fe基涂層的硬度為715 HV0.7，是基礎(chǔ)材料的2.86倍。Ni基涂層的最大硬度為268.4 HV0.7。

此外，Ni基涂層的摩擦系數(shù)低于Fe基涂層。在磨損和摩擦方面，Ni基涂層的耐久性大約是Fe基涂層的四倍。

由于固溶相的存在，F(xiàn)e基涂層表現(xiàn)出固溶強(qiáng)化。由于熔融涂層預(yù)熱而發(fā)生了局部淬火，這增加了組織的硬度和耐磨性。

Ni基涂層在高溫下的功能符合預(yù)期，其硬度和摩擦質(zhì)量也偏低。然而，Ni基合金的經(jīng)濟(jì)效益較差。

這項研究表明，激光熔覆技術(shù)可以提高車輪的硬度和耐磨性。此外，研究表明，當(dāng)合金涂層與底層材料相同時，合金粉末可以帶來更顯著的性能提升。

由于軌道和車輪之間的最佳磨損關(guān)系以及涂層的高耐磨性和硬度，F(xiàn)e基涂層不適用于車輪熔覆。

參考文獻(xiàn)

Xiao, Q., Zhang, B., & Yang, W. (2022) 地鐵車輪激光熔覆合金涂層的滑動摩擦學(xué)性能研究。https://www.mdpi.com/2079-6412/12/10/1561/htm