铁路客车锈蚀问题严重，探究适宜除锈工艺方法迫在眉睫

涂料行业：

介绍

目前，我国在运行的铁路客车主要以钢铁材料制造，铁路客车在富氧、高盐、高热的恶劣环境中运行，长期受到风吹日晒、酸雨、雾霾、紫外线等的不断侵蚀和损坏。锈蚀问题一直是影响铁路客车寿命的重要因素，而严重的车轴锈蚀直接关系到车辆运行的安全。探索合适的除锈工艺方法来指导实际生产中的除锈作业也成为行业的重要课题。

现有的除锈方法分为化学除锈和物理除锈。化学除锈是利用化学药剂对工件进行酸洗除锈，为了便于后续涂装，还会伴随有磷化、钝化等一系列处理工序。由于化学除锈过程中使用的化学药剂量大，易产生废液、废渣等污染物，高温加热能耗高，因此在实际生产中受到了严格的限制。在轨道车辆领域，对于非不锈钢材质的薄板(通常厚度<3mm)和钢管一般采用化学除锈。物理除锈方法主要有手工及动力工具除锈、喷丸(砂)除锈、磨料水射流除锈、激光除锈等。手工及动力工具除锈是利用砂纸、砂轮、钢丝刷等工具进行机械磨削的除锈方法。

此方法除锈效果相对较不均匀，尤其对于基材坑深处的锈迹，更是难以清除，费工费力，但灵活，适合小面积作业。喷丸（砂）除锈是利用压缩空气作为动力，将丸粒或砂粒高速喷射到工件表面，使工件表面获得一定的清洁度和粗糙度的方法。喷丸（砂）除锈效率高，操作简便，可去除氧化皮、锈层、旧漆层，同时获得一定的表面粗糙度，有利于后续油漆涂层的附着。

此方法是目前轨道车辆领域最常用、最可行的除锈方法，广泛应用于新车、大修车体、转向架部件等产品的涂装前处理。磨料水射流除锈是利用磨料与水高速喷射到工件表面的湿式喷砂除锈方法，大大减少了粉尘污染，有利于环保。但磨料水射流除锈后工件表面仍有一定量的水残留，尤其对于结构复杂的产品，若不及时干燥清洗，极有可能出现返锈现象。

而且与干喷砂相比增加了供水系统，设备和维护成本较高。激光除锈是一种新兴的除锈方法，利用高能脉冲激光照射工件表面，表面锈层吸收激光能量后迅速升温产生气化、热膨胀、冲击等作用，使锈层剥落。激光除锈精度高、效果好，多适用于精密零部件的小面积除锈。对于轨道车辆领域的大型车体、大型零部件除锈，以及维修车辆旧漆层去除、除锈，激光除锈效率大大降低，难以满足生产需要。另外处理后基材表面粗糙度低于手工除锈、喷砂除锈的处理效果，不利于后续的油漆涂装。

中国铁路总公司颁布的《铁路旅客车轴总成检验管理细则》（中铁总[2013]191号）中轮对检验外观检查第​​3.1条要求“区段修、厂修时，必须清除轮对各部件表面的油漆、铁锈，车轴外露表面必须露出基本金属表面”。区段修、厂修的铁路客车轮轴检验包括重新涂漆除锈、探伤、喷漆作业。除锈是轮轴探伤、喷漆前的必要步骤。轮轴探伤前必须保证轮轴表面露出基本金属表面，不得有旧漆层、铁锈、杂物等附着，以保证轮轴探伤质量。因此，对轮轴进行检验除锈时，必须选择既能满足探伤要求又能满足后续喷漆作业的除锈方法。

结合实际生产现状，本文选取喷砂、砂轮打磨、角磨机打磨3种不同的除锈方法进行表面处理试验验证，分析不同处理方法对轮轴基体表面粗糙度、光泽度、温度变化及损伤程度的影响，确定最佳除锈处理方法。

实验部分

1.1 材料准备

轴3个，砂轮机1台（配40#、120#、240#砂轮片），角磨机1台（配60#砂轮片），红外线测温枪1把。

1.2 测试内容

采用喷砂、砂轮打磨、角磨机打磨3种不同的除锈方法对车轴表面的除锈处理进行了验证。

（1）选取一根车轴，采用石英砂进行喷砂处理，记录喷砂过程中车轴表面温度及外观的变化。

（2）选取一根待磨削的轴，将轴分为三段，分别用40#、120#、240#砂轮进行磨削，记录磨削过程中轴表面温度及外观变化。

（3）选取一根轴，用角磨机进行磨削，并记录磨削过程中轴表面温度和外观的变化。

结果与讨论

2.1 车轴喷砂

喷砂前，车轴表面可见黄锈，车轴颜色呈深灰色。喷砂后，表面无肉眼可见的油污、油漆涂层、锈迹，露出粗糙的基体金属表面，整体颜色呈暗淡的灰白色，如图1所示。喷砂级别达到GB/T 8923.1规定的Sa2级，即彻底的喷砂清理，即在不放大镜下观察时，表面应无肉眼可见的油污、油脂、污物，几乎没有氧化皮、锈迹、涂层、外来杂质，符合《铁路客车车轴装配、维修管理规范》（铁综运[2013]191号）轮对维护第3.1条的外观检查要求。喷砂前，车轴表面温度约为16℃；喷砂后，车轴表面温度约为17℃，温度基本没有变化。

图1 喷砂前后车轴状态对比

2.2 车轴磨削处理

打磨前，轮轴表面可见黄锈，整轴脏污，呈深灰色。经40#、120#、240#打磨后，表面呈现亮白色金属表面，具有一定的光泽。其中40#打磨片光泽度最强，120#打磨片光泽度次之，240#打磨片光泽度最弱。但仍可见锈迹附着，不符合《铁路客车轮轴装配、维修管理规范》（铁综运[2013]191号）轮对检修第3.1条外观检查要求。外观变化情况见图2、图3。打磨前，轮轴表面温度约16℃；打磨后，轮轴表面温度约17℃；温度基本无变化。

图2 车轴磨削前后状态对比

图3 不同目数磨片研磨效果对比

2.3 车轴角磨机的磨削

如图4所示，打磨前，车轴表面可见黄锈，整体污迹呈深灰色；经60#角磨机打磨后，表面无肉眼可见的油污、油漆涂层、锈迹，表面呈现亮丽的金属光泽，符合《铁路旅客车轴装配、维修管理规则》（铁综运[2013]191号）第3.1条对轮对维修的外观检查要求，但较为光滑的表面不利于后续油漆附着。打磨前车轴表面温度约16℃；打磨后车轴表面温度约19℃，温度基本无变化。

图4 角磨机砂轮磨削前后轴的状态对比

2.4 作用机理分析

（1）喷砂：喷砂时，砂粒以高速喷射到需要处理的车轴表面上，使车轴外表面发生变化。由于磨料对表面的冲击和切削作用，主要是冲击作用，使车轴表面获得一定的清洁度，并使车轴表面变得粗糙，有利于后续油漆的附着。喷砂后，金属表面的微观形貌表现为大量不规则的冲击坑，对提高后续涂层与基体的附着力有重要作用。

（2）砂轮打磨：利用压缩空气带动旋转的不同粗糙度的砂轮对表面进行研磨、切割和除锈。与喷砂、角磨机打磨相比，手工砂轮打磨对钢材表面的冲击和切割作用相对较小，无法完全去除基体大面积、深坑处的锈迹，只适合局部除锈。不同型号砂轮打磨比较，砂轮号数越小，砂轮表面越粗糙，对钢材表面的作用越大，因此，40#砂轮打磨除锈效果和光泽度最强；120#砂轮打磨除锈效果和光泽度次之；240#砂轮打磨除锈效果和光泽度最弱。

（3）角磨机打磨：是利用高速旋转的砂轮对金属件进行磨削、切割、除锈、抛光。由于砂轮本身的切削结构和高速旋转，角磨机对钢材表面有很强的切削力，除锈彻底，表面呈现抛光状态，具有明亮的金属光泽。角磨机打磨后的表面形貌与喷砂后产生的凹坑不同，它是分布有凹凸不平的条状沟槽。

表1 不同处理方法对车轴表面的影响

根据以上试验结果及机理分析，可以得出以下结论：

（1）喷砂轮轴表面最粗糙，粗糙表面对光线的反射是漫反射的，喷砂后轮轴表面宏观上呈现无光泽的灰白色，属于正常现象。

（2）喷砂对轴表面的切割作用最小，而用角磨机打磨的切割作用最大。从轴的保护角度来说，喷砂是对轴损伤最小的处理方法；

（3）三种不同处理方法后后桥表面温度基本保持不变，未对车桥造成不利影响；

（4）喷砂除锈效果最彻底，并能使轮轴表面获得一定的粗糙度。从后续工序来看，喷砂是最利于后续探伤、油漆施工的处理方式。

应用示例

在轨道车辆领域，除锈主要采用喷丸（喷砂）方法，手工和电动工具为辅。通常，碳钢基体可用钢丸、钢丝段等金属磨料或刚玉、金刚石等非金属磨料进行喷丸（喷砂）处理。喷砂后钢材表面清洁度应达到GB/T 8923.1规定的Sa21/2级。

其中，工厂修复的碳钢车身及零件的抛丸清理采用钢丸和钢丝段作为磨料，抛丸清理后钢材表面清洁度等级应达到GB/T 8923.1规定的Sa2级或GB/T 8923.2规定的PSa2级。

铝合金基体采用棕刚玉、金刚砂等非金属磨料进行喷砂处理，通常要求铝合金基体喷砂后的表面粗糙度为Ra（6~20）μm。例如，时速160km/h以下的国内铁路客车车体、各种型号的转向架构架等均采用喷丸除锈处理。采用铝合金材料制成的高速动车组、城际动车组、地铁、轻轨、有轨电车等车体均采用棕刚玉喷砂处理。其它碳钢焊接端架、大修轴、轴箱等部位也采用非金属磨料进行除锈处理。

结论

除锈是轮轴探伤和涂漆前的必经工序。对于大修轮轴，喷砂除锈对轴的损伤最小，除锈效果最好，既能满足大修轮轴探伤要求，又能满足后续的涂漆要求。目前，喷丸（砂）除锈也是轨道车辆领域最常用、最可行的除锈方法，广泛应用于新车、大修车体、转向架部件等产品的涂漆前处理。

参考文献（略）

作者：岳树静、崔永熙、葛美洲等

（中车四方车辆有限公司，青岛）