Къде нанотехнологиите всъщност се вписват в закрепването на релсите
Железопътните шипове, болтове и скоби се повредят по три начина: корозията намалява сечението, пукнатините от умора нарастват при многократно натоварване и повредата на резбата затруднява поддръжката. Нанотехнологията адресира същите тези три режима на отказ чрез повърхностно инженерство и обработка на стомана. Технологиите, описани тук, не са лабораторни любопитства: нано-модифицираните покрития и фино-зърнестите стомани вече са определени за корозионни-критични линии, докато концепциите за само-възстановяване и сензори все още са в изследователски и пилотен етап. Купувачът трябва да третира двете групи по различен начин и тази статия ясно отбелязва разликата.
Нано-модифицирани анти{1}}корозионни покрития
Най-зрялото приложение е нано-модификацията на конвенционалните цинкови системи. В богато на цинк- покритие, цинковите частици защитават стоманата жертвено; в нано версията част от цинка е заменен с наноразмерни цинкови частици и нано-силициеви пълнители, които уплътняват покритието по-плътно и затварят пътищата на порите, през които влагата и хлоридите достигат до стоманата. Резултатът е по-дълъг живот на корозия на крайбрежни линии и на коловози, третирани със-сол за размразяване, при умерена цена над стандартната-боя, богата на цинк. Добавките на нано-силициев диоксид също подобряват механичната здравина на покриващия филм, така че той издържа по-добре на въздействието на баласта. Тези покрития се нанасят върху шипове, глави на болтове и рибни пластини чрез същите процеси на пръскане, използвани за конвенционалните системи, което ги поддържа съвместими със съществуващите производствени линии.
Графен-подсилени повърхностни слоеве
Графенът и графен{0}}оксидните добавки са второто реално приложение. Графенов слой с дебелина част от микрона е ефективна бариера срещу вода и йони и също така смазва повърхността: изследванията на покритието съобщават за намаляване на триенето в диапазона от 20-40 процента при контролирани условия на изпитване. За крепежните елементи това означава две ползи: по-малко нараняване, когато гайките се забиват върху шипове и болтове, и по-дълъг път за корозия, за да достигне стоманата. Графенът се добавя към свързващото вещество на покритието или се нанася като тънък горен слой върху цинковата система. Практическият ефект върху линията е по-последователен контрол на въртящия момент по време на монтажа и намалено блокиране на резбите по време на отстраняването за поддръжка. Обърнете внимание, че данните за триенето и бариерите идват от лабораторна и пилотна работа; дебелината на слоя и процесът на нанасяне все още се стандартизират за масово производство.
Наноструктурирана стомана за по-висока якост на умора
Животът на умора зависи от микроструктурата на стоманата, не само от нейния химичен състав. Наноструктурираната пружинна стомана се обработва чрез контролирано валцоване и топлинна обработка до много фин размер на зърното, което повишава границата на умора и устойчивостта на образуване на пукнатини. За шип или щипка, които се огъват и освобождават милиони пъти, подобрението се превръща директно в по-дълъг експлоатационен живот преди смяна или в по-малка секция за същия живот, което поддържа олекотяване. Това е постепенно подобрение в металургията на същите марки стомана, използвани днес, потвърдено чрез изпитване на умора, а не чрез маркетингови твърдения, и е най-консервативното от нано приложенията, обсъждани тук.
Самовъзстановяващи се покрития и инхибиторни капсули-
Самовъзстановяващите се интелигентни покрития са-етап на развитие на технология с най-ясен потенциал. Нано-капсули, съдържащи инхибитори на корозията, са диспергирани в покритието; когато драскотина или удар отварят покритието, капсулите на мястото на повредата се разкъсват и освобождават инхибитора, който образува защитен филм върху откритата стомана и забавя по-нататъшната корозия. В лабораторията микро-пукнатините и писците показват значително забавяне на корозията в сравнение с обикновените покрития. Отворените въпроси са срокът на годност на капсулите, цената на квадратен метър и поведението при години на UV излагане и баластно износване. Тази технология е обещаваща за крепежни елементи в най-корозивните среди, но все още не е стандартна спецификация и купувачите трябва да поискат текущи доказателства от тестове, преди да я приемат като алтернатива на доказаните системи.
Сценарии за кандидатстване и насоки за избор
| Сценарий | Препоръчително нано приложение |
|---|---|
| Крайбрежни линии и солени тунели | Нано{0}}модифицирано покритие,-богато на цинк |
| Нишки, които захващат по време на поддръжка | Нано-керамично или твърдо-смазващо покритие на резбата |
| Закопчалки за-тежки превози, умората-критична | Наноструктурирана фино{0}}зърнеста пружинна стомана |
| Пилотни изследователи на корозивни участъци | Покрития на-самовъзстановяващи се-капсули, с доказателства от тестове |
За решенията за закупуване правилото е просто: уточнете доказаните системи за производствени поръчки, изисквайте протоколи от партидни тестове за дебелина на покритието, часове на солен спрей и триене на нишката и третирайте технологиите-на етапа на разработка като пилотни с документирани изпитания, а не като заместители на стандартите. Нано покритието не променя механичните изисквания на шипа, така че степента, размерите и стойностите на въртящия момент в чертежа на закрепване все още са от значение.
Доказани нано приложения: нано-модифицирани-цинкови покрития,-подсилени с графен горни слоеве и фино{3}}наноструктурирана стомана.
Покритията на-самовъзстановяващите се инхибитори-капсули са етап на-разработка и се нуждаят от доказателства от тестове преди спецификация.
Триенето на резбата се променя с покрити повърхности, така че потвърдете прозореца на въртящия момент с доставчика.
ЧЗВ
Използва ли се вече графеново покритие върху железопътни шипове в производството?
Графен{0}}модифицираните покрития са в пилотна и ранна търговска употреба, предимно като горни слоеве върху цинкови системи. Резултатите от триенето и бариерата са документирани в изследванията на покритието, но стандартизацията за крепежни елементи за релси все още продължава.
Колко корозионен живот добавят наноцинковите покрития?
Резултатите от теста варират в зависимост от формулировката и средата; купувачите трябва да разчитат на часовете на солен спрей в спецификацията на покритието, а не на общи твърдения, и да определят целта за околната среда на линията.
Нано покритията променят ли въртящия момент при монтаж?
Те променят триенето на резбата, така че спецификацията на въртящия момент може да се нуждае от корекция. Доставчикът трябва да предостави данните за коефициента на триене и препоръчителния прозорец на въртящия момент за крепежния елемент с покритие.
Може ли наноструктурираната стомана да се заварява или преработва на място?
В никакъв случай не се препоръчва преработване на място за крепежни елементи от пружинна стомана; наноструктурираните сортове се доставят завършени и всяко подаване на топлина променя структурата на зърната и характеристиките на умора.
Кой е най-бързият начин за валидиране на нано покритие за проект?
Изискайте протокола от теста за партиден солен спрей, измерване на дебелината на покритието и тест-за адхезия при напречен разрез върху действителното производствено покритие и стартирайте малък пилотен проект на линията преди поръчка в-пълен мащаб.