激光淬火表面处理修复钢轨的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种金属材料的表面处理方法，特别设及一种激光泽火表面处理修复 钢轨的方法。
【背景技术】
[0002] 中国城市轨道交通设备发展迅速，特别是轻轨交通，地铁交通，高速铁路交通，钢 轨建设价值占整体轨道交通建设费用的高达2%价值。但是，由于钢铁材料的腐蚀和摩擦磨 损，造成大量经济损失。特别是，由于频繁轨道交通运转，导致钢轨的磨损严重。运种磨损主 要包括，钢轨间轮轨间因摩擦情况而导致钢轨踏面及接触面"失重"损伤的磨损损伤，W及 钢轨踏面因受到列车车轮的循环载荷作用下累计损伤的疲劳损伤(裂纹）。因此，目前对于 因上述磨损和裂纹造成钢轨不能正常使用的，采用热喷涂、等离子喷涂等的表面热处理方 法进行修复，运些方法由于是在钢轨表面进行层层堆焊，其修复的组织不致密，孔桐多，强 度低。疲劳磨损后易失效，容易断裂，维修成本高。
[0003] 因此，如何降低钢轨踏面及接触面的磨损损耗，增加钢轨服役时间，减少钢轨的更 换和修复，成为本领域技术人员关注的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种激光泽火表面处理修复钢轨的方法，该方法在钢轨表面 涂覆研磨稀释的吸光材料，利用C〇2激光器在钢轨表面沿着扫描轴向（任意Χ，Υ，Ζ轴方向）进 行激光扫描，使钢轨需要修复的部位得到激光泽火泽硬层，修复的钢轨可W继续使用，更换 后的钢轨硬度、耐磨性及耐腐蚀性比基体更好，可W减少钢轨的更换和修复，增加了钢轨的 使用寿命，大大降低了钢轨的使用成本。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] 激光泽火表面处理修复钢轨的方法，有W下步骤：
[0007] 1)钢轨的表面预处理
[0008] 去除表面油污和杂质，超声清洗钢轨表面，随后打磨钢轨表面；
[0009] 2)钢轨表面涂覆化OCe〇2吸光材料
[0010] 配制ZnO-CeO嫩光材料：
[00川溶液1:取ZnS04溶于去离子水中，30°C下揽拌；加入5 % (N也)2C03溶液调节溶液的 pH值为8，W利于与Ce化反应生成化0-Ce化吸光材料;溶液2:取Ce化粉末溶解于去离子水中； 将溶液2缓慢倒入溶液1中反应，得到淡黄色沉淀，沉淀先用去离子水洗涂，再用无水乙醇洗 涂，至沉淀稱色;然后，采用超声波分散，使沉淀物质颗粒的粘结度下降，形成大量颗粒状物 质；最后，置于恒溫箱干燥后再高溫l000°C赔烧15-25分钟，制得化0-Ce化前驱粉；
[001 ^ 取化0-〔602前驱粉研磨0.4-0.6小时，加酒精制得Zn0-Ce02吸光材料，将ai0-Ce02 吸光材料涂覆于经表面预处理的钢轨表面；
[001引 3)激光泽火
[0014] 调整激光泽火器中的光斑为圆形光斑，扫描功率为2500-4000W，使激光器在钢轨 表面沿着扫描轴向W恒定速度进行激光扫描，得到经激光泽火表面处理的钢轨。
[0015] 步骤2)所述化0-Ce化:酒精的质量:体积为1:5。
[0016] 步骤2)所述化0-Ce化前驱粉为六方晶系纳米颗粒
[0017] 步骤2)所述的钢轨表面涂覆化0-Ce化吸光材料涂覆的厚度为0.02mm-0.05mm。
[0018] 步骤3)所述的调整激光泽火器中的光斑，是在激光泽火器中的C〇2,化和化气氛运 转稳定后进行。
[0019] 步骤3)所述的恒定速度为扫描速率lOmm/s或20mm/s。
[0020] 步骤 3)所述的扫描功率为 2500W，3000W，3500W，4000W。
[0021 ]优选技术方案是，激光器为C〇2激光器，激光器所使用光斑为直径4mm2的圆形光斑。
[0022] 质量与体积的单位对应为，当质量的单位为克，体积的单位为毫升；当质量的单位 为千克，体积的单位为升。
[0023] 采用本发明所述方法，激光泽火工艺能量分布密集，变形量小，孔桐率低，与基体 材料结合优秀，残余应力小。实验结果表明，采用本发明方法修复的钢轨，在钢轨修复部分 的表面可W获得高强度高硬度马氏体和柔初性奥氏体混合的组织结构，使钢轨表面的硬 度、耐磨性和耐腐蚀性比钢轨基体更高，其硬度为800HV，摩擦系数为0.179。
[0024] 采用本发明方法修复钢轨的磨损和裂纹，修复后的钢轨其表面的硬度、耐磨性和 耐腐蚀性比钢轨基体更高，增加了钢轨服役时间，更换后的钢轨硬度、耐磨性及耐腐蚀性比 基体更好，可W减少钢轨的更换和修复，大大降低了钢轨的生产和使用成本。因此，本发明 所述方法相比热喷涂、等离子喷涂等的表面热处理方法，快速凝固孔桐率较低，激光高能光 束热变形量小，粉末与基体粘接良好无明显分界线，实现优秀的修复效果。
[0025] 本发明所述酒精为工业酒精，酒精含量为95%。
【附图说明】
[0026] 图1为激光表面泽火试样和基体试样的电极电位曲线；
[0027] 图2为U75V钢轨基体材料摩擦磨损前(a)、后(b)情况对比；
[00%]图3为U75V钢轨泽火表面材料摩擦磨损前(a)、后(b)情况对比；
[0029] 图4为U75V钢轨表面激光泽火微观显微组织。
【具体实施方式】
[0030] 本发明所述激光泽火表面处理修复钢轨的方法，有W下步骤：
[0031] 1)钢轨的表面预处理
[0032] 首先，使用酒精去除需要修复的钢轨下简称钢轨)表面油污和杂质，然后，采用 超声波清洗设备清洗钢轨表面，超声波清洗设备使用洗衣粉溶液去除钢轨表面的油污，洗 至钢轨表面光泽均匀，即为钢轨表面洗净。最后，采用粗中细砂纸打磨钢轨表面，降低表面 的粗糖度，W利于摩擦磨损实验的要求。同时，减少表面氧化物对泽火区域成分的干扰，影 响力学性能和耐腐蚀性能。
[0033] 2)钢轨表面涂覆化0-Ce化吸光材料
[0034] 配制化0-Ce化吸光材料：
[00巧]溶液1:取10克ZnS〇4溶于去离子水中，30°C下揽拌，加入5%(NH4)20)3溶液调节溶 液的pH值为8，W利于与Ce化反应生成化0-Ce化吸光材料;溶液2:取Ce化粉末100克溶解于去 离子水中，将溶液2缓慢倒入溶液1中反应，得到淡黄色沉淀，沉淀先用去离子水洗涂5-8次， 再用无水乙醇洗涂5-8次，至沉淀稱色;然后，采用超声波分散，使沉淀物质颗粒的粘结度下 降，形成大量颗粒状物质；最后，置于恒溫箱干燥12小时后，再置于马弗炉中高溫1000°C下 赔烧15-25分钟，制得化0-Ce化前驱粉，所述化0-Ce化前驱粉为六方晶系纳米颗粒。所述化0-Ce化的酒精质量:体积为1:5。
[0036] 取100克ai〇-Ce〇2前驱粉用研磨棒研磨0.4-0.6小时，加500ml酒精制得ai〇-Ce〇2吸 光材料，将化0-Ce化吸光材料预涂厚度为0.02mm至0.05mm覆于经上述表面预处理的钢轨表 面，吸光材料涂覆的厚度根据需要钢轨损坏的程度确定，损坏程度大，涂覆厚度大，损坏程 度小，涂覆厚度小，根据实际情况确定激光修复参数和涂覆粉末效