Sut i Gymhwyso Technoleg Cladin Laser i Wella Perfformiad Ffrithiant Olwynion Isffordd

Oherwydd ei effeithlonrwydd uchel a'i gapasiti uchel, mae trafnidiaeth rheilffordd wedi'i sefydlu fel un o'r dewisiadau amgen pwysicaf ar gyfer lleihau tagfeydd traffig, yn enwedig mewn ardaloedd trefol. Er na fu unrhyw ddamweiniau diogelwch mawr neu ddifrifol, mae datblygiad diwydiant a chynnydd technolegol wedi cynyddu pwysigrwydd gweithredu trên yn ddiogel. Mae'r olwyn yn un o rannau pwysig y cerbyd isffordd. Mae nodweddion llinellau isffordd yn fwy cymhleth na threnau cyflym, a gall brecio a chyflymiad aml niweidio'r olwynion yn hawdd. Mae mathau cyffredin o ddifrod i olwynion yn cynnwys traul ymyl, crafiadau gwadn, traul gwadn, fflawio gwadn, ac ymylon yn disgyn. Yn ogystal, gall y symudiad cymharol rhwng yr olwyn a'r rheilffordd yn ystod atgyweirio'r olwyn achosi i'r gwadn teiars wisgo. Mae'n bwysig iawn astudio perfformiad ffrithiant llithro olwyn i sicrhau diogelwch y trên.

Mae technoleg cladin laser yn adneuo haen arwyneb o aloion metel ar swbstrad, sydd â llawer o gymwysiadau posibl wrth atgyweirio rhannau gwerth ychwanegol uchel ac sydd ag ymwrthedd cryf i graciau blinder cyswllt gwisgo a rholio.

Mae technoleg cladin laser yn cryfhau'r deunydd ac yn gwneud i wyneb y swbstrad gael ansawdd uwch. Mae'r rhan fwyaf o ymchwilwyr yn credu y gall technoleg cladin laser ddefnyddio powdrau aloi amrywiol i gynhyrchu haenau aloi sy'n gwrthsefyll traul, lleihau ffrithiant, ymwrthedd cyrydiad, ymwrthedd blinder a gwrthiant ocsideiddio.

Mae dewis y powdr aloi cywir yn bwysig iawn ar gyfer technoleg cladin laser. Defnyddir powdrau haearn - a nicel yn aml mewn strwythurau traciau ac olwynion. Fodd bynnag, mae'r ddau bowdwr yn wahanol o ran cyfansoddiad, swyddogaeth a nodweddion.

Deellir bod yr ymchwilwyr wedi cymharu perfformiad haenau aloi seiliedig ar Ni a Fe wrth atgyweirio olwynion isffordd. Mae deunydd ER9 olwynion rheilffordd wedi'i orchuddio â aloion Ni - a Fe gan dechnoleg toddi laser. Mae gan y cotio canlyniadol ficrostrwythur trwchus, dim diffygion, craciau na mandyllau.

Defnyddiodd yr ymchwilwyr sbectrosgopeg gwasgariad ynni (EDS), sganio microsgopeg electron (SEM), topograffeg optegol 3D a diffractometer pelydr-X (XRD) i astudio morffoleg microstrwythur, elfennau rhyngwyneb a mathau cam y cotio.

Profwyd priodweddau mecanyddol y cotio gan ddefnyddio'r profwr traul electrocemegol cilyddol MFT-EC4000 a'r profwr Microhardness Vickers. Dewiswyd haenau seiliedig ar Ni gyda chamau (Ni, Fe), Cr23C6 a Cr7C3 a haenau seiliedig ar Fe gyda chamau datrysiad solet -Fe, (Fe-Cr-Ni) a (Fe, Ni).

Mewn aloion sy'n seiliedig ar Ni, mae dyddodiad cromiwm yn gwella bondio rhyngatomig ac yn cyfrannu at gryfhau hydoddiant solet. Yn ogystal, mae presenoldeb cam carbid caled a'r datrysiad solet yn y strwythur cladin yn cynyddu cryfder cywasgol a chryfder tynnol y deunydd.

Mewn aloion sy'n seiliedig ar Ni, mae dyddodiad cromiwm yn gwella bondio rhyngatomig ac yn cyfrannu at gryfhau hydoddiant solet. Yn ogystal, mae presenoldeb cam carbid caled a'r datrysiad solet yn y strwythur cladin yn cynyddu cryfder cywasgol a chryfder tynnol y deunydd.

Pan mai gwisgo gludiog oedd y prif fecanwaith gwisgo, profodd y cotio sy'n seiliedig ar Ni ocsidiad mwy difrifol ar ddiwedd y profion gwisgo a ffrithiant.

Mae caledwch y cotio sy'n seiliedig ar Fe yn 715 HV0.7, sef 2.86 gwaith yn fwy na'r deunydd sylfaen. Caledwch mwyaf y gorchudd seiliedig ar Ni yw 268.4HV0.7. Yn ogystal, mae cyfernod ffrithiant y cotio seiliedig ar Ni yn is na'r cotio sy'n seiliedig ar Fe. O ran traul a ffrithiant, mae gwydnwch y cotio seiliedig ar Ni tua phedair gwaith yn fwy na'r cotio sy'n seiliedig ar Fe.

Oherwydd presenoldeb cyfnod datrysiad solet, mae haenau sy'n seiliedig ar Fe yn dangos cryfhau datrysiad solet. Mae diffodd lleol yn digwydd oherwydd bod y cotio toddi yn cynhesu ymlaen llaw, sy'n cynyddu caledwch a gwrthsefyll traul y meinwe.

Mae swyddogaeth y cotio sy'n seiliedig ar Ni ar dymheredd uchel yn bodloni disgwyliadau, ac mae ei galedwch a'i ansawdd ffrithiant hefyd yn isel. Fodd bynnag, mae manteision economaidd aloion sy'n seiliedig ar Ni yn wael.

Mae'r astudiaeth hon yn dangos y gall technoleg cladin laser wella caledwch a gwrthsefyll gwisgo olwynion. Yn ogystal, mae astudiaethau wedi dangos, pan fo'r cotio aloi yr un fath â'r deunydd sylfaenol, y gall y powdr aloi ddod â gwelliannau perfformiad mwy arwyddocaol.

Oherwydd y berthynas wisgo orau rhwng y trac a'r olwyn a gwrthiant gwisgo uchel a chaledwch y cotio, nid yw haenau sy'n seiliedig ar Fe yn addas ar gyfer cladin olwynion.

Cyfeirnod:
Xiao, Q., Zhang, B., & Yang, W. (2022) Priodweddau triolegol llithro haenau aloi cladin laser ar olwynion isffordd. https://www.mdpi.com/2079-6412/12/10/1561/htm