激光淬火表面處理修復鋼軌的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種金屬材料的表面處理方法，特別設及一種激光澤火表面處理修復 鋼軌的方法。
【背景技術】
[0002] 中國城市軌道交通設備發展迅速，特別是輕軌交通，地鐵交通，高速鐵路交通，鋼 軌建設價值占整體軌道交通建設費用的高達2%價值。但是，由于鋼鐵材料的腐蝕和摩擦磨 損，造成大量經濟損失。特別是，由于頻繁軌道交通運轉，導致鋼軌的磨損嚴重。運種磨損主 要包括，鋼軌間輪軌間因摩擦情況而導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載荷作用下累計損傷的疲勞損傷(裂紋）。因此，目前對于 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 法進行修復，運些方法由于是在鋼軌表面進行層層堆焊，其修復的組織不致密，孔桐多，強 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，增加鋼軌服役時間，減少鋼軌的更 換和修復，成為本領域技術人員關注的問題。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種激光澤火表面處理修復鋼軌的方法，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 行激光掃描，使鋼軌需要修復的部位得到激光澤火澤硬層，修復的鋼軌可W繼續使用，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，增加了鋼軌的 使用壽命，大大降低了鋼軌的使用成本。
[0005] 本發明的技術方案是：
[0006] 激光澤火表面處理修復鋼軌的方法，有W下步驟：
[0007] 1)鋼軌的表面預處理
[0008] 去除表面油污和雜質，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溶液調節溶液的 pH值為8，W利于與Ce化反應生成化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，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，使沉淀物質顆粒的粘結度下降，形成大量顆粒狀物 質；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化前驅粉；
[001 ^ 取化0-〔602前驅粉研磨0.4-0.6小時，加酒精制得Zn0-Ce02吸光材料，將ai0-Ce02 吸光材料涂覆于經表面預處理的鋼軌表面；
[001引 3)激光澤火
[0014] 調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恒定速度進行激光掃描，得到經激光澤火表面處理的鋼軌。
[0015] 步驟2)所述化0-Ce化:酒精的質量:體積為1:5。
[0016] 步驟2)所述化0-Ce化前驅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 轉穩定后進行。
[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 ]優選技術方案是，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] 質量與體積的單位對應為，當質量的單位為克，體積的單位為毫升；當質量的單位 為千克，體積的單位為升。
[0023] 采用本發明所述方法，激光澤火工藝能量分布密集，變形量小，孔桐率低，與基體 材料結合優秀，殘余應力小。實驗結果表明，采用本發明方法修復的鋼軌，在鋼軌修復部分 的表面可W獲得高強度高硬度馬氏體和柔初性奧氏體混合的組織結構，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，摩擦系數為0.179。
[0024] 采用本發明方法修復鋼軌的磨損和裂紋，修復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，大大降低了鋼軌的生產和使用成本。因此，本發明 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，實現優秀的修復效果。
[0025] 本發明所述酒精為工業酒精，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)情況對比；
[0029] 圖4為U75V鋼軌表面激光澤火微觀顯微組織。
【具體實施方式】
[0030] 本發明所述激光澤火表面處理修復鋼軌的方法，有W下步驟：
[0031] 1)鋼軌的表面預處理
[0032] 首先，使用酒精去除需要修復的鋼軌下簡稱鋼軌)表面油污和雜質，然后，采用 超聲波清洗設備清洗鋼軌表面，超聲波清洗設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，采用粗中細砂紙打磨鋼軌表面，降低表面 的粗糖度，W利于摩擦磨損實驗的要求。同時，減少表面氧化物對澤火區域成分的干擾，影 響力學性能和耐腐蝕性能。
[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溶液調節溶 液的pH值為8，W利于與Ce化反應生成化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，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，使沉淀物質顆粒的粘結度下 降，形成大量顆粒狀物質；最后，置于恒溫箱干燥12小時后，再置于馬弗爐中高溫1000°C下 賠燒15-25分鐘，制得化0-Ce化前驅粉，所述化0-Ce化前驅粉為六方晶系納米顆粒。所述化0-Ce化的酒精質量:體積為1:5。
[0036] 取100克ai〇-Ce〇2前驅粉用研磨棒研磨0.4-0.6小時，加500ml酒精制得ai〇-Ce〇2吸 光材料，將化0-Ce化吸光材料預涂厚度為0.02mm至0.05mm覆于經上述表面預處理的鋼軌表 面，吸光材料涂覆的厚度根據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，根據實際情況確定激光修復參數和涂覆粉末效