粉末复合渗锌技术在高铁上的应用　　

为了满足社会快速发展和日益增长的铁路客运服务需要，我国在2007年4用全国铁路第六次大面积提速之后，高速铁路进入了新的、快速发展时期。高速铁路不仅仅是速度的增加，而且还是技术上全方位的提高。高速列车运行中不仅会产生高频震动、还会伴随着沿路砂土对铁路钢质结构件的表面造成冲击、磨损破坏，以及野外恶劣气候环境对金属材料钢铁造成不同程度的腐蚀。铁路上原有的防腐蚀措施面临着新的挑战，像富锌涂层、热浸镀锌等涂层技术在恶劣环境中极易损坏甚至脱落，从而对钢基体失去保护作用。防腐蚀问题解决的好坏直接影响了高速铁路上高速列车的运行安全。

　　粉末复合渗锌技术的原理是将微纳米渗锌剂与钢铁制件置于渗锌炉中，加热到350℃~420℃，活性锌原子则由表及里地向钢铁制件渗透，与此同时，铁原子由内向外扩散，这就在钢铁制件的表层形成锌-铁金属间化合物，即镀锌层。这种镀层与热镀锌（包括热浸镀、热喷涂镀）、电镀锌（包括电镀、离子镀或离子注入等）、冷镀锌（包括机械镀、化学镀、涂刷镀等）等镀层相比较，具有以下优点：

　　（1）镀层与基体金属钢铁结合强度高。渗锌镀层为热扩散冶金结合，镀层难以机械剥离掉。

　　（2）镀层硬度高，耐磨损和抗划伤能力强。渗锌镀层锌铁合金的显微硬度一股为220-420Hv，是目前锌镀层中最硬的。热侵镀锌、电镀锌层表面为纯锌，镀层硬度一般较低，为71-88HV。硬度越高表明镀层耐磨损性越好，抗表面划伤能力越强。

　　（3）镀层耐腐蚀性强。适合于海洋大气、恶劣的工业大气等多种环境使用。

　　（4）渗锌技术无氢脆危害。对于高强度钢，可有效减少或避免氢脆的产生。

　　（5）镀层涂覆性能好。渗锌涂层与各种油漆和高分子涂料之间具有很好附着强度，有利于特别恶劣环境的复合防腐蚀的设计和施工。

　　（6）铍层厚度均匀性好且可以准确控制。镀层厚度只取决于工艺过程，与构件的形状和不同位置无关。对形状复杂构件如螺纹、盲孔、内壁或凹槽等部位，通过控制规范即可获得在20-llOm之间变化渗层，且厚度几乎相同。（如图1）

图-1-螺栓螺纹位置的均匀渗锌镀层

（7）粉末复合渗锌技术加热温度相对低、不影响构件机械性能；渗锌保温时间短，节约能源，生产效率高。

　　渗锌技术在上个世纪70年代欧洲的工业发达国家得到普遍推广应用，在英国、德国、法国及荷兰等国家还制定了有关粉末渗锌的标准，这些标准发展通过修订合并发展成为今天的EN13811-2003《铁制品的锌扩散涂层》。美国在2008年也出版了ASTM标准AlO59/AlO59M-2008《钢铁紧固件、五金器具和其他产晶的锌合金热扩散涂层》。粉末渗锌工艺作为钢铁材料的一种有效防腐技术目前在欧洲及工业发达国家获得广泛应用，英国每年有几万吨各类钢铁零件采用粉末渗锌工艺进行处理，如英国Bodycote Metal Technology  Group是全世界最大的从事金属热处理加工企业，其粉末渗锌产品广泛应用于许多工业防腐领域，在美国、日本、加拿大、荷兰及德国等国家都采用了大量的粉末渗锌钢铁材料构件。我国在上个世纪80年代末实现了工业化生产，开发出粉末渗锌成套设备和粉末渗锌产品等有关国家专利。1991年形成了JB/T 5067-1991《钢铁制件粉末机械镀渗锌》国家机械行业标淮，1999年该标准修订为J/T 5067-1999《钢铁制件粉末渗锌》。这标志着国内粉末渗锌防腐技术进入工业化的应用阶段。目前粉末渗锌防腐涂层具有的优异长效耐腐蚀性能已获得工程界的普遍认可，并在交通（地铁工程、铁路）、电力、化工、电信等防腐领域获得广泛应用，2006年国家铁道部已将粉末渗锌工艺作为铁路钢支座和连接件的规定防腐蚀处理方法编入有关设计标准中。粉末渗锌作为钢铁防腐领域一种有效表面防护方法，在工程应用中发挥越来越重要的作用。

　　粉末复合渗锌技术是在传统的粉末渗剂中添加微纳米活化剂方式来改善粉末渗锌工艺，不仅降低了工艺温度、缩短工艺时间，还可以获得硬度较高、耐腐蚀性能、抗高温氧化性能以及力学等综合性能更为优异的渗锌镀层。

　　粉末渗锌技术在高速铁路上的应用主要有∶

　　（l）高速铁路上的钢轨或钢枕

　　高速铁路的钢轨或钢枕的腐蚀主要发生在海滨、盐湖地区以及潮湿的隧道中。如果钢轨应用在特殊的气候环境，潮湿多雾，轨底腐蚀会呈现小片脱落，轨表面和侧面因磨损和腐蚀，使用几年就得报废更换。再例如如果遇到一些长、大的隧道内，内部常年滴水，通风效果差，相对湿度大，含有二氧化硫、二氧化氮等有害气体，使轨道上钢结构件表面凝聚的水膜不易发挥，提供了充足的腐蚀条件，并且有害气体使水膜的pH值降低，成为大气腐蚀严重的典型。目前渗锌技术已在部分地铁钢枕上得到很好的运用（如图2），可有效减缓地铁环境中的腐蚀。

　图-2-经过粉末复合渗锌处理的地铁钢枕

（2）高速铁路上轨道扣件、道钉和接触网等金具

　　高速铁路上轨道扣件、道钉和接触网的腐蚀，在某些潮湿地区也是非常严重的。对于轨道扣件和道钉采用渗锌镀层，可以有效防止施工过程中对镀层产生的划伤、磨损、磕碰等破坏，对于比较严重的空气污染、特别是酸雨地区，渗锌镀层更适合采用复合防腐，例如：表面涂覆适当的油漆，以抵御酸雨的浸蚀。

　　（3）高速铁路上通信、电力基础设施的钢铁材料制品

高速铁路上信号器材、电力出土管、电缆托架等钢铁材料制品及构件均可以采用粉末复合渗锌技术对表面进行防腐蚀处理。

　　高速铁路有其自身的特点，各种材料的用量大、要求高，对有关材料的腐蚀与防护问题应给以足够重视。对于钢铁材料和构件应考虑其本身特点，选用抗腐蚀性能好、耐磨损、易施工的防腐蚀措施。除此之外，还应考虑节能和环保。高速铁路的腐蚀与防护在铁道部门虽然属于边缘学科，但其重要性不可小视，解决好这一方面的问题对运输安全和生产都将产生很大的作用。

　　粉末复合渗锌镀层与传统的锌镀层比较，不仅具有镀层与基体的结合强度很高，耐腐蚀性和抗磨损与抗冲击等特性，还具有如工艺过程简单、节省原料及不污染环境等优点。粉末复合渗锌过程节约锌粉，锌粉消耗量是热喷涂锌的30%、热浸镀锌的60%。粉末复合渗锌过程对周围环境没有污染。热浸镀锌有锌废料和锌蒸汽等污染，电镀锌有“三废”排放严重污染，达克罗（锌铬）涂层由于存在“六价铬”对环境产生严重污染，目前国外已限制达克罗涂层的工业应用。综上所述，粉末复合渗锌镀层在高速铁路上钢结构件以及通信设施上等钢铁材料制品防腐工程领域具有极为广泛的应用前景。

 

图5-经过粉末复合渗锌处理的信号器材