鐵路是最重要的交通方式之一，能夠輕松穿越不同的地形。在許多國(guó)家——例如中國(guó)、美國(guó)、澳大利亞和伊朗——鐵路網(wǎng)絡(luò)穿過(guò)沙漠地區(qū)。這些領(lǐng)域的主要問(wèn)題之一是沙子的移動(dòng)對(duì)有砟鐵路軌道造成各種損壞，例如對(duì)鐵路扣件系統(tǒng)的腐蝕。一些沙漠地區(qū)的土壤成分，例如伊朗的法赫拉吉，由沙子和鹽分組成。由于沙子的運(yùn)動(dòng)和鹽的腐蝕性離子，可能會(huì)腐蝕鐵路扣件系統(tǒng)，這反過(guò)來(lái)又會(huì)降低部件的厚度及其使用壽命。

?

在研究過(guò)程中，引入了用于有砟軌道扣件系統(tǒng)的納米涂層作為一種解決方案，以防止由于沙丘的影響而導(dǎo)致的軌道夾和螺旋道釘?shù)母g，并在實(shí)驗(yàn)室和鐵路的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中對(duì)其性能進(jìn)行了評(píng)估追蹤。腐蝕作為一種電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致金屬轉(zhuǎn)化為金屬離子。在沙地地區(qū)，軌道上的沙子堆積會(huì)導(dǎo)致軌腳、軌枕和扣件系統(tǒng)腐蝕。

?

腐蝕測(cè)量實(shí)驗(yàn)

有大量不同的實(shí)驗(yàn)室方法——例如：線性極化電阻 (LPR)；恒電位和恒電流兩種模式下的電化學(xué)阻抗譜（EIS）；和鹽霧——測(cè)量涂層的耐腐蝕性。由于沙漠地區(qū)沙丘的鹽分性質(zhì)，增加了腐蝕功能，因此在實(shí)驗(yàn)室階段使用 EIS 和鹽霧來(lái)評(píng)估納米涂層的性能。EIS是一種電化學(xué)方法，其中施加電位差并測(cè)量其相關(guān)電流。腐蝕速率和其他電化學(xué)因素可以通過(guò)使用施加的電勢(shì)和相關(guān)電流之間的關(guān)系來(lái)測(cè)量。

鹽霧是用于評(píng)估耐腐蝕性的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。這種方法是一種快速腐蝕測(cè)試，它提供了一個(gè)受控的腐蝕環(huán)境，該環(huán)境已被用來(lái)產(chǎn)生暴露在給定測(cè)試室中的金屬或涂層金屬的相對(duì)耐腐蝕性信息。ASTM B 117被用作鹽霧測(cè)試的通用標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)果和討論

在測(cè)試中，研究了包括螺絲釘和軌道夾在內(nèi)的緊固系統(tǒng)。該測(cè)試包括兩組——具有納米涂層的緊固系統(tǒng)和具有傳統(tǒng)涂層而非納米涂層的緊固系統(tǒng)——以比較測(cè)試結(jié)果并測(cè)量納米涂層對(duì)降低腐蝕速率的影響。

根據(jù)圖1所示的曲線圖，樣品的Nyquist曲線表明，與傳統(tǒng)涂層相比，納米涂層的實(shí)際阻抗 (Z') 增加了315倍，證明了納米涂層緊固系統(tǒng)的耐腐蝕性能-涂層比傳統(tǒng)涂層的緊固系統(tǒng)更堅(jiān)固。

?

在這項(xiàng)研究中，對(duì)有納米涂層的緊固系統(tǒng)和沒(méi)有納米涂層的緊固系統(tǒng)進(jìn)行了兩次鹽霧試驗(yàn)。根據(jù)結(jié)果，沒(méi)有納米涂層的樣品表面在噴涂24小時(shí)后開始腐蝕，168小時(shí)后，樣品表面100%被腐蝕。對(duì)帶有納米涂層的緊固系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果表明，耐腐蝕性顯著提高——在測(cè)試過(guò)程中對(duì)樣品噴涂1,000小時(shí)后，螺釘表面未觀察到腐蝕，這表明納米涂層具有耐腐蝕性能發(fā)揮重要作用。鹽霧試驗(yàn)中使用的帶有和不帶有納米涂層的軌夾和螺絲釘?shù)膱D像如圖2所示。

?

實(shí)地考察

為了進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，主要考慮了穿過(guò)沙漠地區(qū)的鐵路軌道。為了評(píng)估納米涂層的抗腐蝕性能，一些具有傳統(tǒng)涂層的緊固系統(tǒng)被替換為具有納米涂層的緊固系統(tǒng)，第一次到作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)勘察后，螺旋道釘、軌夾和軌腳的腐蝕很明顯。

在使用納米涂層3個(gè)月和12個(gè)月后，為了驗(yàn)證納米涂層的抗腐蝕性能，進(jìn)行了兩次調(diào)查，證明具有納米涂層的緊固系統(tǒng)對(duì)沙丘具有更高的耐腐蝕性。在第一次調(diào)查后——在試點(diǎn)樣品實(shí)施三個(gè)月后——納米涂層的性能完全可以接受。

進(jìn)行納米涂層一年后的調(diào)查圖像表明納米涂層的抗腐蝕性能可接受，而其他沒(méi)有納米涂層的緊固系統(tǒng)由于過(guò)度腐蝕而應(yīng)更換。

結(jié)論

鐵路將不可避免地穿越世界各地的沙漠。沙丘的移動(dòng)——這會(huì)導(dǎo)致鐵路軌道受到化學(xué)侵蝕、道碴層污染和軌道增加等問(wèn)題剛性——是這些區(qū)域的主要問(wèn)題，并且總是對(duì)鐵軌造成損壞。緊固件系統(tǒng)的腐蝕會(huì)導(dǎo)致上層建筑部件的損壞，這是由于鹽沙沙丘的侵襲，并導(dǎo)致維護(hù)成本顯著增加。已經(jīng)提出了各種策略來(lái)防止沙丘運(yùn)動(dòng)的破壞性影響；他們都沒(méi)有完全解決這個(gè)問(wèn)題。對(duì)帶有和不帶有納米涂層的緊固系統(tǒng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)（EIS 測(cè)試和鹽霧測(cè)試）結(jié)果表明，與沒(méi)有納米涂層的傳統(tǒng)緊固系統(tǒng)相比，帶有納米涂層的緊固系統(tǒng)的耐腐蝕性提高了315倍以上。此外，經(jīng)過(guò)1,000小時(shí)的鹽霧噴射，納米涂層螺釘和夾子完全完好無(wú)損?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的結(jié)果證明，具有納米涂層的緊固系統(tǒng)的耐腐蝕性顯著提高。一年后，傳統(tǒng)的緊固系統(tǒng)需要更換，而帶有納米涂層的緊固系統(tǒng)可以正常運(yùn)行而不會(huì)產(chǎn)生任何腐蝕。從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，使用這種方法來(lái)增加緊固系統(tǒng)的耐腐蝕性，由于納米涂層材料的低成本和維護(hù)成本的降低，它是相當(dāng)具有成本效益的。

?

?