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钢轨钢轨腐蚀机理与有机—无机复合涂层防护技术设计

收藏本文 2024-04-12 点赞:5921 浏览:15056 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:应力伤损和大气腐蚀是导致钢轨失效的主要理由。大气中潮湿的空气、雨水、污染气体以及昼夜温差等因素为钢轨发生电化学腐蚀提供了条件;机车频繁的应力作用使钢轨变形、产生裂纹损伤,加剧电化学反应,加速钢轨腐蚀。同时,处于机车牵引电流所在的回路中,钢轨对地绝缘性有限,会发生电流泄漏,加速电化学反应速率,使腐蚀加剧。钢轨腐蚀的机理是以上因素的综合作用。随着我国境内汽车利用数量大量增加,大气污染的恶化将与日俱增。由此,今后钢铁制品(包括钢轨在内)腐蚀现象会更加突出。大气腐蚀已成为钢轨服役寿命的重要影响因素,急需开展高效低成本的钢轨养护策略的探讨。有机-无机复合涂层兼具有机涂层和无机涂层的综合性能,并且工艺简单,生产成本低,环境友好,在钢轨的防腐运用上具有很好的进展前景。本论文针对广铁集团管内大瑶山隧道、株洲北站等几个主要工段钢轨腐蚀伤损现象,对钢轨的腐蚀因素进行了浅析。以正硅酸乙酯(TEOS)作无机前驱体,硅烷偶联剂KH570为改性剂,采取溶胶-凝胶法制备了TEOS-KH570有机-无机复合涂层。探讨了该有机-无机复合涂层的防腐性能以及在钢轨防护上的运用前景。首先,通过对钢轨样品进行腐蚀速率的计算、硬度的检测、腐蚀产物物相浅析和微观形貌观察等实验检测,结合钢铁在大气中的腐蚀规律和服役钢轨工段的大气数据,探讨了钢轨的腐蚀机理。探讨结果表明:伴随着机械损伤产生的局部腐蚀是钢轨腐蚀的主要形式,潮湿的空气、降雨、大气污染、温差和杂散电流等环境影响因素以及钢轨的机械损伤的综合作用使钢轨发生腐蚀并加速钢轨腐蚀速率。其次,采取盐雾实验、极化曲线浅析、傅里叶红外光谱浅析、能谱浅析以及扫描电镜(SEM),对制备的复合涂层进行抗腐蚀性能宏观表征、电化学性能表征、化学成分和结构表征以及显微形貌表征。实验结果表明:1)覆有复合涂层的金属基板极化电流与裸金属基板相比显著下降(降低1-2个数量级);复合涂层增强了金属基体的抗腐蚀能力。2)在酸性环境下制备的复合涂层具有防腐蚀性能,当pH值为3-4时,涂层结构致密,防腐性优异。3)当无机前驱体与有机改性剂的摩尔比值(TEOS:KH570)以1~4变化时,在4:1时,防腐性能最好。4)涂层的抗腐蚀能力随加水量增加有降低的走势。关键词:钢轨伤损论文钢轨腐蚀论文大气污染论文有机-无机复合涂层论文

    摘要3-5

    ABSTRACT5-7

    目录7-9

    第一章 文献综述9-25

    1.1 金属腐蚀概述9-13

    1.1.1 定义9-10

    1.1.2 腐蚀条件和影响因素10-13

    1.2 钢轨标准13-18

    1.2.1 牌号与化学成分13-14

    1.2.2 力学性能14-15

    1.2.3 尺寸标准15-17

    1.2.4 钢轨生产工艺17-18

    1.3 有机无机复合涂层18-22

    1.3.1 有机-无机复合材料的分类18-19

    1.3.2 金属基的有机-无机复合涂层系统19

    1.3.3 有机-无机复合材料制备策略19-20

    1.3.4 溶胶-凝胶法20-22

    1.4 钢轨腐蚀探讨进展22-23

    1.4.1 国外探讨动态22

    1.4.2 国内探讨动态22-23

    1.5 本课题探讨作用和内容23-25

    1.5.1 探讨背景和作用23-24

    1.5.2 探讨内容24-25

    第二章 钢轨腐蚀机理浅析25-57

    2.1 广铁管内基面腐蚀情况25-32

    2.1.1 钢轨机械疲劳损伤与腐蚀实地考察25-28

    2.1.2 退役下线钢轨(腐蚀)伤损程度28-32

    2.2 钢轨性能浅析32-37

    2.2.1 退役钢轨力学性能检测32-33

    2.2.2 钢轨腐蚀产物物相浅析与形貌观察33-37

    2.3 钢轨的大气腐蚀论述37-43

    2.3.1 钢轨大气腐蚀因素(与水文、气候和土壤之间的联系)37-42

    2.3.2 钢轨的腐蚀种类42-43

    2.4 钢轨伤损机理浅析43-53

    2.4.1 化学成分44

    2.4.2 利用环境44-50

    2.4.3 杂散电流的影响(杂散电流与基面腐蚀联系)50-53

    2.5 结果与讨论53-57

    2.5.1 讨论53-54

    2.5.2 结论54-57

    第三章 钢轨防护技术探讨展望-复合涂层在钢轨表面防护上的运用57-71

    3.1 实验原材料与仪器57

    3.2 有机-无机复合涂层的制备57-60

    3.2.1 KH570改性SiO_2溶胶的制备57-59

    3.2.2 金属基板预处理59

    3.2.3 复合防腐薄膜施涂及热处理59-60

    3.3 涂层性能检测与结构表征60-62

    3.3.1 盐雾试验60

    3.3.2 极化曲线浅析60-61

    3.3.3 傅利叶红外光谱浅析(FTIR)61-62

    3.3.4 能谱浅析(EDS)62

    3.3.5 扫描电镜(SEM)62

    3.4 结果与浅析讨论62-71

    3.4.1 抗腐蚀性能宏观表征63-65

    3.4.3 电化学性能表征65-67

    3.4.4 化学成分和结构表征67-69

    3.4.5 显微形貌表征69-71

    第四章 结论71-73

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