具有雷射熔覆層和隔熱塗層的智能調溫鋼軌生產工藝的製作方法

2023-05-29 10:46:11

專利名稱：具有雷射熔覆層和隔熱塗層的智能調溫鋼軌生產工藝的製作方法
技術領域：
本發明屬於金屬材料表面熔覆及鋼材表面的塗裝領域，具體涉及到一種鋼軌表面 熔覆工藝及塗裝方法。
背景技術：
自從人類發明了火車以來，伴隨著人們乘坐便利的列車出門遠行的同時，也產生 了相應的鐵路安全問題。鐵路的安全問題之一，產生在由普通鋼軌或無縫鋼軌構成的鐵路線路上。儘管鐵 路無縫線路以其高速行車、運行平穩和便於養護維修的優越性，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變化，因而鋼軌隨之會相應產生熱脹 冷縮效應。特別是長軌條在高溫季節和溫差較大的地區，由於熱脹冷縮，並隨之產生縱向伸 縮力和鋼軌全斷面上巨大的溫度力。由於脹軌很容易造成鋼軌變形，發生脹軌跑道。如果 發現和處理不及時，還會發生重大的行車事故。如鐵道建築2006年Sl期的一篇「無縫線路 脹軌跑道的預防和處理」報導中稱，山西塑黃鐵路公司將預防和處理脹軌跑道作為公司運 輸安全重點工作之一。從全國乃至全世界鐵路運輸安全角度來看，預防和處理脹軌跑道工 作，造成了鐵路運輸部門工作中的一種卸之不下的負擔。為了限制鋼軌的伸縮量並分散控制無縫線路內貯存著的巨大的溫度力，以便相應 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、中間聯結零件和防爬設 備以及軌枕和道床等設施鎖定住無縫線路。具體地，還要通過鋼軌扣件、夾板、螺釘等附件 對鋼軌進行逐段固定，相應地逐段分解掉了整體線路內存在的巨大溫度力。這樣，被固鎖在 每小段區間內的鋼軌不再能自由伸縮，即其伸縮相應限制在一個很小的、許可的範圍之內。但是為了鎖定鋼軌和控制鋼軌內的溫度力，人們所花費的人力、物力成本也比較 大。況且這種花費並非一勞永逸，其管理成本涉及維修線路時限和維修經費等問題。由於 現行幹線上的運力繁忙，大修費用緊張，往往造成延期維修。例如過久使用線路扣件，必然 導致彈條扣件的疲勞程度增大，彈性下降，相應的扣壓力不足，使其實際使用效果達不到設 計標準。若不及時更換，將影響甚至危及行車安全。另外鋼軌的鎖定狀態仍然是一種「準」 穩定鎖定狀態。現行監控鎖定軌溫及鋼軌內部應力分布的實踐性、及時性和準確性均不強， 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下，一旦環境溫 差變化較大時，鋼軌軌溫變化相應也較大。如果線路未充分鎖定或道床抵抗軌枕沿線路方 向移動的阻力不夠，鋼軌的限制伸縮量將隨之增大。當限制伸縮量一旦接近鋼軌的自由伸 縮量時，將會對線路產生巨大的破壞性影響。一百多年來，由於人們沿著鋼軌在環境溫度變化下鎖定鐵路線路的思維習慣，並 沿襲鋼軌的溫度力計算公式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，單位為。C，F為鋼軌斷面積，單位為cm2)來加固鐵路線路，因而未能有效降低 鎖定無縫線路的成本。並且在室外環境溫度下，國內外尚未有效解決減小鋼軌溫度力和完 全可工業化的世界性技術難題。所以，投放在線路上的成本和維護線路的安全成本居高不下。本發明者的發明思想，是減小有縫、無縫線路內的溫度力，降低線路的投入成本和 維護成本，提高行車的安全。具體的發明著眼點是基於溫度力的計算公式，減小軌溫變化度 數At，即在環境溫度下使軌溫變化度數為At'，並且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，也就相應提高了鐵路運行的安全性。

發明內容
為了克服現有技術存在的不足，本發明的目的在於提供一種減小鐵路線路溫度力 的隔熱、降溫、耐磨、耐腐蝕鋼軌的製備方法。本發明採用的技術方案是在鋼軌的上表面利用雷射熔覆技術，製備一層或兩層 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成的雷射熔覆 層；在鋼軌的剩餘表面製備耐磨、隔熱降溫塗層，或者製備散熱、調溫、耐腐蝕塗層。一種具有雷射熔覆層和隔熱塗層的智能調溫鋼軌生產工藝，包括如下的製備步 驟(1)表面的機械或化學處理和預熱處理將鋼軌表面進行機械處理或化學處理，清除表面的鐵鏽和油汙；對鋼軌表面預熱， 預熱溫度為250 350°C。(2)表面的雷射熔覆將雷射器置於可隨車移動的行走裝置上。雷射器裝置沿著鋼軌縱向軸線平行勻 速移動時，在雷射照射下，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複合粉末，或噴送上、下兩層複合粉末；並經一次或多次雷射 熔覆後，在鋼軌的上表面或者在鋼軌上表面和軌鄂表面形成一層雷射熔覆層或者形成上、 下兩層結構重疊的雷射熔覆層；或者將複合粉末與樹酯黏結劑均勻混合後，塗敷在鋼軌上 表面或者塗敷在鋼軌上表面和軌鄂表面，由沿鋼軌勻速移動的雷射器發出雷射，並經一次 或多次雷射熔覆後，在鋼軌的上表面或者在鋼軌上表面和軌鄂表面形成一層雷射熔覆層， 或者形成上、下兩層結構重疊的雷射熔覆層；所述的複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並按化學質量百分比 (wt% )均勻混合後的粉末，所述的雷射熔覆層經過一次或多次熔覆，形成厚度為0. 05 4mm的雷射熔覆層。(3)表面的緩冷處理雷射熔覆完成後，為了減少鋼軌熱應力和防止產生裂紋，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雷射熔覆層以外的鋼軌表面上，再用除鏽用具及用品進行適度或輕度的機械 處理或化學處理，以便除去緩冷後超過4小時其表面又產生的氧化薄膜，使鋼軌表面再次 露出新鮮的金屬光澤，對鋼軌表面清理整形，並烘乾，使烘乾乾燥溫度≤ 50°C。(5)表面的塗覆將倒置(軌底朝上，軌頂朝下)的鋼軌送入噴塗室，用噴塗法或輥塗法或刷塗法，在鋼軌表面塗覆厚度為0 3mm的冷鍍層；所述的冷鍍層是具有防腐防磨功能的塗層、具有 防鏽耐磨和隔熱降溫功能的塗層、具有防腐耐磨和散熱降溫功能的塗層、具有防腐降溫和 智能性調溫功能的塗層、具有防腐和常溫下智能性溫度可逆轉換功能的塗層中的一種塗 層，按每種塗層的功能，可以在鋼軌表面塗覆成一層或者兩層以上不同塗料之間結構重疊 的冷鍍塗層。完成上述鋼軌的製備步驟後，最後完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫工作。本發明所述的鋼軌，包括各種材質、各種規格、各種型號、各種類型的鋼軌，也包括 國產鋼軌和進口鋼軌、新鋼軌和舊鋼軌、在線鋼軌和退役鋼軌，全長淬火鋼軌和未淬火鋼軌，等等。在不限於下列具體實施例的過程中，下面所列各種合金元素、氧化物陶瓷元素等 對所需熔覆層發揮著良好的作用，並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。它使液固相溫度區間變寬，能 有效降低材料的熔點，並具有良好的導電性。Cr 適量的鉻能形成穩定的純化膜，並能顯著提高耐點蝕性。Cr的添加加強了激 光熔覆層的硬度和抗腐蝕能力。C 碳雖為雜質元素，但C和Cr即能對熔覆層形成彌散強化，又能提高熔覆層的強 度和硬度。Si 矽通過固融強化，能提高熔覆層的硬度。B 硼和矽還會與Ni生成低熔點的顆粒相NiB和Ni3B,從而降低了熔覆層的熔點。 B與Cr能生成高硬度的化合物CrB，能夠提高熔覆層的硬度。由於B與Si能使合金粉末產 生自熔性，提高熔融物的流動性，所以它們也是良好的脫氧劑，在合金粉末熔化時，可以奪 取鋼軌表面吸附的氧氣。B與Si能自行成渣，有較強的自保護作用，保護熔融狀態合金，有 助於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構接近，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生成結構複雜的化合物。通過適量增減狗元素的含量，也 就能相應改善熔覆層的硬度。Mo:細化晶粒的鉬有利於提高熔覆層的耐磨性能、耐蝕點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電性，並加寬液固相的溫度區間，在雷射熔 覆中具有良好的工藝操作性。AI2O3:研究結果表明，當雷射重熔AI2O3等離子噴塗層時，會促使塗層中的亞穩定 相Y AI2O3向穩定相α AI2O3轉變，形成具有隔熱作用的熱隔塗層。對日照下鋼軌具 有良好的降溫作用，也有助於降低熔覆後的裂紋率，提高熔覆質量。ZrO2 實驗表明，在雷射熔覆中，在填料^O2中添加適量的穩定劑^O3後，形成穩 定的^O2熱障塗層，降低鋼軌軌溫。^O2會使塗層表面裂紋減少甚至消失，並與AI2O3 —起 使塗層組織形成緻密度和硬度很高的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。尤其在雷射 熔覆鐵基合金粉末中加入適量的TiO2，不僅可以提高噴塗層的韌性和耐磨性能，而且可以 減少熔覆後裂紋的形成。熱障塗層TiO2，將有效降低常溫下的鋼軌軌溫。
CeO2, SiO2, Y2O3> CaO、MgO 在雷射熔覆中加入適量的 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度、斷裂韌性及熱循環壽 命。在塗層的中間過渡層中適量加入低熔點、高膨脹係數的Ca0、Si02、TiA等，則有助於提 高熔覆層的松馳應力，減少裂紋的形成，提高熔覆質量。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。由於它的高硬 度和極耐磨性，添加碳化鎢後，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)、鎳包穩定的或部分穩定的氧化鋯(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後，具有韌性好、低應力、溼潤性好、並 且具有較高硬度的特點。由於它們的導熱係數低，對太陽光熱量的傳導阻礙作用和反射太 陽光的作用強，所以含有它們的熔覆層對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 於加寬上述熔覆材料的熔點範圍，並能增加熔覆層的硬度，以便逐步適應面市的新型鋼軌 在列車重載、高速運行下的耐磨性，並能相應提高熔覆層的質量。同樣，具有隔熱性能的金屬包覆性複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，並分別調配成科學、合理的塗層 元素質量比例參數，參與相應的實施例中。採用本發明的技術方案製備的具有雷射熔覆層和隔熱塗層的鋼軌，獲得了如下重 要的實際效果1、在原有鋼軌上表面(軌頂)上，通過雷射熔覆技術增加了與鋼軌表面具有很好 的結合力的另一種材質——熔覆層，使原鋼軌具有了所謂的兩種材質的鋼軌。較之原有鋼 軌，具有高硬度、高屈服應力極限和低摩擦力的特點。從而增強了鋼軌的耐久性，並提高了 鋼軌及固定鋼軌線路元件的使用壽命。2、在鋼軌表面上採用雷射寬帶熔覆技術與鋼軌表面上的補焊技術相比，全面提升 和強化了鋼軌表面操作技術水平，大大縮短了操作工藝時間，提高了工藝質量和操作工效。3、具有雷射熔覆層的鐵路線路順應了鐵路線路運輸重載、高速的發展趨勢，避免 了線路維修間隔時間，縮短了運輸時間，提高了運輸能力，增加了鐵路線路的運輸經濟效
■、Λ
frff. ο4、具有雷射熔覆層和隔熱塗層的鋼軌，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、具有熱障塗層的雷射熔覆層和隔熱塗層的鋼軌，較原有鋼軌，降低了室外環境 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、 跑軌的風險，相應提高了鐵路線路運行的安全性。下面通過不限定本發明的具體實施方式
進一步加以說明。
具體實施例方式實施例一雷射熔覆和噴塗已淬火U71Mn鋼軌表面的工藝①鋼軌表面的機械(或化學)處理和預熱處理
先在已全長淬火的U71Mn鋼軌表面用鋼軌打磨機或鋼軌除鏽刷面機除鏽。例如， 用MBC-14-L型鋼軌除鏽機的自動操作程序完成除鏽任務:A、完成操作前的準備程序，使機 器處於初始狀態。B、操作盤上的手動狀態按鈕燈亮，若除鏽機內無鋼軌，輸入和長軌頭按鈕 燈閃亮。C、若按長軌頭按鈕，長軌頭按燈亮，按自動狀態按鈕，按鈕燈亮，接通鋼軌傳送選擇 開關和控制開關，待除鏽鋼軌由操作人員控制，從傳送輥進入鋼軌除鏽機，鋼軌的尾端被停 止於位置2，下一根待除鏽鋼軌的前端停在位置1。D、自動進入水平除鏽、間隙控制、垂直除 鏽、圓弧處除鏽作業。E、除鏽作業完成後，前根鋼軌被自動移出除鏽機。後一根鋼軌由操 作人員控制向出口移動，鋼軌尾端自動停止於位置2。F、輸入按鈕閃亮，準備進行下一作業 循環(G、自動作業中，在水平或垂直按鈕燈閃亮時，可再次重複前次的作業)。除鏽畢，清理 鋼軌表面，使鋼軌表面露出潔淨的金屬光澤(也可以採用化學處理液洗滌處理)。用鋼軌預熱器(例如用北京燕宏達鐵路有限責任公司生產的PREI鋼軌預熱器) 預熱鋼軌表面，預熱溫度為150 350°C。 ②鋼軌表面的雷射熔覆A、鋼軌表面的第一層雷射熔覆緊接著，可將隨車移動的Trumpf型6000高功率快速軸流(X)2雷射器，達到其聚 焦特徵參數值為Kf = 8. 67mm · mrad，輸出雷射束的模式為THMOl模。將雷射器光束經過 270mm的積分鏡整形，調製為圓形的雷射束，再經展寬後得到X截面為80mm、Y截面為24mm 尺寸的矩形光束。當雷射器裝置在沿U71Mn鋼軌縱向軸線平行、勻速移動時，在雷射照射下，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 陶瓷粉末的複合粉末，其化學質量百分比)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，餘量 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。將配製好的合金粉末和鎳包納米氧化鋁顆粒倒入 球磨機中混合均勻，並乾燥100°C，乾燥池。雷射熔覆的工藝參數為雷射熔覆功率4200W， 雷射束離焦量為70mm，雷射掃描速度為5mm/s，送粉速率為0.3g/s。熔覆表面由多條單個 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。完成雷射熔覆過程後，按本實施例可以進入鋼軌的緩冷處理、表面的再處理以及 表面的塗裝程序了 ；當然，也可以在完成第一層的雷射熔覆後，直接進入下一步程序，即 鋼軌表面的第二層雷射熔覆。B、鋼軌表面的第二層雷射熔覆緊接著，重複上述操作步驟和部分工藝參數將隨車移動的Trumpf型6000高功率 快速軸流ω2雷射器，保持其聚焦特徵參數值為Kf = 8. 67nn · mrau，輸出雷射束的模式為 THMOl模，保持雷射器的展寬幅度X截面為80mm，Y截面為24mm尺寸的矩形光束。雷射器裝置再次沿Un71Mn鋼軌縱向軸線平行、勻速移動。在雷射照射下，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複合粉末，其 化學質量百分比(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，Fe餘量。合金粉末的粒徑為-150目 +320mm，雷射 掃描速度為5mm/s，送粉速率為0. 3g/S，熔覆表面由多條單個熔覆軌跡搭接而成，搭接率為
950%，所形成的熔覆層為0. 5 1. 0mm。最後，形成第一層和第二層的兩層結構重疊的雷射
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鋼軌保溫，使鋼軌和熔覆層緩冷。上述雷射熔覆前、後的預熱處理和緩冷處理，均為欲使熔覆層及其周邊的鋼軌表 面減小熱應力及避免產生裂紋。實際上若嚴格按鋼軌作業標準(例如鋼軌的表面處理、預 熱和緩冷處理)及按本發明的操作工藝參數和操作條件執行時，一般不會產生裂紋。若激 光熔覆前、後不預熱、不緩冷又無裂紋產生，也可以不必對鋼軌預熱處理和緩冷處理了。④鋼軌表面的再處理對緩冷處理後的鋼軌表面(雷射熔覆層的表面除外)，進行適度或輕度的機械再 處理或化學再處理，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 鋼軌表面處理後超過4小時的鋼軌表面又產生的氧化薄膜，使鋼軌表面重新露出新鮮的金 屬光澤。對鋼軌表面清理整形，並烘乾，使烘乾乾燥溫度< 50°C。⑤鋼軌表面的噴塗緊接著，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 入噴塗室。用無氣噴塗法、有氣噴塗法、靜電噴塗法、輥塗法、刷塗法中的一種方法，在鋼軌表 面噴塗幹膜厚度為20 100 μ m的塗層，該冷鍍層是具有防腐、耐磨和隔熱降溫的塗層。具 體地可以是防腐耐磨塗料與隔熱降溫填料的混合塗料。其中防腐耐磨塗料是冷噴鋅塗料、 冷噴鋁塗料、冷噴鋅塗料和冷噴鋁塗料按一定比例混合後的塗料、富鋅塗料、富鋁塗料、富 鋅鋁塗料；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。該混合塗料是在上述任意一種防腐耐磨塗料中按化學質量百分比添加 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後組成的混合塗料，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後組成的混 合填料。進一步說，是將上述任意一種或兩種以上填料添加在上述任意一種塗料在配製過 程中的固體組份中。添加後，如果使某種塗料中原有固體組份的化學質量百分比
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塗料中的固體組份中相同 比例的固體含量，使替代後固體的原組份總量不變。所述的含鋅、含鋁塗料，可採用市售各 種牌號的塗料，例如ZD96 1、ZH、ZS冷噴鋅塗料(無錫華東鋅盾(冷噴鋅)科技有限公 司)，託倫牌冷噴鋅及冷噴鋁塗料(深圳市天馳防腐塗料有限公司)，HI-P0N20塗料(立邦 公司)，G2H203 207富鋅、富鋁塗料(成都天合宏業科技有限公司)，EA_98富鋁塗料(揚 州美塗士金陵特種塗料有限公司)等。本發明所需的上述塗料，商家可按要求配製提供，也 可自行配製。本發明所需的填料，包括氧化鋯、氧化鈦、鎳包氧化鋁、納米級超級氧化物陶瓷粉 末，由北京礦冶研究總院提供；二氧化鈦產品由上海德津實業公司供應；納米級氧化鋯產品，由江蘇三賽超細粉體有限公司、東莞市得盛研磨材料有限公司等廠家提供。在鋼軌表面塗覆一層防腐耐磨塗料與隔熱降溫填料構成的混合塗料塗層乾燥後， 還可以繼續在乾燥的塗層表面或乾燥塗層的部分表面再噴塗或輥塗或刷塗一層導電塗料 塗層，例如塗層膜厚度為25μπι的Yf-TLN302導電鎳漆，使整個鋼軌表面具有優良的導電 性。下面舉出一個冷噴鋅配方(由武漢現代工業技術研究院樹脂部供貨)的實例
樹脂規格 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，塗一4杯)彡IOs 二氧化矽含量彡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，塗一4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1-16 (Wt 的固體份含量(或替代掉原來 1-20 (wt% )的固體份含量)，而使總的固體份含量不變，即彡20%。將上述經過配製的塗料中的一種或兩種再經充分攪拌均勻後，用選好的塗覆方 法，塗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，必要時塗覆掉軌頭的橫截面。完成整根鋼軌表面的塗覆工作。最後，完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫工作。實施例一的檢驗結果舉例用HXD-1000型顯微硬度計、LE0-1450型掃描電子顯微鏡、TO-600力學性能試驗機 對U71Mn鋼軌雷射熔覆層分別進行硬度測試、形貌觀察、靜態加載抗壓試驗。用牌號為ZT/SGW-10210型的數字存儲鋼軌溫度記錄儀測量出鋼軌表面的溫度為 (58.4士0· 1)0C .在HD)(5002鋅鋁塗鍍塗料(瀋陽市航達科技有限責任公司生產)配方中，減少原 有超細片狀鋅粉漿中化學質量(wt% ) 1-20%的等效鋅含量，添加化學質量(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 餘量)的粒徑為10 50nm，鎳包氧化鋯的厚度為70 lOOnm。採用噴塗法或刷塗法在鋼 軌表面塗覆的幹膜厚度為30 40 μ m。A力學試驗結果
雷射熔覆層平均硬度> HV520 ；觀察熔覆層的形貌，平整度較高，無裂紋；模擬機 車車輪對鋼軌表面加載到453KN的靜態加載抗壓試驗，熔覆層無開裂現象。鋅鋁塗鍍層硬度> 1H，鉛筆硬度法；塗層附著力為0級，劃格法；彎曲，1mm，合格； 耐衝擊性，50kg · cm，合格。B電學測試結果用電位測量儀測量，塗層的電極電位為-98mv +200mv。表明塗層具有導電性，對 鋼軌具有陰極保護作用。C、防腐試驗結果中性鹽霧試驗幹膜20 μ m, 972h ；幹膜30 μ m, 1962h ；幹膜40 μ m，> 2000h。塗料
的塗層較薄，僅為同類塗料厚度的i 『。對鋼軌的防鏽防腐效果好，耐候性強。
3 LD降溫試驗結果塗裝後鋼軌表面溫度為G9.0士0. 1) °C，同比未塗裝塗料的鋼軌表面溫度 (58.4 士 0. 1)°C，鋼軌表面溫度下降了 9.4°C。當塗層厚度為40 μ m時，經測算鋼軌內空間溫 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 應力為16450N計算，下降至少5°C時，鋼軌橫截面上減少8. 225噸的溫度應力！實施例二 雷射熔覆和噴塗U71Mn鋼軌表面的工藝完全按照實施例一的操作步驟、操作方法和工藝參數，繼續重複完成未淬火U71Mn 鋼軌表面上的雷射熔覆過程。所不同的僅僅在於第二層雷射熔覆噴送的是鐵基合金粉末 Fe30A與TiO2粉末的複合粉末，其化學質量百分比(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，Fe 餘量。繼續完成鋼軌表面的緩冷處理、機械或化學再處理和乾燥處理。待上述鋼軌表面的塗層乾燥後，緊接著，繼續在U71Mn鋼軌表面塗覆輻射散熱降 溫塗料。即仍從噴塗法、輥塗法、人工刷塗法中選用一種塗覆方法，在鋼軌表面塗覆幹膜厚 度為0. 1 0. 3mm的瓜 411新型散熱塗料(由北京志盛威華科技發展有限公司生產)。 具體塗覆時嚴格按照^ 411新型散熱塗料的施工方法說明和塗覆注意事項，將塗料塗覆 在除軌頂熔覆層外的鋼軌剩餘表面，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，必要時塗覆掉鋼軌軌頭的橫截面，完成整根鋼軌表面的塗裝工 作。在塗覆T^ 411散熱塗料並待其乾燥後，還可繼續在鋼軌表面或者鋼軌的部分 表面噴塗一層導電塗料(廣州銀峰金屬科技有限公司生產)，例如塗層膜厚度為25μπι的 Yf-TLN3O2導電鎳漆，其電阻率為2 Ω/lcm，使鋼軌表面具有優良的導電性。當然也可以不噴 塗導電塗料。最後，完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫工作。實施例二的檢驗結果舉例用HXD-1000型顯微硬度計、LE0-1450型掃描電子顯微鏡對U71Mn鋼軌雷射熔覆 層分別進行硬度測試、形貌觀察試驗。用牌號為ZT/SGW-10210型的數字存儲鋼軌溫度記錄儀測量出鋼軌表面的溫度為 (60. 2士0. 1) "C。
選用^-411新型散熱塗料(北京志盛威華科技發展有限公司提供)，採用噴塗法 或刷塗法在鋼軌表面塗覆的幹膜厚度為0. 1 0. 3mm。A力學試驗結果雷射熔覆層平均硬度> HRC28 ；觀察熔覆層的形貌，平整度較高，無裂紋產生。冷鍍塗層的外表層aS-411新型散熱塗層)硬度5H，冷鍍塗層的內表層(HD)(5002 鋅鋁塗層)的硬度> H;外表層的附著力(劃格法)1級，內表層的附著力0級；外表層的抗 拉強度2500Kpa，內表層的耐衝擊力50kg · cm，合格。B、防鏽防腐試驗結果冷鍍塗層的外表層耐水性> 2h，不起泡，不生鏽；耐酸鹼72h，不起泡，不生鏽，鹽 霧試驗2000h，溼熱試驗2000h，老化試驗2000h。冷鍍塗層的內表層鹽霧試驗幹膜20 μ m時是97池，幹膜30 μ m時是1962h，幹膜 40 μ m 時大於 2000h。外表層和內表層的整體厚度增加，鋼軌的防鏽防腐效果更好，耐候性更強。C降溫散熱試驗結果冷鍍塗層的外表層具有隔熱降溫作用。冷鍍塗層的外表層厚度為0. 3mm的導熱性0. 031W/mk，可見光區反射率85%左 右，近紅外區反射率80%左右，300K時紅外半球反射率90%左右。塗裝後鋼軌基體溫度為 (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)上減少的應力為16450N計算，下降10. 8°C時，鋼軌橫截面上減少17. 766噸的 溫度應力！實施例三雷射熔覆和噴塗已淬火PA鋼軌表面的工藝1、鋼軌表面的機械(或化學)處理和預熱處理先在全長淬火的PA鋼軌表面用鋼軌打磨機或鋼軌除鏽刷面機或用噴砂機進行噴 砂除鏽處理。除鏽除塵後，清理鋼軌表面，使鋼軌表面露出潔淨的金屬光澤(也可用化學處 理液洗滌處理)，表面清理質量達到5級。用鋼軌預熱器預熱鋼軌表面，預熱溫度為150 450°C。2、鋼軌表面的雷射熔覆事先準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 末的複合粉末，其化學質量百分比(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，Fe餘量。複合粉末的硬度HRC 31 45。將配好的複合 粉末倒入球磨機中混合均勻。ioo°c下乾燥池後，採用送粉式雷射熔覆方式。緊接著，可將隨車移動的TJ-HJ-5000橫流(X)2雷射器的光束模式定為多模，將激 光束垂直入射在待雷射熔覆的鋼軌上表面(軌頂)上，同軸吹Ar氣保護，並開始熔覆，這時 雷射熔覆的工藝參數是熔覆功率為2kw、光斑直徑為5mm，離焦量50mm，掃描速度為3mm/S， 採用送粉法進行多道搭接，搭接係數為60%，送粉速度為0. 36g/s，形成的雷射熔覆層厚 0. 3 0. 8mm。緊接著，重複上述操作步驟、操作方法和工藝參數，繼續在原熔覆層上再次激 光熔覆一層新的複合粉末層。該新的複合粉末層是G312合金粉末與氧化物陶瓷粉末配製
13的複合粉末，其化學質量百分比(wt 的組成為C <0.7，B 2. 5 3. 5，Si 3.0 4. 5，Cr 28，TiO2 0. 9 1. 1，SiO2 1. 0 2. 0。Fe餘量。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 配好的複合粉末倒入球磨機中混合均勻，乾燥溫度為100°C，乾燥時間為2h。仍採用送粉式 雷射熔覆方式，繼續用TJ-HL-5000橫流(X)2雷射器，具體重複實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，進行熔覆層上的雷射熔覆，所形成新的熔覆層的厚度為 50 μ m 1. Omm0當然，也可採用雷射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 樹酯黏結劑混合均勻，塗敷在鋼軌的上表面，由沿鋼軌勻速移動的雷射器完成雷射熔覆工 作。3鋼軌表面的緩冷處理緊接著，用保溫毯或保溫氈對鋼軌和熔覆層保溫，並緩冷。在具體操作過程中，若嚴格按鋼軌作業標準及按本發明的操作工藝參數、操作步 驟和操作條件執行時，一般鋼軌表面不會產生裂紋；但如果沒有對鋼軌預熱處理和緩冷處 理，鋼軌表面及熔覆層也無裂紋產生，且鋼軌符合質量要求，則沒必要對鋼軌進行預熱處理 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後，如果超過4小時了，則鋼軌表面又會產 生新的氧化薄膜。按鋼軌作業要求必須對緩冷後的鋼軌表面(雷射熔覆層的表面除外)進 行輕度的機械再處理或化學再處理。例如用砂布輕度打磨或用砂輪稍須打磨鋼軌表面，以 便除去新產生的氧化薄膜和鏽汙，使鋼軌表面重新露出金屬光澤。對鋼軌表面清理整形，並 烘乾，使烘乾乾燥溫度≤50°C。5、鋼軌表面的噴塗緊接著，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 入噴塗室。用噴塗法或輥塗法或刷塗法，在鋼軌表面塗覆幹膜厚度為0. 3 0. 81mm的塗層， 該冷鍍層是具有防腐降溫、並且具有智能調溫性的塗料塗層。塗料可自行研製，也可從面市 的塗料中選擇。塗裝操作步驟分為兩步a、先在鋼軌表面塗覆一層防腐降溫塗料；b、再在防腐降 溫的塗層表面塗覆一層智能調溫性塗料。a、鋼軌表面塗覆防腐降溫塗料選用無氣高壓噴塗法，在鋼軌表面噴塗ZS-211反射隔熱保溫塗料(北京志盛威 華科技發展有限公司生產)，按該塗料產品說明書上的具體施工方法和注意事項，在鋼軌表 面噴塗厚度為0. 3mm的塗層；也可在鋼軌頂面到軌腰的軌鄂表面噴塗厚為0. 3mm塗層，而 在其餘表面，即在軌腰到軌腳及軌底的表面(甚至包括鋼軌軌頭的截面)，噴塗厚為0. 3 0. 8mm的塗層，推薦0. 8mm的塗層。b、鋼軌表面塗覆智能調溫性塗料將表面塗覆ZS-211塗層的鋼軌送入乾燥室烘乾，或待鋼軌表面塗層在原噴塗室 自然乾燥後，用噴塗法或刷塗法，在鋼軌表面繼續塗覆厚度為8 10nm的RPM智能防曬隔熱塗料(佛山市RPM智能塗料有限公司生產)，按該塗料說明書中的具體施工方法，在鋼軌 表面塗覆厚度為8 IOnm的塗層，該塗層包覆了除鋼軌雷射熔覆層以外的鋼軌表面。當然，在已塗覆^-211塗層的鋼軌表面上，可以不塗覆RPM智能防曬隔熱塗料，而 塗覆韓泰太空調溫塗料(北京鴻坤韓泰科貿有限公司提供)，同樣能達到智能性調溫的效果。待鋼軌表面的塗裝工作完成後，完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫工作。實施例三的檢驗結果舉例用HXD-1000顯微硬度計、4X-TB金相顯微鏡，JeOl JSM5600掃描電鏡、MRH-3高速環 塊磨損試驗機對已淬火PD2鋼軌雷射熔覆層分別進行硬度測試、顯微組織觀察、物相分析、 磨擦磨損試驗。用牌號為ZT/SGW-10312型的數字存儲鋼軌溫度記錄儀測量出鋼軌表面的溫度為 (60. 4 士 0. D0C0選用M-211反射隔熱保溫塗料(北京志盛華威科技發展有限公司生產)，採用噴 塗法或刷塗法在鋼軌表面塗覆幹膜厚度為0. 3 0. 8mm的M-211反射隔熱保溫塗料。選用RPM智能防曬隔熱塗料(廣東省佛山市RPM智能塗料有限公司生產)，採用 噴塗法或刷塗法在塗裝了 ^-211塗層的鋼軌表面塗覆幹膜厚度為8 IOnm的RPM智能塗 料。A、力學試驗結果雷射熔覆層的平均硬度(距離表面0. 3mm)HV600 ；觀察熔覆層顯微組織，宏觀表面 光滑，熔覆層未出現裂紋；單道熔覆道的寬度較大，厚度較小，說明熔覆時熔體的流動性及 與基底的潤溼性較好；加載300N幹磨擦條件下熔覆層的摩擦係數小，表明熔覆層的耐磨性 能好。冷鍍塗層(ZS-211反射隔熱保溫塗層)硬度3 4H，附著力(劃格法)1級，抗拉 強度> 2. 5Mpa，具有良好的抗張強度和彈性。B、防鏽防腐試驗結果冷鍍M-211塗料塗層的PH值8 ；耐酸性500h，無變化；有自潔性；10年不粉化，耐
候性強。C、防曬隔熱降溫試驗結果導熱係數0.04W/m*k，可見光反射率90%，紅外線反射率92%，半球發射率彡0.8， 10年隔熱效果不變化，保溫效果好。塗裝厚為0. 3mm、厚為0. 8mm後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的應力計算，當軌溫下降10. 2°C、22. 1°C時，鋼軌 橫截面上分別減少19. 75噸、42. 79噸的溫度應力！由於最外層的RPM智能塗料薄膜阻隔太陽光熱量的最大溫度為18 25°C，所以陽 光穿越RPM智能塗層膜後，到達M-211塗層時，同比軌溫自然下降了許多。實施例四雷射熔覆和噴塗已淬火鋼軌表面工藝完全按照實施例三的操作步驟、操作方法和操作工藝及參數要求，繼續重複完成 全長淬火的PD2鋼軌表面上的雷射熔覆生產工藝。然後進行鋼軌表面(除雷射熔覆層外)的冷噴塗塗裝工作。首先，繼續完成實施例三中的第5步，即④鋼軌表面的再處理。然後開始塗裝鋼軌 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 噴塗室。採用高壓無氣噴塗或刷塗或輥塗，在鋼軌表面噴塗市售降溫隔熱塗料，例如JG-II 新型反輻射隔熱塗料(河北衡水金谷糧保防蟲器材有限公司供貨)，按該塗料的具體施工 方法(見產品說明書)，在鋼軌表面噴塗厚度為80 100 μ m的塗層。最後，完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫工作。實施例四的檢驗結果舉例用HXD-1000顯微硬度計、4X-TB金相顯微鏡、JeolJSM5600掃描電鏡、MRH-3高速 環塊磨損試驗機對已淬火的PA鋼軌雷射熔覆層分別進行硬度測試、顯微組織觀察、物相分 析、磨擦磨損試驗。用牌號為ZT/SGW-10312型的數字存儲鋼軌溫度記錄儀測量出鋼軌表面的溫度為 (59. 9士0. 1) "C。選用JG-II新型反輻射隔熱塗料(河北衡水金谷糧保防蟲器材有限公司供貨)，採 用噴塗法或刷塗法在鋼軌表面塗覆幹膜厚度為100 μ m的RL-02型溫控塗料。A力學試驗結果雷射熔覆層的力學試驗結果與實施例三相同。冷鍍塗層(JG-II新型反輻射隔熱塗層)的附著力不大於2級，劃圈法GB/T1720 89 ；衝擊強度 kg · cm 50，GB/T1732-93。B、防鏽防腐試驗結果耐酸性試驗時間Mh，用30%硫酸、5%鹽酸、5%硝酸，分別浸泡漆膜，漆膜無變 化，符合標準GB1763-89 ；耐鹼性Mh，用10 % NaOH浸泡，漆膜無變化，GB1763-89 ；人工 加速老化lOOOh，漆膜不起泡、無裂紋，GB1865-89 ；耐鹽霧500h，漆膜不起泡，無鏽蝕，GB/ T1710-91 ；耐溼熱500h，漆膜完好，GB1740-89 ；耐刷洗，耐沾汙，具有高潔性；耐候性達10 年以上。C、防曬降溫試驗結果耐紫外光lOOOh，漆膜完好，GB/T1710-79 ；太陽熱吸收率0. 16，Q/WL26A-97 ；紅外 輻射率0.87，Q/WL27A-97 ；太陽熱反射率達91 %以上。塗裝厚為80 100 μ m後的鋼基表 面溫度，可同比下降10 15°C，最高下降20°C。在鋼軌表面塗裝厚為100 μ m的JG-II新 型反輻射隔熱塗料後，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的應力計算，當軌溫下降9. 1°C時， 其截面上至少減少17. 62噸的溫度應力！實施例五雷射熔覆和噴塗PD2鋼軌表面的工藝完全按照實施例三的操作步驟、操作方法和工藝參數，繼續重複完成未全長淬火 的PD2鋼軌表面上的雷射熔覆過程。緊接著，將經過緩冷處理和表面再處理的鋼軌倒置(軌底朝上)後送入塗裝室。事先準備好塗裝塗料。在市售冷噴鋁塗料、富鋁塗料中添加常溫可逆溫致變色材
16料，並經攪拌均勻，備用。本實施例中選用E02-4水溶性無機富鋁塗料(武漢市天龍塗料有限責任公司生 產)，並在該塗料中按9 1的配比，摻入10%化學質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」的說明書製備，樣品及產 品由同濟大學馬一平研究團隊提供)，待用。用輥塗法或噴塗法或刷塗法，先在鋼軌表面(除雷射熔覆層外)塗覆一層E06-03 水性富鋅底漆(由武漢市天龍塗料有限責任公司生產)，或先塗覆一層鋼軌防鏽漆，幹膜 厚為20 50 μ m，具體施工操作方法，由上述漆的產品說明書給出；把摻入10%化學質量 的常溫可逆溫致變色微膠囊的E02-4塗料或摻入10%微膠囊的鋼軌防鏽漆，分別用水稀 釋或用防鏽漆稀釋劑稀釋，並攪拌均勻後，再次塗覆在鋼軌表面上。塗覆幹膜厚度為50 60 μ m0最後，完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫工作。實施例五的實施效果是雷射熔覆層提高了鋼軌踏面硬度，增強了鋼軌的耐磨性， 延長了鋼軌的使用壽命；鋼軌表面的冷鍍鋁層具有防腐蝕性能，並具有反射太陽光、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，即使軌溫可隨環境溫度可逆反覆變化，成為「空調型」 智能調溫鋼軌。相應地減少了鋼軌截面的溫度應力，提高了鐵路線路的運輸安全性。
權利要求
1.一種具有雷射熔覆層和隔熱塗層的智能調溫鋼軌生產工藝，其特徵在於包括如下步驟(1)表面的機械或化學處理和預熱處理，將鋼軌表面用機械處理或化學處理的方法，清 除表面的鐵鏽和油汙；對鋼軌表面預熱，預熱溫度為250 450°C ；(2)表面的雷射熔覆，當雷射器裝置在沿鋼軌縱向軸線平行勻速移動時，在雷射照射 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 一層複合粉末，或噴送上、下兩層複合粉末，並經一次或多次雷射熔覆後，在鋼軌的上表面 或者在鋼軌上表面和軌鄂表面形成一層雷射熔覆層，或者形成上、下兩層結構重疊的雷射 熔覆層；或者將複合粉末與樹酯黏結劑均勻混合後，塗敷在鋼軌上表面或者塗敷在鋼軌上 表面和軌鄂表面，由沿鋼軌勻速移動的雷射器發出雷射，並經一次或多次雷射熔覆後，在鋼 軌的上表面或者在鋼軌上表面和軌鄂表面形成一層雷射熔覆層，或者形成上、下兩層結構 重疊的雷射熔覆層；複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並按化學質量百分比)均勻混合後的粉末；所述的雷射熔覆 層的厚度為0. 05 4. 0mm；(3)表面的緩冷處理，雷射熔覆完成後，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，在除雷射熔覆層以外的鋼軌表面上，再用除鏽用具及用品進行 輕度的機械處理或化學處理，以便除去緩冷後超過4小時其表面又產生的氧化薄膜，使鋼 軌表面再次露出新鮮的金屬光澤，並清理整形和烘乾，使烘乾乾燥溫度< 50°C ；(5)表面的噴塗，將倒置(軌底朝上，軌頂朝下)的鋼軌送入噴塗室，用噴塗法或輥塗法 或刷塗法，在鋼軌表面塗覆厚度為0 3mm的冷鍍層，冷鍍層是下列具有防腐防磨功能的塗 層、具有防鏽耐磨和隔熱降溫功能的塗層、具有防腐耐磨和散熱降溫功能的塗層、具有防腐 降溫和智能性調溫功能的塗層、具有防腐和常溫下智能性溫度可逆轉換功能的塗層中的一 種塗層，按每種塗料的不同功能，可以在鋼軌表面塗覆成一層或者兩層以上不同塗料之間 結構重疊的冷鍍的塗層。
2.根據權利要求1所述的具有雷射熔覆層和隔熱塗層的智能調溫鋼軌生產工藝，其 特徵在於由同步送粉雷射熔覆方式，在已全長淬火的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製的複合粉末，複合粉末的化學質量百分比) 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，餘量 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,並將配製好的合金粉末和Ni/AI203顆粒倒入球磨機中混合均勻，乾燥溫度為100°C， 乾燥時間為池；雷射熔覆的工藝參數為雷射熔覆功率4200w，雷射束離焦量為70mm，雷射 掃描速度為5mm/s，送粉速率為0. 3g/s ；熔覆表面由多條單個熔覆軌跡搭接而成，搭接率為 50% ；熔覆層的厚度為0 1. 0mm。
3.根據權利要求1和2所述的具有雷射熔覆層和隔熱塗層的智能調溫鋼軌生產工藝， 其特徵在於由同步送粉雷射熔覆方式，在已全長淬火的U71Mn鋼軌的上表面和軌鄂表面， 先噴送第一層(內層)鎳基合金粉末與氧化物陶瓷粉末配製的複合粉末，再噴送第二層(外層)鐵基合金粉末與TW2粉末配製的複合粉末；第一層複合粉末的化學質量百分比 (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，Fe 3. 0 5. 0，餘量 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 ；第二層複合粉末的化學質量百分比(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，Fe 餘量，合金粉末的粒徑 為-150目 +320目，TiO2的粒徑為8 300nm;雷射熔覆第一層複合粉末的工藝參數與激 光熔覆第二層複合粉末的工藝參數均相同，即雷射熔覆功率4200W，雷射束離焦量為70mm， 雷射掃描速度為5mm/s，送粉速率為0. 3g/s，熔覆層表面由多條單個熔覆軌跡搭接而成，搭 接率為50%;第一層複合粉末經雷射熔覆後的熔覆層厚為0 1. 0mm，第二層複合粉末經激 光熔覆後的熔覆層厚為0. 05 1. 2mm。
4.根據權利要求1所述的具有雷射熔覆層和隔熱塗層的智能調溫鋼軌生產工藝，其特 徵在於用同步送粉雷射熔覆方式，在已全長淬火的PD2鋼軌的上表面，先噴送第一層(內 層)鐵基合金粉末與氧化物陶瓷粉末配製的複合粉末，再噴送第二層(外層)G312合金 粉末與氧化物陶瓷粉末配製的複合粉末，其第一層的化學質量百分比的組成為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，Fe 餘量，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，納米氧化鋯、納米氧化鋁的 粒度為10 50nm ；第二層複合粉末的化學質量百分比)的組成為C < 0. 7，B2. 5 3. 5，Si 3. 0 4. 5，Cr 28，TiO2 0. 9 1. 1，SiO2 1. 0 2. 0，Fe 餘量，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 ；雷射熔覆第一層與第二層的工藝參數均相同，即勻速移動的TJ HL 5000橫流(X)2雷射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Ar氣保 護，雷射熔覆功率為2kw，光斑直徑為5mm，離焦量50mm，掃描速度為3mm/s，採用送粉法多道 搭接，搭接係數為60%，送粉速度為0. 36g/s ；第一層複合粉末經雷射熔覆後的熔覆層厚為 0. 05 1.0mm，第二層複合粉末經雷射熔覆後的熔覆層厚為50μπι 1.0mm。
5.根據權利要求1所述的具有雷射熔覆層和隔熱塗層的智能調溫鋼軌生產工藝，其特 徵在於用噴塗法或輥塗法或刷塗法，在鋼軌表面塗覆一層防腐耐磨塗料與隔熱降溫填料 的混合塗料，其中的防腐耐磨塗料是冷噴鋅塗料、冷噴鋁塗料、冷噴鋅塗料和冷噴鋁塗料按 一定比例混合後的塗料、富鋅塗料、富鋁塗料、富鋅鋁塗料；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；該混合塗料是在上述任意一種 防腐耐磨塗料中按化學質量百分比(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後組成的混合塗料，也可以是按化學質量百分比計算的並 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每種塗料中的固體組份中相同比例的 固體含量(原來的每一種塗料中的其餘成份及含量均不變)後的塗料，該混合塗料塗覆後的幹膜厚度為20 250 μ m。
6.根據權利要求1和5所述的具有雷射熔覆層和隔熱塗層的智能調溫鋼軌生產工藝， 其特徵在於用噴塗法或輥塗法或刷塗法，在鋼軌表面塗覆第一層防腐耐磨的隔熱降溫塗 料塗層後，再在第一層塗層的表面或第一層塗層的部分表面上塗覆第二層導電塗料塗層， 導電塗層厚度為0 50 μ m。
7.根據權利要求1和5所述的具有雷射熔覆層和隔熱塗層的智能調溫鋼軌生產工藝， 其特徵在於用噴塗法或輥塗法或刷塗法，在鋼軌表面塗覆第一層防腐耐磨塗料與隔熱降 溫填料的混合塗料後，再在第一層塗層的表面塗覆第二層具有散熱降溫功能的輻射散熱降 溫塗料，在鋼軌表面形成上、下兩層結構重疊的冷鍍塗層，塗層的厚度為0. 1 0. 4mm。
8.根據權利要求1和4所述的具有雷射熔覆層和隔熱塗層的智能調溫鋼軌生產工藝， 其特徵在於用噴塗法或輥塗法或刷塗法在鋼軌表面塗覆第一層防腐防曬降溫塗料塗層 後，再在第一層塗層的表面塗覆第二層智能調溫性塗料或塗覆智能防曬隔熱塗料，在鋼軌 表面上形成上、下兩層結構重疊的冷鍍塗層，塗層厚度為0. 1 3. 0mm。
9.根據權利要求1和4所述的具有雷射熔覆層和隔熱塗層的智能調溫鋼軌生產工藝， 其特徵在於用噴塗法或輥塗法或刷塗法，在鋼軌表面先塗覆第一層鋼軌防鏽底漆或鋼軌 防鏽漆，再在冷噴鋁塗料或富鋁塗料或冷噴鋅鋁塗料或水溶性無機富鋁塗料或鋼軌防鏽漆 中按化學質量百分比)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，然後把用稀釋劑及攪拌器均勻混合後的塗料作為第二層塗料塗覆在鋼軌表面上， 最後形成上、下兩層結構重疊的冷鍍塗層，塗層厚度為50 120 μ m。
全文摘要
本發明公開了一種具有雷射熔覆層和隔熱塗層的智能調溫鋼軌生產工藝，其製備方法包括如下步驟(1)採用雷射熔覆技術在鋼軌表面熔覆一層或者熔覆內、外兩層結構重疊的厚為0～4mm的雷射熔覆層，雷射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的陶瓷粉末按一定比例混合後的混合粉末組成；(2)對鋼軌表面進行緩冷處理；(3)對鋼軌表面適度進行表面處理和烘乾處理；(4)在鋼軌表面塗覆常溫下具有防腐耐磨和隔熱、散熱、降溫、智能調溫的功能性塗料塗層。該鋼軌可防腐耐磨，導電性好，可節約鋼軌成本，使用壽命長；使用該鋼軌能隔熱降溫，可大幅度降低鋼軌的溫度應力，提高列車運輸的安全性。
文檔編號C23C24/10GK102146563SQ20111006105
公開日2011年8月10日 申請日期2011年3月8日 優先權日2011年3月8日
發明者張昆 申請人:張昆