Kde sa nanotechnológia skutočne hodí do upevnenia koľajníc
Železničné hroty, skrutky a spony zlyhávajú tromi spôsobmi: korózia znižuje prierez, únavové trhliny rastú pri opakovanom zaťažení a poškodenie závitu sťažuje údržbu. Nanotechnológia rieši tieto tri spôsoby zlyhania prostredníctvom povrchového inžinierstva a spracovania ocele. Technológie opísané v tomto dokumente nie sú kuriozitou v laboratóriu: nano-modifikované povlaky a jemnozrnné{3}}ocele sú už špecifikované na koróznych-kritických líniách, zatiaľ čo koncepty samo-hojenia a senzorov sú stále vo výskumnej a pilotnej fáze. Kupujúci by mal zaobchádzať s týmito dvoma skupinami odlišne a tento článok jasne poukazuje na rozdiel.
Nano-upravené antikorózne-nátery
Najvyspelejšou aplikáciou je nano{0}}modifikácia konvenčných zinkových systémov. V povlaku bohatom na zinok{2}} častice zinku obetavo chránia oceľ; v nano verzii je časť zinku nahradená nanočasticami zinku a nano-kremičitými plnivami, ktoré obalujú povlak hustejšie a uzatvárajú cesty pórov, ktorými sa vlhkosť a chloridy dostávajú do ocele. Výsledkom je dlhšia životnosť pre koróziu na pobrežných tratiach a na tratiach ošetrených-rozmrazovacou soľou, a to za priaznivejšie ceny v porovnaní so štandardnou farbou s vysokým obsahom zinku-. Prísady nano-oxidu kremičitého tiež zlepšujú mechanickú pevnosť náterového filmu, takže lepšie odoláva nárazom balastu. Tieto nátery sa nanášajú na hroty, hlavy skrutiek a doštičky rovnakými procesmi striekania, aké sa používajú pri konvenčných systémoch, vďaka čomu sú kompatibilné s existujúcimi výrobnými linkami.
Grafénové-vystužené povrchové vrstvy
Druhou skutočnou aplikáciou sú aditíva grafénu a -oxidu grafénu. Vrstva grafénu s hrúbkou zlomku mikrónu je účinnou bariérou proti vode a iónom a tiež maže povrch: výskum povlakov uvádza zníženie trenia v rozsahu 20 až 40 percent za kontrolovaných testovacích podmienok. Pre spojovacie prvky to znamená dve výhody: menšie odieranie, keď sú matice nasúvané na hroty a skrutky, a dlhšiu dráhu korózie, ktorá sa dostane k oceli. Grafén sa pridáva do náterového spojiva alebo sa nanáša ako tenká vrchná vrstva na zinkový systém. Praktickým efektom na linke je dôslednejšia kontrola krútiaceho momentu počas inštalácie a znížené zadieranie závitov pri údržbe. Všimnite si, že údaje o trení a bariére pochádzajú z laboratórnych a pilotných prác; hrúbka vrstvy a proces nanášania sa stále štandardizujú pre sériovú výrobu.
Nanoštruktúrovaná oceľ pre vyššiu únavovú pevnosť
Únavová životnosť závisí od mikroštruktúry ocele, nielen od jej chémie. Nanoštruktúrovaná pružinová oceľ sa spracováva kontrolovaným valcovaním a tepelným spracovaním na veľmi jemnú veľkosť zrna, ktorá zvyšuje medzu únavy a odolnosť voči iniciácii trhlín. V prípade hrotu alebo klipu, ktorý je ohnutý a uvoľnený miliónkrát, sa zlepšenie premieta priamo do dlhšej životnosti pred výmenou alebo do menšej časti s rovnakou životnosťou, čo podporuje odľahčenie. Ide o postupné vylepšenie metalurgie rovnakých druhov ocele, aké sa dnes používajú, overené skôr únavovým testovaním než marketingovými tvrdeniami a je to najkonzervatívnejšia z nano aplikácií, o ktorých sa tu diskutuje.
Samoliečivé nátery a kapsuly s inhibítormi
Samo{0}}opravujúce sa inteligentné nátery sú vývojovou-technológiou s najjasnejším potenciálom. Nano-kapsuly obsahujúce inhibítory korózie sú rozptýlené v povlaku; keď škrabanec alebo náraz otvorí povlak, kapsuly v mieste poškodenia prasknú a uvoľnia inhibítor, ktorý vytvorí ochranný film na odhalenej oceli a spomaľuje ďalšiu koróziu. V laboratóriu mikro-trhliny a ryhy vykazujú značné oneskorenie korózie v porovnaní s obyčajnými nátermi. Otvorené otázky sú trvanlivosť kapsúl, cena za meter štvorcový a správanie počas rokov vystavenia UV žiareniu a oderu balastom. Táto technológia je sľubná pre spojovacie prvky v najkorozívnejších prostrediach, ale ešte nie je štandardnou položkou špecifikácie a kupujúci by si mali vyžiadať aktuálne testovacie dôkazy predtým, ako ju prijmú ako alternatívu k osvedčeným systémom.
Aplikačné scenáre a návod na výber
| Scenár | Odporúčaná nano aplikácia |
|---|---|
| Pobrežné línie a solené tunely | Nano-modifikovaná vrstva zinku-bohatá |
| Nite, ktoré sa pri údržbe zadrhávajú | Nano-keramický alebo tuhý-mazací povlak závitov |
| Ťažké-upevnenia, únava-kritická | Nanoštruktúrovaná jemnozrnná-pružinová oceľ |
| Výskum pilotov na koróznych úsekoch | Samo{0}}samoliečivé inhibítory-kapsúl s dôkazmi testov |
Pri rozhodovaní o nákupe je pravidlo jednoduché: špecifikujte osvedčené systémy pre výrobné zákazky, požadujte správy o hromadných testoch pre hrúbku povlaku, hodiny soľného postreku a trenie závitov a zaobchádzajte s technológiami-fázy vývoja ako s pilotnými verziami so zdokumentovanými skúškami, nie ako s náhradami noriem. Nano povlak nemení mechanické požiadavky hrotu, takže stále platí trieda, rozmery a hodnoty krútiaceho momentu na výkrese upevnenia.
Osvedčené nano aplikácie: nano-modifikované povlaky bohaté na zinok{1}, grafénom-vystužené vrchné vrstvy a jemnozrnná nanoštruktúrovaná oceľ.
Samo{0}}samoliečiace sa inhibítory-kapsúl sú vo fáze vývoja-a vyžadujú testovacie dôkazy pred špecifikáciou.
Zmeny trenia závitu s potiahnutými povrchmi, preto si u dodávateľa overte momentové okno.
FAQ
Používa sa už vo výrobe grafénový náter na železničných hrotoch?
Grafénom-modifikované povlaky sú v pilotnom a počiatočnom komerčnom používaní, väčšinou ako vrchné vrstvy na zinkových systémoch. Výsledky trenia a bariéry sú zdokumentované vo výskume povlakov, ale štandardizácia spojovacích prvkov koľajníc stále prebieha.
Koľko koróznej životnosti pridávajú nanozinkové povlaky?
Výsledky testov sa líšia v závislosti od formulácie a prostredia; kupujúci by sa mali spoliehať skôr na počet hodín soľného postreku v špecifikácii náteru než na všeobecné tvrdenia a špecifikovať cieľ pre prostredie linky.
Menia nano nátery moment inštalácie?
Menia trenie závitu, takže špecifikácia krútiaceho momentu môže vyžadovať úpravu. Dodávateľ by mal poskytnúť údaje o koeficiente trenia a odporúčané okno krútiaceho momentu pre potiahnutý spojovací prvok.
Dá sa nanoštruktúrna oceľ zvárať alebo prerábať v teréne?
Prepracovanie v teréne sa v žiadnom prípade neodporúča pre upevňovacie prvky z pružinovej ocele; nanoštruktúrne triedy sa dodávajú hotové a akýkoľvek vstup tepla mení štruktúru zŕn a únavové vlastnosti.
Aký je najrýchlejší spôsob overenia nano náteru pre projekt?
Vyžiadajte si správu o teste dávkového soľného postreku, meranie hrúbky povlaku a priečny{0}}test priľnavosti na skutočnej výrobnej úprave a spustite malú skúšobnú prevádzku na linke pred-objednávkou v plnom rozsahu.