车轮在地铁车辆运行安全中的重要性

由于铁路运输的高效率和高容量，铁路运输已被确立为减少交通拥堵的最重要替代方案之一，特别是在城市地区。

尽管没有发生过任何重大或严重的安全事故，但工业的发展和技术进步确确实实提高了列车安全运行的重要性。

车轮是地铁车辆的重要部件之一。地铁线路的特点比高速列车更复杂，频繁的制动和加速很容易损坏车轮。

常见的车轮损坏类型包括轮辋磨损、胎面擦伤、胎面磨损、胎面剥落和轮辋脱落。此外，在车轮维修过程中，车轮和铁轨之间的相对运动可能会造成车轮胎面的磨损。

研究车轮滑动摩擦性能对保证列车安全至关重要。

用于研究车轮滑动摩擦的激光熔覆技术

激光熔覆技术在基材上沉积金属合金的表面层，这在修复高附加值零件方面具有许多潜在应用，并拥有强大的抗磨损和抗滚动接触疲劳裂纹的能力。

激光熔覆技术强化了材料，使基材表面获得优越的品质。大多数研究人员认为，激光熔覆技术可以利用各种合金粉末生产出具有耐磨、减摩、耐腐蚀、抗疲劳和抗氧化的合金涂层。

选择合适的合金粉末对于激光熔覆技术至关重要。铁基和镍基粉末经常被用于轨道和车轮结构。然而，这两种粉末在成分、功能和特性上有所不同。

地铁轮毂修复中Ni、Fe合金的干式滑动摩擦磨损性能分析

据了解，华东交通大学的研究人员肖乾、张博、杨文斌等人对Ni基和Fe基合金涂层在地铁车轮修复中的性能进行了比较。铁路车轮的ER9材料采用激光熔化技术镀上了Ni基和Fe基合金，得到的涂层组织致密、无缺陷、没有裂缝或孔隙。

摩擦试验示意图。

研究人员使用能量色散光谱仪（EDS）、扫描电子显微镜（SEM）、3D光学形貌和X射线衍射仪（XRD）研究了该涂层的微观结构形态、界面元素和相类型。

使用MFT-EC4000往复式电化学磨损和摩擦测试仪和维氏显微硬度测试仪测试涂层的机械性能。实验选择具有 γ(Ni, Fe)、Cr23C6 和 Cr7C3 相的 Ni基涂层和具有γ-Fe、(Fe-Cr-Ni) 和 (Fe, Ni) 固溶体相的Fe基涂层。

在Ni基合金中，铬沉积增强了原子间的结合，并有助于固溶强化。此外，硬质碳化物相的存在和熔覆层结构中的固溶体增加了材料的抗压强度和抗拉强度。

当粘合剂磨损是主要磨损机制时，Ni基涂层在磨损和摩擦试验结束时经历了更严重的氧化。Fe基涂层的硬度为715 HV0.7，是基础材料的2.86倍。Ni基涂层的最大硬度为268.4 HV0.7。

此外，Ni基涂层的摩擦系数低于Fe基涂层。在磨损和摩擦方面，Ni基涂层的耐久性大约是Fe基涂层的四倍。

由于固溶相的存在，Fe基涂层表现出固溶强化。由于熔融涂层预热而发生了局部淬火，这增加了组织的硬度和耐磨性。

Ni基涂层在高温下的功能符合预期，其硬度和摩擦质量也偏低。然而，Ni基合金的经济效益较差。

这项研究表明，激光熔覆技术可以提高车轮的硬度和耐磨性。此外，研究表明，当合金涂层与底层材料相同时，合金粉末可以带来更显着的性能提升。

由于轨道和车轮之间的最佳磨损关系以及涂层的高耐磨性和硬度，Fe基涂层不适用于车轮熔覆。

参考文献

Xiao, Q., Zhang, B., & Yang, W. (2022) 地铁车轮激光熔覆合金涂层的滑动摩擦学性能研究。https://www.mdpi.com/2079-6412/12/10/1561/htm