激光淬火表面處理修復(fù)鋼軌的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種金屬材料的表面處理方法，特別設(shè)及一種激光澤火表面處理修復(fù) 鋼軌的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 中國(guó)城市軌道交通設(shè)備發(fā)展迅速，特別是輕軌交通，地鐵交通，高速鐵路交通，鋼 軌建設(shè)價(jià)值占整體軌道交通建設(shè)費(fèi)用的高達(dá)2%價(jià)值。但是，由于鋼鐵材料的腐蝕和摩擦磨 損，造成大量經(jīng)濟(jì)損失。特別是，由于頻繁軌道交通運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致鋼軌的磨損嚴(yán)重。運(yùn)種磨損主 要包括，鋼軌間輪軌間因摩擦情況而導(dǎo)致鋼軌踏面及接觸面"失重"損傷的磨損損傷，W及 鋼軌踏面因受到列車車輪的循環(huán)載荷作用下累計(jì)損傷的疲勞損傷(裂紋）。因此，目前對(duì)于 因上述磨損和裂紋造成鋼軌不能正常使用的，采用熱噴涂、等離子噴涂等的表面熱處理方 法進(jìn)行修復(fù)，運(yùn)些方法由于是在鋼軌表面進(jìn)行層層堆焊，其修復(fù)的組織不致密，孔桐多，強(qiáng) 度低。疲勞磨損后易失效，容易斷裂，維修成本高。
[0003] 因此，如何降低鋼軌踏面及接觸面的磨損損耗，增加鋼軌服役時(shí)間，減少鋼軌的更 換和修復(fù)，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員關(guān)注的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種激光澤火表面處理修復(fù)鋼軌的方法，該方法在鋼軌表面 涂覆研磨稀釋的吸光材料，利用C〇2激光器在鋼軌表面沿著掃描軸向（任意Χ，Υ，Ζ軸方向）進(jìn) 行激光掃描，使鋼軌需要修復(fù)的部位得到激光澤火澤硬層，修復(fù)的鋼軌可W繼續(xù)使用，更換 后的鋼軌硬度、耐磨性及耐腐蝕性比基體更好，可W減少鋼軌的更換和修復(fù)，增加了鋼軌的 使用壽命，大大降低了鋼軌的使用成本。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] 激光澤火表面處理修復(fù)鋼軌的方法，有W下步驟：
[0007] 1)鋼軌的表面預(yù)處理
[0008] 去除表面油污和雜質(zhì)，超聲清洗鋼軌表面，隨后打磨鋼軌表面；
[0009] 2)鋼軌表面涂覆化OCe〇2吸光材料
[0010] 配制ZnO-CeO嫩光材料：
[00川溶液1:取ZnS04溶于去離子水中，30°C下攬拌；加入5 % (N也)2C03溶液調(diào)節(jié)溶液的 pH值為8，W利于與Ce化反應(yīng)生成化0-Ce化吸光材料;溶液2:取Ce化粉末溶解于去離子水中； 將溶液2緩慢倒入溶液1中反應(yīng)，得到淡黃色沉淀，沉淀先用去離子水洗涂，再用無水乙醇洗 涂，至沉淀稱色;然后，采用超聲波分散，使沉淀物質(zhì)顆粒的粘結(jié)度下降，形成大量顆粒狀物 質(zhì)；最后，置于恒溫箱干燥后再高溫l000°C賠燒15-25分鐘，制得化0-Ce化前驅(qū)粉；
[001 ^ 取化0-〔602前驅(qū)粉研磨0.4-0.6小時(shí)，加酒精制得Zn0-Ce02吸光材料，將ai0-Ce02 吸光材料涂覆于經(jīng)表面預(yù)處理的鋼軌表面；
[001引 3)激光澤火
[0014] 調(diào)整激光澤火器中的光斑為圓形光斑，掃描功率為2500-4000W，使激光器在鋼軌 表面沿著掃描軸向W恒定速度進(jìn)行激光掃描，得到經(jīng)激光澤火表面處理的鋼軌。
[0015] 步驟2)所述化0-Ce化:酒精的質(zhì)量:體積為1:5。
[0016] 步驟2)所述化0-Ce化前驅(qū)粉為六方晶系納米顆粒
[0017] 步驟2)所述的鋼軌表面涂覆化0-Ce化吸光材料涂覆的厚度為0.02mm-0.05mm。
[0018] 步驟3)所述的調(diào)整激光澤火器中的光斑，是在激光澤火器中的C〇2,化和化氣氛運(yùn) 轉(zhuǎn)穩(wěn)定后進(jìn)行。
[0019] 步驟3)所述的恒定速度為掃描速率lOmm/s或20mm/s。
[0020] 步驟 3)所述的掃描功率為 2500W，3000W，3500W，4000W。
[0021 ]優(yōu)選技術(shù)方案是，激光器為C〇2激光器，激光器所使用光斑為直徑4mm2的圓形光斑。
[0022] 質(zhì)量與體積的單位對(duì)應(yīng)為，當(dāng)質(zhì)量的單位為克，體積的單位為毫升；當(dāng)質(zhì)量的單位 為千克，體積的單位為升。
[0023] 采用本發(fā)明所述方法，激光澤火工藝能量分布密集，變形量小，孔桐率低，與基體 材料結(jié)合優(yōu)秀，殘余應(yīng)力小。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用本發(fā)明方法修復(fù)的鋼軌，在鋼軌修復(fù)部分 的表面可W獲得高強(qiáng)度高硬度馬氏體和柔初性?shī)W氏體混合的組織結(jié)構(gòu)，使鋼軌表面的硬 度、耐磨性和耐腐蝕性比鋼軌基體更高，其硬度為800HV，摩擦系數(shù)為0.179。
[0024] 采用本發(fā)明方法修復(fù)鋼軌的磨損和裂紋，修復(fù)后的鋼軌其表面的硬度、耐磨性和 耐腐蝕性比鋼軌基體更高，增加了鋼軌服役時(shí)間，更換后的鋼軌硬度、耐磨性及耐腐蝕性比 基體更好，可W減少鋼軌的更換和修復(fù)，大大降低了鋼軌的生產(chǎn)和使用成本。因此，本發(fā)明 所述方法相比熱噴涂、等離子噴涂等的表面熱處理方法，快速凝固孔桐率較低，激光高能光 束熱變形量小，粉末與基體粘接良好無明顯分界線，實(shí)現(xiàn)優(yōu)秀的修復(fù)效果。
[0025] 本發(fā)明所述酒精為工業(yè)酒精，酒精含量為95%。
【附圖說明】
[0026] 圖1為激光表面澤火試樣和基體試樣的電極電位曲線；
[0027] 圖2為U75V鋼軌基體材料摩擦磨損前(a)、后(b)情況對(duì)比；
[00%]圖3為U75V鋼軌澤火表面材料摩擦磨損前(a)、后(b)情況對(duì)比；
[0029] 圖4為U75V鋼軌表面激光澤火微觀顯微組織。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 本發(fā)明所述激光澤火表面處理修復(fù)鋼軌的方法，有W下步驟：
[0031] 1)鋼軌的表面預(yù)處理
[0032] 首先，使用酒精去除需要修復(fù)的鋼軌下簡(jiǎn)稱鋼軌)表面油污和雜質(zhì)，然后，采用 超聲波清洗設(shè)備清洗鋼軌表面，超聲波清洗設(shè)備使用洗衣粉溶液去除鋼軌表面的油污，洗 至鋼軌表面光澤均勻，即為鋼軌表面洗凈。最后，采用粗中細(xì)砂紙打磨鋼軌表面，降低表面 的粗糖度，W利于摩擦磨損實(shí)驗(yàn)的要求。同時(shí)，減少表面氧化物對(duì)澤火區(qū)域成分的干擾，影 響力學(xué)性能和耐腐蝕性能。
[0033] 2)鋼軌表面涂覆化0-Ce化吸光材料
[0034] 配制化0-Ce化吸光材料：
[00巧]溶液1:取10克ZnS〇4溶于去離子水中，30°C下攬拌，加入5%(NH4)20)3溶液調(diào)節(jié)溶 液的pH值為8，W利于與Ce化反應(yīng)生成化0-Ce化吸光材料;溶液2:取Ce化粉末100克溶解于去 離子水中，將溶液2緩慢倒入溶液1中反應(yīng)，得到淡黃色沉淀，沉淀先用去離子水洗涂5-8次， 再用無水乙醇洗涂5-8次，至沉淀稱色;然后，采用超聲波分散，使沉淀物質(zhì)顆粒的粘結(jié)度下 降，形成大量顆粒狀物質(zhì)；最后，置于恒溫箱干燥12小時(shí)后，再置于馬弗爐中高溫1000°C下 賠燒15-25分鐘，制得化0-Ce化前驅(qū)粉，所述化0-Ce化前驅(qū)粉為六方晶系納米顆粒。所述化0-Ce化的酒精質(zhì)量:體積為1:5。
[0036] 取100克ai〇-Ce〇2前驅(qū)粉用研磨棒研磨0.4-0.6小時(shí)，加500ml酒精制得ai〇-Ce〇2吸 光材料，將化0-Ce化吸光材料預(yù)涂厚度為0.02mm至0.05mm覆于經(jīng)上述表面預(yù)處理的鋼軌表 面，吸光材料涂覆的厚度根據(jù)需要鋼軌損壞的程度確定，損壞程度大，涂覆厚度大，損壞程 度小，涂覆厚度小，根據(jù)實(shí)際情況確定激光修復(fù)參數(shù)和涂覆粉末效