本發(fā)明屬于鐵路信號(hào)領(lǐng)域，涉及一種鋼軌表面導(dǎo)電涂層的制備方法及相關(guān)材料。

背景技術(shù)：
：

鐵路軌道電路在列車控制信息的傳輸過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，對(duì)交通安全和運(yùn)輸效率有著直接的影響。由于鋼軌軌面生銹造成的軌道電路分路不良現(xiàn)象會(huì)使得信號(hào)錯(cuò)誤開(kāi)放，不僅會(huì)延誤列車的運(yùn)行，影響作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)效益，甚至還會(huì)給鐵路運(yùn)輸、生產(chǎn)安全帶來(lái)巨大的安全隱患。

為了克服軌道表面因生銹而造成的電路分路不良的問(wèn)題，目前通常采用的方法是在鋼軌表面采用堆焊、熱噴涂、電鍍等制備防銹的導(dǎo)電金屬層或者直接焊接不銹鋼鋼帶等方法制備耐銹蝕的金屬導(dǎo)電層。采用堆焊或者焊接鋼帶這類方法的優(yōu)勢(shì)是所制備的導(dǎo)電層與鋼軌基體為冶金結(jié)合，涂層耐碾壓壽命長(zhǎng)，但是由于鋼軌本身為高碳鋼，電弧對(duì)基體的熱輸入較大，焊接熱影響區(qū)極易形成馬氏體組織引發(fā)開(kāi)裂。為避免焊接過(guò)程中熱影響區(qū)形成馬氏體，需要將鋼軌整體預(yù)熱至300度以上，現(xiàn)場(chǎng)施工很難實(shí)現(xiàn)，而且由此帶來(lái)嚴(yán)重的鋼軌變形和殘余應(yīng)力問(wèn)題。采用熱噴涂方法制備導(dǎo)電層，基體可不受熱影響，但是導(dǎo)電涂層與基體以機(jī)械結(jié)合為主，結(jié)合力差，不耐碾壓。采用電鍍方法制備導(dǎo)電層對(duì)鋼軌前處理要求較為苛刻，現(xiàn)場(chǎng)不宜實(shí)施，而且涂層沉積效率低，孔隙多，涂層耐蝕性和耐候性較差。

采用熔焊方法時(shí)電弧將直接作用于基材，熱輸入比較大，近年來(lái)出現(xiàn)了STT，CMT等方法通過(guò)數(shù)字電路來(lái)控制絲材熔化時(shí)的熔滴過(guò)渡過(guò)程，可以減小熔滴過(guò)渡階段的電弧電流，從而有效降低對(duì)母材的熱輸入，但電弧對(duì)母材的熱作用仍然存在，鋼軌熱影響區(qū)內(nèi)仍極易形成馬氏體。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明提出一種與鋼軌具有局部冶金結(jié)合但對(duì)基材熱影響極小的導(dǎo)電層制備方法，它在保留弧焊時(shí)熔滴過(guò)渡過(guò)程的同時(shí)，徹底摒棄了電弧對(duì)基材的熱作用。本發(fā)明利用激光或電弧加熱金屬絲材獲得熔化的高溫熔滴，激光或者電弧并不直接作用鋼軌表面，由熔化的高溫熔滴撞擊鋼軌表面后鋪展，并逐漸堆積形成連續(xù)的導(dǎo)電層，此時(shí)導(dǎo)電層與鋼軌僅依靠高溫熔滴自身攜帶的熱量完成冶金結(jié)合。

為解決上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體如下：

1，一種以電弧為熱源的高溫熔滴制備裝置，其特征在于其主體包括，水冷空心陽(yáng)極、絲材送進(jìn)機(jī)構(gòu)、電源及控制器幾部分，其中電源負(fù)極與絲材送進(jìn)機(jī)構(gòu)相連，正極與空心陽(yáng)極相連，通過(guò)電源的高頻起弧功能在絲材端部與空心陽(yáng)極之間產(chǎn)生電弧，陽(yáng)極處電弧產(chǎn)生的熱量通過(guò)強(qiáng)制循環(huán)冷卻水帶走，陰極熱量用于熔化不斷送進(jìn)的絲材，當(dāng)絲材端部熔化的金屬超過(guò)一定尺寸后，熔化的高溫熔滴會(huì)在重力作用下墜落，通過(guò)陽(yáng)極中心孔撞擊到基材表面。

2，一種以激光為熱源的高溫熔滴制備裝置，其特征在于其主體包括，小功率激光器、絲材送進(jìn)機(jī)構(gòu)、控制器三部分，利用控制器對(duì)激光器和絲材送進(jìn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行同步協(xié)調(diào)，激光器發(fā)出的激光直接對(duì)絲材端部進(jìn)行加熱，當(dāng)絲材端部熔化量超過(guò)一定尺寸后，過(guò)熱的高溫熔滴會(huì)在重力作用下墜落，并直接撞擊到基材表面。

3，一種鋼軌表面導(dǎo)電涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)對(duì)待處理的鋼軌表面進(jìn)行除銹打磨處理，去除鋼軌表面銹蝕等附著物；

2)將高溫熔滴制備裝置置于可調(diào)高度的機(jī)頭上，由控制器控制電弧電源或者激光器，制備出高溫熔滴；

3)將高溫熔滴制備裝置置于移動(dòng)小車上，根據(jù)熔滴形成時(shí)間調(diào)節(jié)小車行走速度，確保熔滴以一定頻率逐個(gè)撞擊到基材后鋪展，并且形成的扁平顆粒有一定搭接；

4)在熔滴撞擊基材處放置一個(gè)小的高頻感應(yīng)加熱器；

5)在熔滴撞擊基材后方一定距離放置冷卻噴頭，以高壓氣體或者液體對(duì)鋼軌表面進(jìn)行冷卻。

1.一種鋼軌表面導(dǎo)電層制備方法，其特征在于利用以電弧或激光為熱源的高溫熔滴制備裝置加熱金屬絲材，獲得熔化的高溫熔滴撞擊鋼軌表面后鋪展，僅依靠其自身攜帶的熱量完成冶金結(jié)合；高溫熔滴的熔點(diǎn)大于2700℃。

2.進(jìn)一步，以電弧為熱源的高溫熔滴制備裝置其主體包括，水冷空心陽(yáng)極、絲材送進(jìn)機(jī)構(gòu)、電源及控制器幾部分，其中電源負(fù)極與絲材送進(jìn)機(jī)構(gòu)相連，正極與空心陽(yáng)極相連，通過(guò)電源的高頻起弧功能在絲材端部與空心陽(yáng)極之間產(chǎn)生電弧，陽(yáng)極處電弧產(chǎn)生的熱量通過(guò)強(qiáng)制循環(huán)冷卻水帶走，陰極熱量用于熔化不斷送進(jìn)的絲材，當(dāng)絲材端部熔化的金屬超過(guò)一定尺寸后，熔化的高溫熔滴會(huì)在重力作用下墜落，通過(guò)陽(yáng)極中心孔撞擊到基材表面；弧焊機(jī)的焊接電流控制在80-200A之間，水冷陽(yáng)極的出口直徑為5-7mm，且要大于高溫熔滴的直徑；高溫熔滴的尺寸控制在3-6mm；高溫熔滴距陽(yáng)極出口的高度在50-150mm之間；小車的行走速度在5-15mm/s之間；高頻感應(yīng)加熱器加熱基材使其表面溫度達(dá)到300-450℃。

3.進(jìn)一步，以激光為熱源的高溫熔滴制備裝置其主體包括，小功率激光器、絲材送進(jìn)機(jī)構(gòu)、控制器三部分，利用控制器對(duì)激光器和絲材送進(jìn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行同步協(xié)調(diào)，激光器發(fā)出的激光直接對(duì)絲材端部進(jìn)行加熱，當(dāng)絲材端部熔化量超過(guò)一定尺寸后，過(guò)熱的高溫熔滴會(huì)在重力作用下墜落，并直接撞擊到基材表面；激光器的功率控制在100-300W之間；高溫熔滴的尺寸控制在3-6mm；絲材端部距基材表面的高度在50-150mm之間；小車的行走速度取決于導(dǎo)電層的厚度和搭接率，在5-15mm/s之間；高頻感應(yīng)加熱器加熱基材使其表面溫度達(dá)到300-450℃。

更進(jìn)一步，絲材的成分選擇鎳、鉻、鉬或上述幾種元素的合金；絲材直徑主要由送絲機(jī)構(gòu)決定，但不宜超過(guò)3mm，優(yōu)選絲材直徑1-3mm。

本發(fā)明的有效增益：

1，本發(fā)明能徹底擯棄傳統(tǒng)電弧焊的電弧作用，僅利用高溫過(guò)熱金屬熔滴的能量完成導(dǎo)電層與鋼軌基體的冶金結(jié)合。

2，本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是以電弧為熱源的導(dǎo)電層制備裝置示意圖，附圖中各代號(hào)含義：1電源，2電弧，3絲，4送絲機(jī)構(gòu)，5水冷陽(yáng)極，6高溫熔滴，7感應(yīng)加熱頭，8鋼軌，9導(dǎo)電層；

圖2是以激光為熱源的導(dǎo)電層制備裝置示意圖，附圖中各代號(hào)含義：3絲，4送絲機(jī)構(gòu)，6高溫熔滴，7感應(yīng)加熱頭，8鋼軌，9導(dǎo)電層，10激光器，11激光，；

圖3是本發(fā)明制備的導(dǎo)電層單個(gè)顆粒的表面形貌，

圖4是本發(fā)明制備的導(dǎo)電層截面形貌；

圖5是本發(fā)明制備的導(dǎo)電層截面局部電鏡圖；

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施例。

實(shí)施例1

1)對(duì)待處理的鋼軌表面進(jìn)行除銹打磨處理，去除鋼軌表面銹蝕等附著物。

2)選用高熔點(diǎn)的，直徑1.2mm的純鎳絲，由送絲機(jī)構(gòu)送進(jìn)。選用高頻直流起弧，由于鎳絲較細(xì)，選用電流值應(yīng)小一些，電流80A。由此得到的熔滴尺寸較小，為3mm，這時(shí)配合設(shè)計(jì)的水冷陽(yáng)極出口直徑為4mm，熔滴溫度在2000度左右。為了使較小熔滴得到較好的鋪展效果，陽(yáng)極出口高度為50mm。

3)將高溫熔滴制備裝置置于移動(dòng)小車上，由于熔滴尺寸較小，小車行走速度適當(dāng)調(diào)慢，為5mm/s。

4)在熔滴撞擊基材處放置小的高頻感應(yīng)加熱器，由于熔滴尺寸小，鋪展的導(dǎo)電層厚度較薄，所以調(diào)整感應(yīng)加熱器使得局部表面瞬間溫度為300度。

5)在熔滴撞擊基材后方500mm處放置氣體噴頭對(duì)鋼軌表面進(jìn)行冷卻。

由于鎳絲較細(xì)，焊接電流小，得到的熔滴尺寸小，因此得到的導(dǎo)電層厚度較薄，僅為0.6mm。熔滴小帶來(lái)的熱輸入也小，冶金結(jié)合層的厚度為8μm。由于小車的行走速度和熔滴下落高度均較小，搭接率為50％。

實(shí)施例2

1)處理的鋼軌表面進(jìn)行除銹打磨處理，去除鋼軌表面銹蝕等附著物。

2)選用高熔點(diǎn)的，直徑2.5mm的鎳鉻合金絲，由送絲機(jī)構(gòu)送進(jìn)。選用高頻直流起弧，由于絲的粗細(xì)中等，選用電流值應(yīng)適中，電流120A。由此得到的熔滴尺寸為4mm，這時(shí)配合設(shè)計(jì)的水冷陽(yáng)極出口直徑為5mm，熔滴溫度在2300度左右。為了使熔滴得到較好的鋪展效果，陽(yáng)極出口高度為110mm。

3)將高溫熔滴制備裝置置于移動(dòng)小車上，結(jié)合熔滴尺寸，小車行走速度適中，為10mm/s。

4)在熔滴撞擊基材處放置小的高頻感應(yīng)加熱器，由于熔滴尺寸略大，鋪展的導(dǎo)電層厚度適中，所以調(diào)整感應(yīng)加熱器使得局部表面瞬間溫度為350度。

5)在熔滴撞擊基材后方500mm處放置氣體噴頭對(duì)鋼軌表面進(jìn)行冷卻。

由于鎳鉻合金絲稍粗，焊接電流略大，得到的熔滴尺寸略大，因此得到的導(dǎo)電層厚度為1.1mm。熔滴帶來(lái)的熱輸入稍大，冶金結(jié)合層的厚度為10μm。由于小車的行走速度和熔滴下落高度均略大，搭接率為45％。

實(shí)施例3

1)處理的鋼軌表面進(jìn)行除銹打磨處理，去除鋼軌表面銹蝕等附著物。

2)選用高熔點(diǎn)的，直徑3mm的純鉬絲，由送絲機(jī)構(gòu)送進(jìn)。選用高頻直流起弧，由于絲的較粗，選用電流值應(yīng)較大，電流180A。由此得到的熔滴尺寸為6mm，這時(shí)配合設(shè)計(jì)的水冷陽(yáng)極出口直徑為7mm，熔滴溫度在2900度左右。為了使熔滴得到較好的鋪展效果，陽(yáng)極出口高度為150mm。

3)將高溫熔滴制備裝置置于移動(dòng)小車上，熔滴尺寸較大，小車行走速度適當(dāng)調(diào)大，為15mm/s。

4)在熔滴撞擊基材處放置小的高頻感應(yīng)加熱器，由于熔滴尺寸較大，鋪展的導(dǎo)電層厚度較厚，所以調(diào)整感應(yīng)加熱器使得局部表面瞬間溫度為400度。

5)在熔滴撞擊基材后方500mm處放置氣體噴頭對(duì)鋼軌表面進(jìn)行冷卻。

由于鉬絲較粗，焊接電流較大，得到的熔滴尺寸較大，因此得到的導(dǎo)電層厚度為1.6mm。熔滴帶來(lái)的熱輸入較大，冶金結(jié)合層的厚度為16μm。由于小車的行走速度和熔滴下落高度均較大，搭接率為40％。

實(shí)施例4

1)對(duì)待處理的鋼軌表面進(jìn)行除銹打磨處理，去除鋼軌表面銹蝕等附著物。

2)選用高熔點(diǎn)的，直徑1.2mm的純鎳絲，由送絲機(jī)構(gòu)送進(jìn)，選用最大功率300W的可調(diào)光纖激光器對(duì)絲材進(jìn)行加熱，由于鎳絲較細(xì)，實(shí)際功率為110W。由此得到的熔滴尺寸較小，為3mm，熔滴溫度在2000度左右。為了使較小熔滴得到較好的鋪展效果，陽(yáng)極出口高度為50mm。

3)將高溫熔滴制備裝置置于移動(dòng)小車上，由于熔滴尺寸較小，小車行走速度適當(dāng)調(diào)慢，為5mm/s。

4)在熔滴撞擊基材處放置小的高頻感應(yīng)加熱器，由于熔滴尺寸小，鋪展的導(dǎo)電層厚度較薄，所以調(diào)整感應(yīng)加熱器使得局部表面瞬間溫度為300度。

5)在熔滴撞擊基材后方500mm處放置氣體噴頭對(duì)鋼軌表面進(jìn)行冷卻。

由于鎳絲較細(xì)，激光功率小，得到的熔滴尺寸小，因此得到的導(dǎo)電層厚度較薄，僅為0.6mm。熔滴小帶來(lái)的熱輸入也小，冶金結(jié)合層的厚度為8μm。由于小車的行走速度和熔滴下落高度均較小，搭接率為50％。

實(shí)施例5

1)對(duì)待處理的鋼軌表面進(jìn)行除銹打磨處理，去除鋼軌表面銹蝕等附著物。

2)選用高熔點(diǎn)的，直徑2.5mm的鎳鉻合金絲，由送絲機(jī)構(gòu)送進(jìn)，選用最大功率300W的可調(diào)光纖激光器對(duì)絲材進(jìn)行加熱，由于合金絲略粗，實(shí)際功率為200W。由此得到的熔滴尺寸略大，為4mm，熔滴溫度在2300度左右。為了使熔滴得到較好的鋪展效果，陽(yáng)極出口高度為100mm。

3)將高溫熔滴制備裝置置于移動(dòng)小車上，由于熔滴尺寸略大，小車行走速度適當(dāng)增加，為10mm/s。

4)在熔滴撞擊基材處放置小的高頻感應(yīng)加熱器，由于熔滴尺寸略大，鋪展的導(dǎo)電層厚度適中，所以調(diào)整感應(yīng)加熱器使得局部表面瞬間溫度為350度。

5)在熔滴撞擊基材后方500mm處放置氣體噴頭對(duì)鋼軌表面進(jìn)行冷卻。

由于鎳鉻合金絲稍粗，激光功率略大，得到的熔滴尺寸稍大，因此得到的導(dǎo)電層厚度適中，為1.1mm。熔滴帶來(lái)的熱輸入稍大，冶金結(jié)合層的厚度為10μm。由于小車的行走速度和熔滴下落高度均略大，搭接率為45％。

實(shí)施例6

1)對(duì)待處理的鋼軌表面進(jìn)行除銹打磨處理，去除鋼軌表面銹蝕等附著物。

2)選用高熔點(diǎn)的，直徑3mm的純鉬絲，由送絲機(jī)構(gòu)送進(jìn)，選用最大功率300W的可調(diào)光纖激光器對(duì)絲材進(jìn)行加熱，由于鎳絲較粗，實(shí)際功率為300W。由此得到的熔滴尺寸較大，為6mm，熔滴溫度在2900度左右。為了使較大熔滴得到較好的鋪展效果，陽(yáng)極出口高度為150mm。

3)將高溫熔滴制備裝置置于移動(dòng)小車上，由于熔滴尺寸較小，小車行走速度適當(dāng)調(diào)慢，為5mm/s。

4)在熔滴撞擊基材處放置小的高頻感應(yīng)加熱器，由于熔滴尺寸大，鋪展的導(dǎo)電層厚度較厚，所以調(diào)整感應(yīng)加熱器使得局部表面瞬間溫度為400度。

5)在熔滴撞擊基材后方500mm處放置氣體噴頭對(duì)鋼軌表面進(jìn)行冷卻。

由于鉬絲較粗，激光功率較大，得到的熔滴尺寸較大，因此得到的導(dǎo)電層厚度為1.6mm。熔滴帶來(lái)的熱輸入較大，冶金結(jié)合層的厚度為16μm。由于小車的行走速度和熔滴下落高度均較大，搭接率為40％。