本發(fā)明涉及一種具有復合非晶結構保護層的螺旋道釘?shù)纳a方法。

背景技術：

1、鐵軌是采用螺旋道釘被固定在軌枕上，由于螺旋道釘長期處于大氣環(huán)境下，不斷受到雨水、列車廢水的排放、以及運輸過程中遺落化工、礦物等影響，造成其腐蝕嚴重。因此，提高螺旋道釘?shù)哪透g性成為必要。

技術實現(xiàn)思路

1、為提高螺旋道釘?shù)目垢g性，本技術提出了一種具有復合非晶結構保護層的螺旋道釘?shù)纳a方法，其特征在于，包括如下步驟：

2、(1)對道釘本體進行除油、清洗和噴砂處理，該道釘本體采用碳鋼材料制成，獲得潔凈的道釘本體，道釘本體具有采用滾壓方式所形成的外螺紋；

3、(2)噴涂：以鋯基非晶粉末為噴涂材料，采用等離子噴涂方法在道釘本體表面進行噴涂，形成非晶涂層，冷卻到常溫；

4、滾壓：將攜帶有非晶涂層的道釘本體加熱到390-400℃，對非晶涂層進行滾壓，對非晶涂層進行滾壓時，所采用螺紋滾壓模與形成道釘本體上外螺紋的螺紋滾壓模相同；

5、重復噴涂和滾壓3-5次，制成涂層道釘；

6、(3)在氮氣氣氛下，以設定加熱速度將涂層道釘加熱到430-450℃，并在保溫設定時間后，冷卻到室溫。具體地，非晶涂層的厚度為400-600μm。

7、在除油和清洗時，采用丙酮浸泡20-50min，然后用無水乙醇進行超聲清洗30-50min，最后在40-90℃烘干；噴砂時，噴砂壓力為0.5-0.7mpa。

8、非晶合金具有單一均勻的固體相化學結構，不存在晶界、位錯、層錯、孿晶等晶體結構中常見的結構缺陷，也沒有成分偏析和第二相析出，使非晶合金不存在晶間腐蝕，且非晶合金中鈍化能力強的元素，例如fe、cr、ni、co、mo、ta、nb以及w等元素，使非晶合金表面易形成鈍化膜，使得非晶合金涂層具有較強的抗腐蝕能力，以提高螺旋道釘?shù)目垢g能力。

9、鐵軌依靠彈簧扣件被壓緊在軌枕上，彈簧扣件由螺旋道釘受力壓緊，螺旋道釘被錨固到軌枕上并與軌枕形成為一個整體，當列車高速通過時，對鋼軌產生強大的壓力、摩擦力、彈性振動力，使螺旋道釘既受靜態(tài)的拉伸應力也承受列車通過時循環(huán)應力的作用。在螺旋道釘?shù)谋砻嫘纬煞蔷Ш辖鹜繉雍?，由于螺紋的咬合作用，會在非晶合金涂層上產生循環(huán)應力，由于非晶合金的塑性較弱，在螺紋的壓力下，使得非晶合金易于發(fā)生剪切形變而發(fā)生準脆性斷裂形成，導致非晶合金涂層出現(xiàn)裂紋，導致腐蝕性物質能夠經這些裂紋對道釘本體進行腐蝕。

10、本技術中，對非晶涂層在430-450℃進行加熱，該溫度處于鋯基非晶合金的玻璃化轉變溫度之下，在保溫過程中，非晶合金的部分結構形成為zr2cu和zr2ni晶相，成為納米晶，非晶態(tài)和納米晶界面的存在，能夠促進鈍化元素的擴散，加速鈍化膜的形成，有利于提高非晶合金的耐蝕性。

11、同時，對非晶涂層進行加熱保溫時，能夠使非晶合金的自由體積湮滅，原子間距離和化學勢降低，結構弛豫，金屬原子處于低能階狀態(tài)，電化學活性降低，使非晶合金不易發(fā)生腐蝕反應，從而提高非晶合金的耐腐蝕。

12、由于在加熱保溫過程中，部分非晶結構形成為納米晶，成為晶體態(tài)，能夠有效地提高非晶合金的塑性。由于非晶合金的內部結構為一種無序狀態(tài),在宏觀上表現(xiàn)出各向同性特征,并且它不存在晶界、位錯和晶體學取向效應,因此非晶合金材料的變形與斷裂通常表現(xiàn)出不同于金屬晶體材料的特點,如高強度、高硬度、高彈性極限等，使得非晶合金在常溫下主要發(fā)生剪切變形而造成應變高度局部化,導致很容易沿單一剪切帶發(fā)生準脆性斷裂行為。而由于螺旋道釘?shù)木o固是利用螺紋間的咬合，使得螺旋道釘?shù)穆菁y受到所嚙合的內螺紋在軸線方向的擠壓，從而形成剪切作用，這使得螺旋道釘上的非晶合金易于產生上述的準脆性斷裂行為。利用納米晶粒所具有的晶體金屬良好塑性，使得螺旋道釘?shù)穆菁y在所嚙合的內螺紋的擠壓下，能夠生產彈性形變，降低非晶涂層生產斷裂的機會，以保持非晶涂層的完整性。

13、具體地，鋯基非晶粉末的成分以質量百分比計為：50-54wt％的zr，24-28wt％的cu，7-9wt％的al，3-4wt％的ti和7-10wt％的ni。利用上述成分的鋯基非晶粉末所形成的非晶涂層具有較高的耐疲勞強度，能夠適應螺旋道釘所承受的頻繁的受力變化，避免非晶涂層的破裂，從而導致外部腐蝕性物質從破裂所生產的裂縫內進入到道釘本體內，對道釘本體造成腐蝕。

14、具體地，為形成厚薄均勻的非晶涂層，步驟(2)中，在進行噴涂時，等離子噴涂的參數(shù)為：氬氣流量為40-70l/min，氫氣流量為10-25l/min，電流為300-450a，電壓為40-50v，噴涂距離為40-110mm，送粉率為15-30g/min，噴槍移動速度為10-40mm/s。噴槍的噴嘴類型為廣口型或細口型，等離子噴涂噴過程中，噴涂的角度為88-92°。

15、進一步，為便于噴涂，道釘本體固定在旋轉臺上，旋轉臺的轉速為100-200r/min。

16、具體地，步驟(3)中，設定加熱速度為7-9℃/min。設定加熱速度太快時，會導致螺旋道釘本體膨脹速度過快，導致非晶涂層產生裂紋，而設定加熱速度太慢時，導致生產效率降低。

17、具體地，步驟(3)中，保溫設定時間為25-50min。隨著保溫時間的延長，非晶合金的耐蝕性先上升、然后開始下降，其原因應該是，隨著保溫時間的延長，晶化比例逐漸增加，納米晶的比例逐漸增加，有利于鈍化膜的加速形成，但以納米晶粒為點蝕的觸發(fā)點增多，易于發(fā)生局部腐蝕，但由于晶化，使得非晶合金的熱力學穩(wěn)定性增加，因此在晶化初期，熱力學穩(wěn)定性在與局部腐蝕的競爭中處于有利地位，隨著晶相比例的增加，缺陷增加，局部腐蝕慢慢開始占據(jù)主導，耐蝕性開始下降。因此，適當?shù)谋貢r間，能夠使晶化比例保持在合適的范圍內，以提高非晶合金的耐腐蝕性。

18、進一步，非晶涂層由3-5個分涂層構成，每個分涂層采用如下步驟形成：

19、噴涂：以鋯基非晶粉末為噴涂材料，采用等離子噴涂方法在道釘本體表面進行噴涂，成為分涂層，冷卻到常溫，分涂層的厚度為100-150μm；

20、滾壓：將攜帶有分涂層的道釘本體加熱以7-9℃/min的加熱速度到390-400℃，對分涂層進行滾壓，對分涂層進行滾壓時，所采用螺紋滾壓模與形成道釘本體上外螺紋的螺紋滾壓模相同；

21、重復噴涂和滾壓3-5次，制成涂層道釘。

22、采用多次噴涂的方式來形成非晶涂層，能夠有效地提高非晶涂層的均勻性和防腐性能。在390-400進行加熱時，能夠提高非晶合金的塑性，在對分涂層進行滾壓時，能夠使分涂層產生微量的變形，并提高非晶涂層與道釘本體的結合程度，使得部分非晶合金滲入到道釘本體內部。

23、非晶合金雖然具有較較高的耐蝕性，但是其也存在若干缺陷，例如在實際的生產中，非晶表面常常存在一些很小的物理缺陷，這些小的物理缺陷使非晶合金表面的鈍化膜遭到破壞，是產生電蝕的高發(fā)區(qū)域；對分涂層進行滾壓時，利用非晶涂層的塑性，產生一定的變形，能夠減少這些物理缺陷的數(shù)量，從而降低點蝕的發(fā)生率。