車輪在地鐵車輛運行安全中的重要性

由於(yu) 鐵路運輸的高效率和高容量，鐵路運輸已被確立為(wei) 減少交通擁堵的最重要替代方案之一，特別是在城市地區。

盡管沒有發生過任何重大或嚴(yan) 重的安全事故，但工業(ye) 的發展和技術進步確確實實提高了列車安全運行的重要性。

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複雜，頻繁的製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、胎麵擦傷(shang) 、胎麵磨損、胎麵剝落和輪輞脫落。此外，在車輪維修過程中，車輪和鐵軌之間的相對運動可能會(hui) 造成車輪胎麵的磨損。

研究車輪滑動摩擦性能對保證列車安全至關(guan) 重要。

用於(yu) 研究車輪滑動摩擦的激光熔覆技術

激光熔覆技術在基材上沉積金屬合金的表麵層，這在修複高附加值零件方麵具有許多潛在應用，並擁有強大的抗磨損和抗滾動接觸疲勞裂紋的能力。

激光熔覆技術強化了材料，使基材表麵獲得優(you) 越的品質。大多數研究人員認為(wei) ，激光熔覆技術可以利用各種合金粉末生產(chan) 出具有耐磨、減摩、耐腐蝕、抗疲勞和抗氧化的合金塗層。

選擇合適的合金粉末對於(yu) 激光熔覆技術至關(guan) 重要。鐵基和鎳基粉末經常被用於(yu) 軌道和車輪結構。然而，這兩(liang) 種粉末在成分、功能和特性上有所不同。

地鐵輪轂修複中Ni、Fe合金的幹式滑動摩擦磨損性能分析

據了解，華東(dong) 交通大學的研究人員肖乾、張博、楊文斌等人對Ni基和Fe基合金塗層在地鐵車輪修複中的性能進行了比較。鐵路車輪的ER9材料采用激光熔化技術鍍上了Ni基和Fe基合金，得到的塗層組織致密、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(yi) （EDS）、掃描電子顯微鏡（SEM）、3D光學形貌和X射線衍射儀(yi) （XRD）研究了該塗層的微觀結構形態、界麵元素和相類型。

使用MFT-EC4000往複式電化學磨損和摩擦測試儀(yi) 和維氏顯微硬度測試儀(yi) 測試塗層的機械性能。實驗選擇具有 γ(Ni, Fe)、Cr23C6 和 Cr7C3 相的 Ni基塗層和具有γ-Fe、(Fe-Cr-Ni) 和 (Fe, Ni) 固溶體(ti) 相的Fe基塗層。

在Ni基合金中，鉻沉積增強了原子間的結合，並有助於(yu) 固溶強化。此外，硬質碳化物相的存在和熔覆層結構中的固溶體(ti) 增加了材料的抗壓強度和抗拉強度。

當粘合劑磨損是主要磨損機製時，Ni基塗層在磨損和摩擦試驗結束時經曆了更嚴(yan) 重的氧化。Fe基塗層的硬度為(wei) 715 HV0.7，是基礎材料的2.86倍。Ni基塗層的最大硬度為(wei) 268.4 HV0.7。

此外，Ni基塗層的摩擦係數低於(yu) Fe基塗層。在磨損和摩擦方麵，Ni基塗層的耐久性大約是Fe基塗層的四倍。

由於(yu) 固溶相的存在，Fe基塗層表現出固溶強化。由於(yu) 熔融塗層預熱而發生了局部淬火，這增加了組織的硬度和耐磨性。

Ni基塗層在高溫下的功能符合預期，其硬度和摩擦質量也偏低。然而，Ni基合金的經濟效益較差。

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

由於(yu) 軌道和車輪之間的最佳磨損關(guan) 係以及塗層的高耐磨性和硬度，Fe基塗層不適用於(yu) 車輪熔覆。

參考文獻

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