Tầm quan trọng của bánh xe đối với sự an toàn của phương tiện tàu điện ngầm
Do hiệu quả cao và năng lực vận tải cao, vận tải đường sắt đã được coi là một trong những giải pháp thay thế quan trọng nhất để giảm ùn tắc giao thông, đặc biệt là ở các khu vực đô thị. Mặc dù chưa xảy ra tai nạn lớn hoặc nghiêm trọng nào về an toàn nhưng sự phát triển của ngành và tiến bộ công nghệ đã thực sự nâng cao tầm quan trọng của việc vận hành tàu an toàn. Bánh xe là một trong những bộ phận quan trọng của xe điện ngầm. Đặc điểm của các tuyến tàu điện ngầm phức tạp hơn tàu cao tốc, việc phanh và tăng tốc thường xuyên có thể dễ làm hỏng bánh xe. Các loại hư hỏng bánh xe phổ biến bao gồm mòn vành, trầy xước mặt lốp, mòn mặt lốp, bong tróc mặt lốp và rơi vành. Ngoài ra, chuyển động tương đối giữa bánh xe và đường ray trong quá trình sửa chữa bánh xe có thể khiến mặt lốp bị mòn. Việc nghiên cứu đặc tính ma sát trượt của bánh xe để đảm bảo an toàn cho đoàn tàu là rất quan trọng.
Công nghệ ốp laze
Công nghệ ốp laze phủ một lớp hợp kim kim loại lên bề mặt, lớp này có nhiều ứng dụng tiềm năng trong việc sửa chữa các bộ phận có giá trị gia tăng cao và có khả năng chống mài mòn và các vết nứt do mỏi tiếp xúc lăn rất tốt.
Công nghệ ốp laze giúp tăng cường độ bền cho vật liệu và làm cho bề mặt nền đạt được chất lượng vượt trội. Hầu hết các nhà nghiên cứu tin rằng công nghệ phủ laser có thể sử dụng nhiều loại bột hợp kim khác nhau để tạo ra lớp phủ hợp kim có khả năng chống mài mòn, giảm ma sát, chống ăn mòn, chống mỏi và chống oxy hóa.
Việc lựa chọn loại bột hợp kim phù hợp là rất quan trọng đối với công nghệ phủ laser. Bột gốc sắt và niken thường được sử dụng trong các kết cấu đường ray và bánh xe. Tuy nhiên, hai loại bột này khác nhau về thành phần, chức năng và đặc tính.
Phân tích đặc tính ma sát trượt khô và mài mòn của hợp kim Ni và Fe trong sửa chữa bánh xe metro
Điều này được hiểu rằng các nhà nghiên cứu đã so sánh hiệu suất của lớp phủ hợp kim gốc Ni và Fe trong việc sửa chữa bánh xe điện ngầm. Vật liệu ER9 của bánh xe đường sắt được phủ bằng hợp kim gốc Ni - và Fe bằng công nghệ nấu chảy laser. Lớp phủ thu được có cấu trúc vi mô dày đặc, không có khuyết tật, vết nứt hoặc lỗ chân lông.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng phương pháp quang phổ tán sắc năng lượng (EDS), kính hiển vi điện tử quét (SEM), địa hình quang học 3D và máy đo nhiễu xạ tia X (XRD) để nghiên cứu hình thái cấu trúc vi mô, các thành phần giao diện và loại pha của lớp phủ.
Các đặc tính cơ học của lớp phủ đã được kiểm tra bằng máy thử ma sát và mài mòn điện hóa chuyển động qua lại MFT-EC4000 và máy thử độ cứng vi mô Vickers. Các lớp phủ gốc Ni với các pha (Ni, Fe), Cr23C6 và Cr7C3 và các lớp phủ gốc Fe với các pha dung dịch rắn -Fe, (Fe-Cr-Ni) và (Fe, Ni) đã được lựa chọn.
Trong các hợp kim gốc Ni, sự lắng đọng crom giúp tăng cường liên kết giữa các nguyên tử và góp phần tăng cường độ bền của dung dịch rắn. Ngoài ra, sự có mặt của pha cacbua cứng và dung dịch rắn trong cấu trúc lớp phủ làm tăng cường độ nén và độ bền kéo của vật liệu.
Trong các hợp kim gốc Ni, sự lắng đọng crom giúp tăng cường liên kết giữa các nguyên tử và góp phần tăng cường độ bền của dung dịch rắn. Ngoài ra, sự có mặt của pha cacbua cứng và dung dịch rắn trong cấu trúc lớp phủ làm tăng cường độ nén và độ bền kéo của vật liệu.
Khi mài mòn do dính là cơ chế mài mòn chính, lớp phủ gốc Ni trải qua quá trình oxy hóa nghiêm trọng hơn khi kết thúc các thử nghiệm mài mòn và ma sát.
Độ cứng của lớp phủ gốc Fe là 715 HV0,7, gấp 2,86 lần so với vật liệu nền. Độ cứng tối đa của lớp phủ gốc Ni là 268,4HV0.7. Ngoài ra, hệ số ma sát của lớp phủ gốc Ni thấp hơn so với lớp phủ gốc Fe. Xét về độ mài mòn và ma sát, độ bền của lớp phủ gốc Ni gấp khoảng bốn lần so với lớp phủ gốc Fe.
Do sự có mặt của pha dung dịch rắn, lớp phủ gốc Fe cho thấy độ bền của dung dịch rắn. Quá trình làm nguội cục bộ xảy ra do quá trình gia nhiệt trước của lớp phủ nóng chảy, làm tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn của mô.
Chức năng của lớp phủ gốc Ni ở nhiệt độ cao đáp ứng được kỳ vọng, đồng thời độ cứng và chất lượng ma sát của nó cũng thấp. Tuy nhiên, lợi ích kinh tế của hợp kim dựa trên Ni là kém.
Nghiên cứu này cho thấy công nghệ ốp laze có thể cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn của bánh xe. Ngoài ra, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi lớp phủ hợp kim giống với vật liệu bên dưới, bột hợp kim có thể mang lại những cải tiến hiệu suất đáng kể hơn.
Do mối quan hệ mài mòn tối ưu giữa rãnh và bánh xe cũng như khả năng chống mài mòn và độ cứng cao của lớp phủ, lớp phủ gốc Fe không thích hợp để ốp bánh xe.
Thẩm quyền giải quyết:
Xiao, Q., Zhang, B., & Yang, W. (2022) Đặc tính ma sát trượt của lớp phủ hợp kim phủ laze trên bánh xe điện ngầm. https://www.mdpi.com/2079-6412/12/10/1561/htm