Способ нанесения покрытия на поверхность элемента рельсового пути и элемент рельсового пути

Изобретение относится к способу нанесения покрытия на поверхность элемента рельсового пути. Способ включает нанесение слоя, содержащего алюминий и кремний в соотношении 3:2≤Al:Si≤4:1. Слой наносят при помощи электродугового напыления. В качестве элемента рельсового пути используют элемент стрелки. Техническим результатом изобретения является усовершенствование способа нанесения покрытия, способствующее повышению сопротивления к износу при трении скольжения и к абразивному износу, а также повышению коррозионной стойкости по отношению к таким электролитам, как, например, соленая вода или антиобледенитель, и обеспечению хорошей прочности сцепления. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение касается способа нанесения покрытия на поверхность элемента рельсового пути слоем, содержащим алюминий, при помощи электродугового напыления. Изобретение касается также элемента рельсового пути, такого как компонент стрелки со слоем, содержащим алюминий, нанесенным способом электродугового напыления.

Из DE 3805963 A1 известна стрелочная подушка, на которую способом плазменного или газопламенного напыления наносится антифрикционное средство, которое содержит молибден или тройные или четверные сплавы на основе кобальта или никеля с такими добавками, как молибден, хром и/или кремний.

Профильный рельс для монорельсовой дороги с горизонтальной в поперечном сечении поверхностью катания, на которую способом газопламенного напыления или электродугового напыления наносится металлическое покрытие, известен из DE 3841044 C2. При этом металлическое покрытие состоит из сцепляющего слоя и изнашивающегося слоя, который содержит от 10% до 25% хрома. Сам сцепляющий слой состоит предпочтительно из 60%-90% никеля и из 10%-40% алюминия. Толщина металлического покрытия может находиться в интервале между 0,3 мм и 5 мм.

Недостатком соответствующего металлического покрытия, нанесенного способом электродугового напыления, является то, что это металлическое покрытие выполнено двухслойным, причем износ при трении скольжения и абразивный износ повышены незначительно по сравнению с такими слоями из молибдена, которые наносятся способом газопламенного напыления и, однако, являются однослойными.

В основе данного изобретения лежит проблема усовершенствовать способ нанесения покрытия на поверхность элемента рельсового пути, а также усовершенствовать такой элемент рельсового пути так, чтобы можно было технологически простым путем сформировать слой, который имеет высокое сопротивление к износу при трении скольжения и абразивному износу и, в частности, проявляет высокую коррозионную стойкость по отношению к таким атмосферным электролитам, как, например, соленая вода или антиобледенитель. Также должна обеспечиваться хорошая прочность сцепления.

Согласно изобретению проблема решается способом указанного вначале рода по существу за счет того, что алюминий и кремний наносятся на поверхность способом электродугового напыления в соотношении 3:2≤Al:Si≤4:1. В частности, алюминий наносится в соотношении к кремнию как 3:1.

Толщина слоя, состоящего из алюминия и кремния или содержащего алюминий и кремний, должна быть в интервале между 0,2 мм и 2 мм, в частности в области между 0,8 мм и 1,5 мм. Хорошая прочность сцепления обнаруживается, если слой наносится на высокопрочную сталь, такую как St 52.

Согласно изобретению алюминий и кремний наносятся, в частности, на такие компоненты стрелки, как стрелочные подушки или элементы замыкания стрелки, которые, например, раскрыты в EP 0739804, причем желаемые более высокие сопротивления износу при трении и абразивному износу, а также высокая коррозионная стойкость достигаются уже при чрезвычайно малых значениях толщины.

Таким образом, получаются значительные преимущества, в частности, по отношению к таким известным до сих пор материалам покрытия, как молибден и бронза. Преимущества обнаруживаются и по отношению к многослойной структуре согласно DE 3841044 C2, поскольку требуется только один слой, который также удовлетворяет всем требованиям, если толщина слоя составляет только от 0,8 мм до 1,5 мм.

Стоимостные преимущества получаются также, например, по отношению к никелю и алюминию или, соответственно, к молибденовым материалам, которые используются согласно уровню техники.

Элемент рельсового пути такой, как элемент стрелки или замыкания стрелки с нанесенным способом электродугового напыления слоем, содержащим алюминий, отличается тем, что слой состоит из алюминия и кремния или содержит алюминий и кремний в соотношении 3:2≤Al:Si≤4:1, причем, в частности, содержание алюминия относится к содержанию кремнию как 3:1.

При этом для электродугового напыления предпочтительно применяется покрытый электрод с оболочкой из алюминия, содержащий измельченный в порошок кремний в качестве распыляемой проволоки. Чтобы достичь желаемого сцепления, расплавленный алюминий и кремний должны наноситься на поверхность под давлением подачи на 2-4 бара выше атмосферного давления. При этом слой должен наноситься на поверхность толщиной d, где d 0,2≤d≤2 мм, предпочтительно 0,8≤d≤1.5 мм.

Покрытый электрод в качестве распыляемой проволоки подается к электрической дуге со скоростью подачи проволоки V, где 1 м/с ≤V≤15 м/с, предпочтительно 6 м/с ≤V≤8 м/с, причем между распыляемыми проволоками должна быть установлена разность напряжений U, где 30 В ≤U≤50 В, в частности U ≈ 40 В. Для плавления алюминия и кремния между распыляемыми проволоками должен протекать ток I, где 200 А ≤I≤600 А, в частности 250 А ≤I≤500 А.

Дальнейшие подробности, преимущества и признаки изобретения получаются не только из пунктов формулы, но и из последующего описания предпочтительного примера исполнения, показанного на чертеже.

На чертеже представлено принципиальное изображение устройства для нанесения распыляемого слоя на элемент рельсового пути в форме стрелочной подушки 10. На стрелочную подушку 10 направлено устройство 12, в котором через подающие проволоку устройства 14, 16 напротив стрелочной подушки 12 сводятся распыляемые проволоки 18, 20. Поскольку к распыляемым проволокам 18, 20 приложено напряжение V в диапазоне между 30 В и 50 В, в частности около 40 В, между распыляемыми проволоками 18 и 20 может сформироваться электрическая дуга 22, чтобы плавить материал электрической дугой. Это происходит тогда, когда между распыляемыми проволоками 18, 20, которые ввиду своих различных потенциалов обладают в области распыления 22 функцией анода и катода, вследствие присутствующей разницы напряжений формируется электрическая дуга. При этом протекает ток I силой между 200 А и 600 А с тем последствием, что возникает температура около 4000°С, которая приводит к желаемому плавлению распыляемых проволок. Одновременно между распыляемыми проволоками 18, 20 через канал 24 к электрической дуге 22 подается газ 24 под давлением предпочтительно от 3 до 4 бар, тем самым образуется распыляемый поток 26, который осаждается как слой 28 на рельсовой подушке 10.

Чтобы сформировать слой 28 в желаемом объеме и равномерно, устройство 12 в направлении стрелки 30 и/или стрелочная подушка 10 в направлении стрелки 32 с желаемой скоростью V_g 600 мм/с ≤V_g≤1300 мм/с перемещаются относительно друг друга.

В случае с распыляемыми проволоками 18, 20 речь идет о покрытых электродах с оболочкой, состоящей из алюминия, которая вмещает в себя измельченный в порошок кремний. При этом соотношение алюминия и кремния установлено таким образом, что распыляемый поток 26 обладает составом с содержанием алюминия и кремния в соотношении между 3:2 и 4:1, в частности 3:1.

Тем самым слой 28 приобретает высокое сопротивление износу из-за трения скольжения и абразивному износу, а также высокую коррозионную стойкость по отношению к таким атмосферным электролитам, как соленая вода и антиобледенитель. Далее получается высокая прочность сцепления на поверхности стрелочной подушки.

Покрытые электроды и, соответственно, распыляемые проволоки 18, 20 подаются через подающее устройство 14, 16 к электрической дуге 22 со скоростью, в частности, 30 мм/с ≤V≤100 мм/с.

1. Способ нанесения покрытия на поверхность элемента рельсового пути слоем, содержащим алюминий, при помощи электродугового напыления, отличающийся тем, что алюминий и кремний наносят на поверхность способом электродугового напыления в соотношении 3:2≤Al:Si≤4:1.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что алюминий и кремний наносят в соотношении Al:Si≈3:1.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для способа электродугового напыления используют покрытый электрод с оболочкой из алюминия в качестве распыляемой проволоки, которая вмещает в себя измельченный в порошок кремний.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что расплавленный алюминий и кремний наносят на поверхность под давлением подачи на 2-4 бара выше атмосферного давления.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что слой наносят на поверхность толщиной d, где 0,2 мм≤d≤2 мм, предпочтительно 0,8 мм ≤d≤1,5 мм.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что покрытые электроды в качестве распыляемых проволок подают к электрической дуге со скоростью подачи проволоки 1 м/с ≤V≤15 м/с, предпочтительно 6 м/с ≤V≤8 м/с.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что между распыляемыми проволоками устанавливают разность напряжений U, где 30 В ≤U≤50 В, предпочтительно U≈40 В.

8. Способ по п.3, отличающийся тем, что для плавления распыляемых проволок между ними протекает ток I, где 200 А ≤I≤600 A, в частности 250 А ≤I≤500 А.

9. Элемент рельсового пути (10), такой, как элемент стрелки с нанесенным способом электродугового напыления слоем (28), содержащим алюминий, отличающийся тем, что слой (28) состоит из алюминия и кремния или содержит алюминий и кремний в соотношении 3:2≤Al:Si≤4:1.

10. Элемент рельсового пути (10) по п.9, отличающийся тем, что элемент рельсового пути (10) является стрелочной подушкой или замыканием стрелки.

11. Элемент рельсового пути по п.9, отличающийся тем, что слой, состоящий из алюминия и кремния, нанесен на элемент рельсового пути (10) в соотношении 3:1.

12. Элемент рельсового пути по п.9, отличающийся тем, что слой (28) имеет толщину d, где 0,2 мм ≤d≤2 мм, предпочтительно 0,8 мм ≤d≤1,5 мм.

13. Элемент рельсового пути по п.9, отличающийся тем, что слой (28) нанесен на высокопрочную сталь St 52.

14. Элемент рельсового пути по п.9, отличающийся тем, что слой (28) является однослойным.