粉末復合滲鋅技術在高鐵上的應用　　

       為了滿足社會快速發展和日益增長的鐵路客運服務需要，我國在2007年4用全國鐵路第六次大面積提速之后，高速鐵路進入了新的、快速發展時期。高速鐵路不僅僅是速度的增加，而且還是技術上全方位的提高。高速列車運行中不僅會產生高頻震動、還會伴隨著沿路砂土對鐵路鋼質結構件的表面造成沖擊、磨損破壞，以及野外惡劣氣候環境對金屬材料鋼鐵造成不同程度的腐蝕。鐵路上原有的防腐蝕措施面臨著新的挑戰，像富鋅涂層、熱浸鍍鋅等涂層技術在惡劣環境中極易損壞甚至脫落，從而對鋼基體失去保護作用。防腐蝕問題解決的好壞直接影響了高速鐵路上高速列車的運行安全。

　　粉末復合滲鋅技術的原理是將微納米滲鋅劑與鋼鐵制件置于滲鋅爐中，加熱到350℃~420℃，活性鋅原子則由表及里地向鋼鐵制件滲透，與此同時，鐵原子由內向外擴散，這就在鋼鐵制件的表層形成鋅-鐵金屬間化合物，即鍍鋅層。這種鍍層與熱鍍鋅（包括熱浸鍍、熱噴涂鍍）、電鍍鋅（包括電鍍、離子鍍或離子注入等）、冷鍍鋅（包括機械鍍、化學鍍、涂刷鍍等）等鍍層相比較，具有以下優點：

　　（1）鍍層與基體金屬鋼鐵結合強度高。滲鋅鍍層為熱擴散冶金結合，鍍層難以機械剝離掉。

　　（2）鍍層硬度高，耐磨損和抗劃傷能力強。滲鋅鍍層鋅鐵合金的顯微硬度一股為220-420Hv，是目前鋅鍍層中最硬的。熱侵鍍鋅、電鍍鋅層表面為純鋅，鍍層硬度一般較低，為71-88HV。硬度越高表明鍍層耐磨損性越好，抗表面劃傷能力越強。

　　（3）鍍層耐腐蝕性強。適合于海洋大氣、惡劣的工業大氣等多種環境使用。

　　（4）滲鋅技術無氫脆危害。對于高強度鋼，可有效減少或避免氫脆的產生。

　　（5）鍍層涂覆性能好。滲鋅涂層與各種油漆和高分子涂料之間具有很好附著強度，有利于特別惡劣環境的復合防腐蝕的設計和施工。

　　（6）鈹層厚度均勻性好且可以準確控制。鍍層厚度只取決于工藝過程，與構件的形狀和不同位置無關。對形狀復雜構件如螺紋、盲孔、內壁或凹槽等部位，通過控制規范即可獲得在20-llOm之間變化滲層，且厚度幾乎相同。（如圖1）

圖-1-螺栓螺紋位置的均勻滲鋅鍍層

       （7）粉末復合滲鋅技術加熱溫度相對低、不影響構件機械性能；滲鋅保溫時間短，節約能源，生產效率高。

　　滲鋅技術在上個世紀70年代歐洲的工業發達國家得到普遍推廣應用，在英國、德國、法國及荷蘭等國家還制定了有關粉末滲鋅的標準，這些標準發展通過修訂合并發展成為今天的EN13811-2003《鐵制品的鋅擴散涂層》。美國在2008年也出版了ASTM標準AlO59/AlO59M-2008《鋼鐵緊固件、五金器具和其他產晶的鋅合金熱擴散涂層》。粉末滲鋅工藝作為鋼鐵材料的一種有效防腐技術目前在歐洲及工業發達國家獲得廣泛應用，英國每年有幾萬噸各類鋼鐵零件采用粉末滲鋅工藝進行處理，如英國Bodycote Metal Technology  Group是全世界最大的從事金屬熱處理加工企業，其粉末滲鋅產品廣泛應用于許多工業防腐領域，在美國、日本、加拿大、荷蘭及德國等國家都采用了大量的粉末滲鋅鋼鐵材料構件。我國在上個世紀80年代末實現了工業化生產，開發出粉末滲鋅成套設備和粉末滲鋅產品等有關國家專利。1991年形成了JB/T 5067-1991《鋼鐵制件粉末機械鍍滲鋅》國家機械行業標淮，1999年該標準修訂為J/T 5067-1999《鋼鐵制件粉末滲鋅》。這標志著國內粉末滲鋅防腐技術進入工業化的應用階段。目前粉末滲鋅防腐涂層具有的優異長效耐腐蝕性能已獲得工程界的普遍認可，并在交通（地鐵工程、鐵路）、電力、化工、電信等防腐領域獲得廣泛應用，2006年國家鐵道部已將粉末滲鋅工藝作為鐵路鋼支座和連接件的規定防腐蝕處理方法編入有關設計標準中。粉末滲鋅作為鋼鐵防腐領域一種有效表面防護方法，在工程應用中發揮越來越重要的作用。

　　粉末復合滲鋅技術是在傳統的粉末滲劑中添加微納米活化劑方式來改善粉末滲鋅工藝，不僅降低了工藝溫度、縮短工藝時間，還可以獲得硬度較高、耐腐蝕性能、抗高溫氧化性能以及力學等綜合性能更為優異的滲鋅鍍層。

　　粉末滲鋅技術在高速鐵路上的應用主要有∶

　　（l）高速鐵路上的鋼軌或鋼枕

　　高速鐵路的鋼軌或鋼枕的腐蝕主要發生在海濱、鹽湖地區以及潮濕的隧道中。如果鋼軌應用在特殊的氣候環境，潮濕多霧，軌底腐蝕會呈現小片脫落，軌表面和側面因磨損和腐蝕，使用幾年就得報廢更換。再例如如果遇到一些長、大的隧道內，內部常年滴水，通風效果差，相對濕度大，含有二氧化硫、二氧化氮等有害氣體，使軌道上鋼結構件表面凝聚的水膜不易發揮，提供了充足的腐蝕條件，并且有害氣體使水膜的pH值降低，成為大氣腐蝕嚴重的典型。目前滲鋅技術已在部分地鐵鋼枕上得到很好的運用（如圖2），可有效減緩地鐵環境中的腐蝕。

　圖-2-經過粉末復合滲鋅處理的地鐵鋼枕

       （2）高速鐵路上軌道扣件、道釘和接觸網等金具

　　高速鐵路上軌道扣件、道釘和接觸網的腐蝕，在某些潮濕地區也是非常嚴重的。對于軌道扣件和道釘采用滲鋅鍍層，可以有效防止施工過程中對鍍層產生的劃傷、磨損、磕碰等破壞，對于比較嚴重的空氣污染、特別是酸雨地區，滲鋅鍍層更適合采用復合防腐，例如：表面涂覆適當的油漆，以抵御酸雨的浸蝕。

　　（3）高速鐵路上通信、電力基礎設施的鋼鐵材料制品

       高速鐵路上信號器材、電力出土管、電纜托架等鋼鐵材料制品及構件均可以采用粉末復合滲鋅技術對表面進行防腐蝕處理。

　　高速鐵路有其自身的特點，各種材料的用量大、要求高，對有關材料的腐蝕與防護問題應給以足夠重視。對于鋼鐵材料和構件應考慮其本身特點，選用抗腐蝕性能好、耐磨損、易施工的防腐蝕措施。除此之外，還應考慮節能和環保。高速鐵路的腐蝕與防護在鐵道部門雖然屬于邊緣學科，但其重要性不可小視，解決好這一方面的問題對運輸安全和生產都將產生很大的作用。

　　粉末復合滲鋅鍍層與傳統的鋅鍍層比較，不僅具有鍍層與基體的結合強度很高，耐腐蝕性和抗磨損與抗沖擊等特性，還具有如工藝過程簡單、節省原料及不污染環境等優點。粉末復合滲鋅過程節約鋅粉，鋅粉消耗量是熱噴涂鋅的30%、熱浸鍍鋅的60%。粉末復合滲鋅過程對周圍環境沒有污染。熱浸鍍鋅有鋅廢料和鋅蒸汽等污染，電鍍鋅有“三廢”排放嚴重污染，達克羅（鋅鉻）涂層由于存在“六價鉻”對環境產生嚴重污染，目前國外已限制達克羅涂層的工業應用。綜上所述，粉末復合滲鋅鍍層在高速鐵路上鋼結構件以及通信設施上等鋼鐵材料制品防腐工程領域具有極為廣泛的應用前景。

 

圖5-經過粉末復合滲鋅處理的信號器材