專利名稱：智能降溫減脹鋼軌的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于金屬表面熔覆和涂裝領(lǐng)域，具體涉及一種鋼軌表面的一層或兩層或三層的包覆層結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
眾所周知，火車的發(fā)明給人們的出行帶來便利的同時(shí)，也帶來了旅行的安全性問題。影響鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩砸蛩兀饕卿撥壍臏囟?軌溫)。軌溫的變化，直接決定著鋼軌溫度力的變化。在當(dāng)今無縫線路承擔(dān)著火車重載高速發(fā)展的趨勢下，鐵路運(yùn)行的安全問題，直接與軌溫變化的幅度有關(guān)，即與鋼軌溫度力變化幅度有關(guān)，并且成為無縫線路的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的主要因素。特別是在夏天，最高軌溫一般要比當(dāng)?shù)刈罡邭鉁馗叱?0°C左右。 如果不嚴(yán)格而有效地控制軌溫，將會(huì)產(chǎn)生鋼軌變形彎曲，甚至?xí)?dǎo)致脹軌跑道、列車脫軌以致顛覆性重大交通事故。難怪曾有報(bào)道稱2006年7月12日(哈爾濱新晚報(bào)，網(wǎng)訊記者王劍青)、2007年7月21日哈爾濱室外溫度達(dá)到30°C時(shí)，哈爾濱鐵路局工務(wù)段，對(duì)鐵路線重點(diǎn)地段進(jìn)行了融冰、防脹海綿降溫措施。然而，這畢竟是臨時(shí)性的預(yù)防措施，不能解決鋼軌的長期性持續(xù)降溫問題。長期以來，人們面對(duì)鋼軌軌溫隨著環(huán)境溫度的升高而升高這一自然規(guī)律，無法解決自然而長效控制軌溫的世界性難題。發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有鋼軌生產(chǎn)技術(shù)和在線鋼軌的使用技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型的目的之一，是設(shè)計(jì)一種智能降溫減脹鋼軌，從而實(shí)現(xiàn)在環(huán)境溫度下人為控制鋼軌溫度成為可能。具體地說，這種鋼軌會(huì)在夏天自然地降低軌溫，冬天自然地略能升高一些軌溫，以便減少有縫、無縫鐵路線路內(nèi)的溫度力，避免脹軌引起的鋼軌彎曲、脹軌跑道等不良現(xiàn)象發(fā)生，提高鐵路線路行車的安全性。本實(shí)用新型的目的之二，是設(shè)計(jì)一種防腐、耐磨鋼軌，以便延長鋼軌的使用壽命， 降低鐵路線路的運(yùn)營成本。本實(shí)用新型的技術(shù)思路是在鋼軌的上表面獲得導(dǎo)電隔熱、耐磨的激光熔覆層； 在鋼軌表面或者在除激光熔覆層外的其余表面涂覆隔熱、降溫、耐磨的涂料涂層。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)方案是采用激光表面熔覆技術(shù)在鋼軌上表面制備質(zhì)量良好的激光熔覆層；采用噴涂法或輥涂法或刷涂法在鐵路沿線的鋼軌表面或者在除熔覆層外的鋼軌表面涂覆隔熱、導(dǎo)電、降溫、耐腐蝕的涂料涂層。智能降溫減脹鋼軌是根據(jù)鋼軌的熱脹冷縮原理而設(shè)計(jì)的。其結(jié)構(gòu)與普通鋼軌相似，其外形尺寸與重量也與普通鋼軌基本相同。所不同的是，智能降溫減脹鋼軌一方面是在普通鋼軌的上表面和鄂面設(shè)有導(dǎo)電、隔熱降溫功能的激光熔覆層；另一方面采用噴涂法或輥涂法或刷涂法，在鋼軌表面涂覆具有導(dǎo)電、隔熱、調(diào)溫、防腐功能的涂料涂層。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種智能降溫減脹鋼軌，是由鋼軌軌頭⑴，軌鄂(2)，軌腰(3)，軌底⑷，鋼軌表面(5)和鋼軌表面上的包覆層(6)、包覆層(7)、包覆層(8)構(gòu)成的。其中第一層包覆層(6) 包覆在鋼軌表面( 上，第二層包覆層(7)包覆在第一層包覆層(6)上，第三層包覆層(8) 包覆在第二層包覆層(7)上。在包覆層(6)、(7)、(8)中分別含有耐磨、防腐蝕、導(dǎo)電、隔熱、 降溫或調(diào)溫的不同功能性物質(zhì)材料。任意包覆層是涂料涂層或是涂料涂層與噴焊層的組合層或是涂料涂層與激光熔覆層的組合層。并且涂料涂層、噴焊層、激光熔覆層分別是由單層包覆層或者分別是由兩層包覆層或者是由三層包覆層構(gòu)成。構(gòu)成包覆層的物質(zhì)是含有防銹防腐物質(zhì)層、防腐隔熱物質(zhì)層、耐磨物質(zhì)層、耐磨隔熱物質(zhì)層、隔熱降溫物質(zhì)層、智能調(diào)溫物質(zhì)層、良好導(dǎo)電物質(zhì)層中的任意一種物質(zhì)層或任意兩種以上的物質(zhì)層。本實(shí)用新型所述的鋼軌，是指包括各種材質(zhì)，各種類型、各種規(guī)格、各種型號(hào)及各種用途的鋼軌，例如重型鋼軌、輕型鋼軌、國產(chǎn)鋼軌、進(jìn)口鋼軌、新鋼軌、舊鋼軌、在線鋼軌、 退役鋼軌、全長淬火鋼軌和未淬火鋼軌，等等。本實(shí)用新型具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)1、不改變現(xiàn)有鋼軌的幾何尺寸和生產(chǎn)工藝，因而設(shè)備投資少，生產(chǎn)工藝簡單，甚至在在線鋼軌上也可施工，操作方便；2、在鋼軌表面上采用高新技術(shù)，例如激光熔覆技術(shù)，熱噴涂技術(shù)、冷噴涂技術(shù)、噴焊技術(shù)等施工作業(yè)技術(shù)，生產(chǎn)周期短、工效高；3、在軌頭表面制備的焊接層硬度高，導(dǎo)電性好，耐磨性強(qiáng)，其成品質(zhì)量好，從而會(huì)提高鐵路線路列車的運(yùn)輸效率；4、涂層防腐蝕性能好，能延長鋼軌的使用壽命；5、具有隔熱降溫或調(diào)溫包覆層的鋼軌可以減小其橫截面上的溫度力，相應(yīng)會(huì)降低夏天高溫時(shí)脹軌引起的鋼軌彎曲、脹軌跑道等鐵路線路發(fā)生交通事故的危險(xiǎn)性，有助于提高列車運(yùn)輸?shù)陌踩浴?br>
圖1 具有導(dǎo)電耐磨和隔熱涂層的鋼軌橫截面示意圖。圖2 具有耐磨、耐腐蝕和隔熱涂層的鋼軌橫截面示意圖。圖3 具有一層涂層和兩層涂層的鋼軌橫截面示意圖。圖4 具有兩層涂層的鋼軌橫截面示意圖。圖5 具有雙層噴焊層和雙層涂層的鋼軌橫截面示意圖。圖6 具有激光熔覆層和涂料涂層的鋼軌橫截面示意圖。圖7 具有兩層激光熔覆層和兩層涂層的鋼軌橫截面示意圖。圖8 具有三層激光熔覆層和三層涂層的鋼軌橫截面示意圖。下面通過不限定本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，作進(jìn)一步說明。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1圖1中的鋼軌基體是由軌頭⑴、軌鄂(2)、軌腰(3)、軌底(4)和鋼軌表面(5)構(gòu)成的。本實(shí)施例中將在線鋼軌或未上線的鋼軌表面(5)經(jīng)除銹除塵并干燥后，采用熱噴涂或冷噴涂或刷涂法，在鋼軌表面( 涂覆具有導(dǎo)電耐磨隔熱涂層和隔熱降溫涂層構(gòu)成的組合包覆層(6)。例如，其中在軌頭(1)的表面涂覆添加了少量耐磨的隔熱性陶瓷粉末或耐磨隔熱性氧化物陶瓷粉末填料的導(dǎo)電涂料(像添加了少量氧化鋁或氧化鋯、氧化鈦等粉末的導(dǎo)電性鋼鐵構(gòu)件防銹漆或鋼軌防銹漆等)，以便使軌頭表面不僅能夠滿足良好的導(dǎo)電性能要求，而且能增強(qiáng)其耐磨性和隔熱性，形成導(dǎo)電、耐磨的隔熱涂層；在除軌頭(1)的表面外的鋼軌表面(5)上涂覆反射或阻隔太陽熱能的隔熱降溫涂料。使整根鋼軌表面(5)上形成導(dǎo)電耐磨的隔熱涂層和隔熱降溫的涂層構(gòu)成的組合包覆層(6)。鋼軌經(jīng)火車車輪反復(fù)沖壓，軌頭(1)的表面涂層被碾碎剝離，而除軌頭(1)表面外的鋼軌表面(5)上的包覆層仍舊完好無損。這時(shí)只須對(duì)在線鋼軌軌頭(1)重復(fù)表面處理工作，又重復(fù)涂覆鋼軌軌頭(1)上的涂料涂層。如此循環(huán)往復(fù)，一年涂覆數(shù)遍。特別是在春夏， 夏天和夏秋季節(jié)，及時(shí)涂覆軌頭(1)表面的涂層，將會(huì)明顯地降低軌溫，保障鐵路線路上的列車運(yùn)輸安全，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。實(shí)施例2圖2顯示了在由軌頭⑴、軌鄂(2)、軌腰(3)、軌底⑷和鋼軌表面(5)構(gòu)成的鋼軌基體上，制備包覆層(6)后的鋼軌橫截面示意圖。在本實(shí)施例中，將鋼軌表面( 經(jīng)除銹、除塵等表面處理后，在軌頭(1)的表面通過熱噴涂法噴涂一層合金粉末與一種或與數(shù)種少量的氧化物陶瓷粉末組成的混合粉末熔覆層，該混合粉末中的合金粉末與氧化物陶瓷粉末是按一定比例配制的，并且能夠保證良好的導(dǎo)電性和隔熱性，而在其余的鋼軌表面( 上噴涂一層具有隔熱降溫和防腐功能的冷鍍涂料層，使整根鋼軌表面( 上形成熱噴涂層與冷噴涂層的組合包覆層(6)。所述的具有隔熱降溫和防腐功能的涂料，是包括冷噴鋅、冷噴鋁、富鋅、富鋁、富鋅鋁涂料在內(nèi)的每種含鋅、含鋁、含鋅鋁涂料中添加一定比例的一種或數(shù)種氧化物陶瓷粉末的混合涂料。最后，完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫工作。實(shí)施例3在圖3中將鋼軌表面( 經(jīng)過除銹、除塵等的表面處理后，在軌頭(1)的表面采用熱噴涂法噴涂一層金屬陶瓷粉末與熱噴涂陶瓷材料粉末組成的混合粉末熔覆層(6)。例如鎳基、鐵基、鎳鐵基、鈷基等合金粉末中的一種與Zr02、AI203、TiO2, ZnO, CeO、SiO2, Cr2O3> Y2O3> MgO, WC、Ni/Zr02, Ni/AI203、NiO2, Cu/AI203、NiCr/Zr02, AI/AI203 中的一種或兩種或三種粉末，按一定比例配制成混合粉末，并保證其熔覆層具有良好的導(dǎo)電性和隔熱性，而在其余的鋼軌表面( 上先涂覆防腐涂料涂層(6)，所述的防腐涂料是包括冷噴鋅、冷噴鋁、富鋅、富鋁、富鋅鋁在內(nèi)的含鋅涂料或含鋁涂料或含鋅鋁涂料或防銹漆，再在涂層(6)上涂覆隔熱降溫涂料涂層(7)。市售的防腐涂料有HDX5002鋅鋁涂料、ZD96-1、ZH、ZS冷噴鋅涂料、HI-PONZO涂料、托倫牌冷噴鋅和冷噴鋁涂料、G2H203 207富鋅、富鋁涂料、EA-98富鋁涂料等；隔熱降溫涂料有Solacoat反射隔熱降溫涂料、長佑防曬隔熱涂料、DK-211防曬隔熱涂料等。最后，完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫工作。實(shí)施例4圖4是鋼軌表面( 上設(shè)有包覆層(6)和包覆層(7)的鋼軌橫截面示意圖。本實(shí)施例中將鋼軌表面( 經(jīng)過除銹、除塵等的表面處理后，在軌頭(1)的表面采用熱噴涂法，先噴涂一層金屬陶瓷粉末與熱噴涂陶瓷材料粉末組成的混合粉末熔覆層，形成包覆層(6)，其熔覆層的成分與實(shí)施例3的相同；仍然用熱噴涂法在包覆層(6)上再噴涂一層由合金粉末構(gòu)成的熔覆層，形成包覆層(7)。而在其余的鋼軌表面( 上先用噴涂法或輥涂法或刷涂法涂覆一層防腐涂料層，該冷鍍層即是形成的包覆層(6)，再在包覆層(6)上冷鍍一層隔熱降溫涂料或冷鍍一層輻射散熱降溫涂料；先后形成熱噴涂層與冷鍍涂層的組合包覆層(7)。最后，完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫工作。實(shí)施例5圖5是鋼軌表面( 上形成包覆層(6)和包覆層(7)的鋼軌橫截面示意圖。本實(shí)施例中將鋼軌表面( 經(jīng)過除銹、除塵等的表面處理后，在軌頭(1)的表面采用噴焊法，先噴焊一層自熔性合金粉末與包括氧化物陶瓷粉末在內(nèi)的陶瓷材料粉末組成的混合粉末熔覆層，形成隔熱耐磨并用黑色圖形部分表示的包覆層(6)；仍然用噴焊法在包覆層(6)上再噴熔一層由合金粉末構(gòu)成的焊接層，形成用黑色圖形部分表示的包覆層(7)。 而在其余的鋼軌表面( 上先用噴涂法或輥涂法或刷涂法涂覆一層反射隔熱降溫涂料涂層，該冷鍍層即是形成的包覆層(6)，再在包覆層(6)上涂覆一層輻射散熱降溫涂料或?qū)щ娡苛蠈?；先后形成噴焊層與冷鍍涂層的組合包覆層(7)。最后，完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫工作。實(shí)施例6圖6是鋼軌表面( 上設(shè)有包覆層㈩)的鋼軌橫截面示意圖。在本實(shí)施例中，先對(duì)鋼軌表面(5)進(jìn)行除銹、除塵、干燥的表面處理；再在軌頭⑴ 的表面(即在軌頂表面或者包括軌頂表面和軌鄂表面部分)采用激光熔覆技術(shù)熔覆一層合金粉末與陶瓷材料粉末組成的混合粉末的激光熔覆層，形成導(dǎo)電、隔熱、耐磨并用黑色圖形部分表示的包覆層(6)。該包覆層(6)的組成例如是由自熔性合金粉末與氧化物陶瓷粉末混合后構(gòu)成的復(fù)合粉末，也可以是實(shí)施例3中的具體例子等。然后在其余的鋼軌表面(5) 上涂覆一層在環(huán)境溫度下實(shí)現(xiàn)調(diào)溫性的功能涂料包覆層(6)。例如，在白色或銀白色的絕熱反射涂料或隔熱降溫涂料或輻射散熱涂料中加入作為填料的一定比例的常溫可逆溫致變色微膠囊，配制的混合涂料涂覆在鋼軌表面( 上，形成夏天可以使鋼軌降溫、冬天可以使鋼軌略為升高一些溫度的調(diào)溫性涂料層；又如，在鋼軌表面(5)上涂覆一層二氧化釩太陽熱智能控溫涂料，或者直接涂覆市售RPM智能涂料層或涂覆一層相變智能調(diào)溫復(fù)合涂覆材料(青島環(huán)秀涂料有限公司生產(chǎn))；再如，在白色反光防曬漆中添加一定比例的溫致變色微膠囊(熱消色MC粉)，混合均勻后涂覆在鋼軌表面(5)上，形成調(diào)溫性的涂層(6)。其制備過程使整根鋼軌表面上先后形成激光熔覆層與冷鍍涂層的組合包覆層(6)。最后，完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫工作。實(shí)施例7圖7是在鋼軌表面( 上設(shè)有包覆層(6)和包覆層(7)的鋼軌橫截面示意圖。在本實(shí)施例中，先對(duì)鋼軌表面( 進(jìn)行除銹、除塵、干燥的表面處理；再采用送粉式激光熔覆方式，在軌頭(1)的表面熔覆一層合金粉末與陶瓷材料粉末按一定比例配成的混合粉末的激光熔覆層，形成用黑色圖形部分表示的包覆層(6)，再在其余的鋼軌表面(5) 上涂覆一層反射隔熱降溫涂料涂層；先后形成激光熔覆層與冷鍍涂層的組合包覆層(6)； 再在軌頭(1)的表面形成的包覆層(6)上，仍然采用送粉式激光熔覆技術(shù)，熔覆一層合金粉末與氧化物陶瓷粉末的混合粉末形成的激光熔覆層，例如，其合金粉末為鐵基、鎳基、鐵鎳基、鈷基粉末中的一種與所添加的化學(xué)質(zhì)量百分比)為0 3%的Ti02、Si02、ΑΙ203、
6Y203> CaO, MgO、ZrO2, CeO2粉末中的任意一種或任意兩種粉末的混合粉末，最終形成具有良好的導(dǎo)電、隔熱、耐磨并用黑色圖形部分表示的包覆層(7)；然后在其余的包覆層(6)的一部分表面上涂覆一層例如像實(shí)施例6中的常溫下智能性調(diào)溫涂料涂層，在剩余的包覆層 (6)的另一部分表面上涂覆一層導(dǎo)電涂料，形成調(diào)溫性涂層部分和導(dǎo)電涂層部分共有的包覆層(7)。最后完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫工作。圖8公開了在由軌頭⑴、軌鄂(2)、軌腰(3)、軌底(4)和鋼軌表面(5)構(gòu)成的鋼軌基體上設(shè)有包覆層(6)、包覆層(7)和包覆層(8)的鋼軌橫截面示意圖。在本實(shí)施例中，先對(duì)鋼軌表面( 經(jīng)過除銹、除塵、干燥的表面處理；再采用激光熔覆技術(shù)，在軌頭(1)的表面熔覆一層合金粉末與陶瓷材料粉末按一定比例配成的混合粉末的激光熔覆層，形成用黑色圖形部分表示的包覆層(6)，再在其余的鋼軌表面( 上涂覆一層防銹漆或防腐涂料涂層，該冷鍍層也是包覆層(6)；再在軌頭(1)的表面形成的包覆層
(6)上，仍然采用激光熔覆技術(shù)，熔覆一層合金粉末與包覆性納米氧化物顆粒和氧化物陶瓷粉末的混合粉末形成的激光熔覆層，例如，將樹酯黏結(jié)劑與鎳包納米氧化鋁或鋁包納米氧化鋁和氧化鋁或氧化鋯或二氧化鈦混合均勻，涂敷在軌頭(1)表面上的包覆層(6)上，再經(jīng)激光熔覆，形成用黑色圖形部分表示的熱障性包覆層(7)，再在其余的包覆層(6)的表面上，涂覆智能性調(diào)溫涂料涂層，使鋼軌在包覆層(6)上先后形成具有隔熱調(diào)溫性能的包覆層(7)，該包覆層也是激光熔覆層與冷鍍涂層的組合包覆層(7)；最后，在軌頭(1)的包覆層
(7)上，再次利用激光熔覆技術(shù)，熔覆一層具有合金層或具有添加0 3%的氧化物陶瓷粉末的合金層的包覆層(8)，再在其余的包覆層(7)上涂覆一層輻射散熱降溫涂料或?qū)щ娡苛贤繉樱群笫逛撥壨獗砻鏄?gòu)成激光熔覆層與冷鍍涂層的組合包覆層(8)。最終，完成鋼軌的吊裝、堆垛和入庫工作。
權(quán)利要求1.一種智能降溫減脹鋼軌，是由鋼軌軌頭(1)，軌鄂O)，軌腰(3)，軌底0)，鋼軌表面 (5)和鋼軌基體上的包覆層(6)、包覆層(7)、包覆層(8)構(gòu)成的。其特征在于包覆層(6)、 (7)、(8)中的任意一種包覆層是涂料涂層、熱噴涂層與冷鍍涂層的組合涂層、涂料涂層與噴焊層的組合層、涂料涂層與激光熔覆層的組合層中的任意一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能降溫減脹鋼軌，其特征在于在鋼軌表面(5)上設(shè)有包覆層(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的智能降溫減脹鋼軌，其特征在于在包覆層(6)上設(shè)有包覆層(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的智能降溫減脹鋼軌，其特征在于在鋼軌表面(5)上依次設(shè)有包覆層(6)、包覆層(7)、包覆層(8)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能降溫減脹鋼軌，其特征在于熱噴涂層或噴焊層或激光熔覆層是具有導(dǎo)電和隔熱降溫功能性材料的熔覆層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能降溫減脹鋼軌，其特征在于涂料涂層是防銹防腐涂層、 耐磨涂層、防腐耐磨涂層、防腐隔熱涂層、耐磨隔熱涂層、導(dǎo)電涂層、導(dǎo)電隔熱涂層、智能調(diào)溫涂層、智能控溫防腐涂層、散熱降溫涂層、熱障防腐涂層中的任意一種功能性涂料涂層。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種鋼軌。現(xiàn)有的鋼軌，在夏天軌溫要高出環(huán)境溫度20℃左右。由于鋼軌的熱脹冷縮效應(yīng)，夏天若不防范，容易造成鐵路線路上的鋼軌彎曲變形、脹軌跑道、甚至列車翻車等交通事故。本實(shí)用新型公開的智能降溫減脹鋼軌，是在鋼軌的表面設(shè)有隔熱降溫、耐磨防腐的包覆層。該包覆層使夏天的軌溫有所降低，冬天的軌溫略有升高，具有智能調(diào)溫特性，因而相應(yīng)提高了鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?。同時(shí)它還耐磨防腐，延長了鋼軌的使用壽命，故其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益巨大。
文檔編號(hào)E01B5/02GK202139513SQ20112006720
公開日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者張昆 申請(qǐng)人:張昆