岳書靜，崔永習，葛美周，等

（中車四方車輛有限公司，青島）

0　引言

目前，國內運行的鐵路客車車輛主要采用鋼鐵材料制造而來。鐵路客車在富氧、多鹽、高熱的惡劣環境中運行服役，會長期受到風吹日曬、酸雨、霧霾和紫外線的不斷侵蝕和破壞。銹蝕問題一直是影響鐵路客車壽命的重要因素，輪軸銹蝕嚴重則直接關系到車輛運行安全。探究適宜的除銹工藝方法用以指導實際生產中的除銹作業也成為行業內的一個重要課題。

現有的除銹方法分為化學除銹法和物理除銹法?；瘜W除銹是通過使用化學藥劑對工件進行酸洗除銹，為利于后續涂裝同時還會伴隨磷化、鈍化等系列處理過程。由于化學除銹過程中使用大量化學藥劑易產生廢液、廢渣等污染物，高溫加熱能耗高等原因，其在實際生產中已受到嚴格限制。軌道車輛領域，一般對非不銹鋼材質的薄板（通常厚度＜3 mm）、鋼管等采用化學除銹處理。物理除銹法主要包括手工和動力工具除銹、噴丸（砂）除銹、磨料水射流除銹、激光除銹等。手工和動力工具除銹是采用砂紙、磨片、砂輪、鋼絲刷等工具進行機械打磨的除銹方法。

該方法除銹相對不均勻，尤其對于基材凹坑深處的銹蝕不易清除，且勞動強度大、人工成本高，但靈活性大，適用于小面積作業。噴丸（砂）除銹是以壓縮空氣為動力，將丸料或砂料高速噴射到工件表面，使工件表面獲得一定清潔度和粗糙度的方法。噴丸（砂）除銹工作效率高，便于操作，清除氧化皮、銹層、舊漆層的同時能夠獲得一定的表面粗糙度，有助于后續油漆涂層的附著。

此方法是目前軌道車輛領域Z常用Z可行的除銹方法，廣泛應用于新造及檢修車體、轉向架部件等產品的涂裝前處理作業。磨料水射流除銹是利用帶水的磨料高速噴射工件表面，屬于一種濕式噴砂除銹的方法。其大大減少了粉塵污染，有利于環境保護。但磨料水射流除銹后的工件表面有一定量的水殘留，特別是結構復雜的產品若不及時干燥清理容易產生返銹。

并且，較干式噴砂增加了供水系統，設備、維護成本高。激光除銹是一種新興的除銹方法，其利用高能量的脈沖激光照射工件表面，表面銹蝕層吸收激光能量急劇升溫產生氣化、熱膨脹、沖擊等，使銹蝕層剝離的方法。激光除銹精度高、效果良好，多適用于精密部件的小面積除銹。對于軌道車輛領域的大型車體、大部件除銹以及檢修車輛的除舊漆層、除銹等作業，激光除銹工作效率大大降低，難以滿足生產需求。并且，經其處理后的基材表面粗糙度低于手工除銹、噴砂除銹的處理效果，不利于后續油漆涂裝。

中國鐵路總公司下發的《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規則》（鐵總運[2013]191號）中輪對檢修第3.1條外觀檢查要求“段修、廠修時，須清除輪對各部位表面的油漆及銹垢，車軸外露表面須露出基本金屬面”。段修、廠修的鐵路客車其輪軸檢修包括重新除漆除銹、探傷、涂裝作業，除銹是輪軸探傷、涂裝前的必要步驟。輪軸探傷前，必須保證輪軸表面露出基本金屬面，不得有舊漆層、銹垢、雜物等附著，以確保輪軸探傷質量。所以，檢修輪軸除銹需要選擇既能滿足探傷要求又能滿足后續涂裝作業的除銹方式。

結合實際生產現狀，本文選取噴砂、磨片打磨、角磨機砂輪打磨3種不同的除銹方式，進行表面處理試驗驗證，分析不同處理方式對輪軸基材表面粗糙度、光澤、溫度變化、傷害程度的影響，以確定Z優的除銹處理方式。

1　試驗部分

1.1材料準備

車軸3 條，打磨機1 臺（配40#、120#、240#磨片），角磨機1 臺（配60#砂輪），紅外測溫槍1 臺。

1.2 試驗內容

針對噴砂、磨片打磨、角磨機打磨3種不同的除銹方式，進行輪軸表面除銹處理驗證。

（1）選取1 條車軸采用石英砂進行噴砂處理，記錄噴砂過程車軸表面溫度變化、外觀變化。

（2）選取1 條車軸進行磨片打磨處理，將車軸劃分為3 段，分別使用40#、120#、240#磨片進行打磨處理。記錄打磨過程車軸表面溫度變化、外觀變化。

（3）選取1 條車軸進行角磨機砂輪打磨處理，記錄打磨過程車軸表面溫度變化、外觀變化。

2　結果與討論

2.1 車軸噴砂處理

噴砂前，車軸外觀表面可見黃色銹蝕，整體發污呈深灰色；噴砂后，表面無可見的油污、無油漆涂層?無銹垢附著，露出粗糙的基本金屬面，整體呈無光澤的灰白色，見圖1，噴砂等級達到GB/T 8923.1規定的Sa2級，為徹底的噴射清理，即在不放大的情況下觀察時，表面應無可見的油、脂和污物，并且幾乎沒有氧化皮、鐵銹、涂層和外來雜質。符合《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規則》（鐵總運[2013]191號）中輪對檢修第3.1條外觀檢查要求。噴砂前，車軸表面溫度約16℃；噴砂后，車軸表面約17℃；溫度基本無變化。

圖1 車軸噴砂處理前后的狀態對比

2.2車軸磨片打磨處理

打磨前，車軸外觀表面可見黃色銹蝕，整體發污呈深灰色；分別使用40#、120#、240#打磨后，表面露出具有一定光澤的亮白色金屬面，其中，40#磨片打磨處光澤程度Z強，120#磨片打磨處光澤程度次之，240#磨片打磨處光澤程度Z弱。但均仍可見銹垢附著，故不符合《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規則》（鐵總運[2013]191號）中輪對檢修第3.1條外觀檢查要求。外觀效果變化如圖2、圖3所示。打磨前，車軸表面約16℃；打磨后，車軸表面約17℃；溫度基本無變化。

圖2 車軸磨片打磨處理前后的狀態對比

圖3 不同目數磨片打磨的效果對比

2.3 車軸角磨機砂輪打磨處理

如圖4所示，打磨前，車軸表面可見黃色銹蝕，整體發污呈深灰色；使用60#角磨機砂輪打磨后，表面無可見的油污，無油漆涂層、銹垢附著，表面露出具有光亮的金屬光澤表面，符合《鐵路客車輪軸組裝檢修及管理規則》（鐵總運[2013]191號）中輪對檢修第3.1條外觀檢查要求，但因表面相對光滑而不利于后續油漆附著。打磨前，車軸表面約16℃；打磨后，車軸表面約19℃；溫度基本無變化。

圖4 車軸角磨機砂輪打磨處理前后的狀態對比

2.4作用機理分析

（1）噴砂：噴砂噴射清理處理時，砂粒高速噴射到需要處理的輪軸表面，使輪軸外表面發生變化。由于磨料對表面的沖擊和切削作用，主要表現為沖擊作用，使輪軸表面獲得一定的清潔度，并且使輪軸表面變粗糙，有利于后續油漆的附著。噴砂處理后，金屬表面微觀形貌表現為分布著大量不規則形狀的撞擊凹坑，這些凹坑對于提高后續涂層與基材之間的附著力具有重要作用。

（2）磨片打磨：利用不同粗糙程度的磨片在壓縮空氣的驅動下旋轉對進行表面進行磨削、切削、除銹處理。相較于噴砂及角磨機打磨而言，手工磨片打磨對鋼材表面的沖擊和切削作用相對要小，大面積、基材凹坑深處的銹蝕無法徹底清除，僅適用于局部除銹。不同型號磨片打磨比較，磨片型號數越小，磨片表面越粗糙，對鋼材表面的作用程度越大，從而表現出40#磨片打磨處除銹、光澤程度Z強；120#磨片打磨處除銹、光澤程度次之；240#磨片打磨處除銹、光澤程度Z弱。

（3）角磨機砂輪打磨：是利用高速旋轉的砂輪對金屬件進行磨削、切削、除銹、磨光加工。因砂輪本身的切削結構及高速度旋轉，角磨機打磨對鋼材表面的切削力度大，除銹徹底，表面出現磨光狀態，呈光亮的金屬光澤。角磨機砂輪打磨后其表面形貌與噴砂處理后產生的凹坑不同，分布的是高低不平的條紋狀溝槽。

表1 不同處理方式對輪軸表面作用及影響

根據上述試驗結果及作用機理分析，可得出以下幾點結論：

（1）噴砂輪軸因表面粗糙程度Z大，粗糙表面對光線表現為漫反射作用，噴砂后輪軸表面宏觀上呈無光澤的灰白色，屬于正?，F象；

（2）噴砂對輪軸表面的切削作用Z小，角磨機砂輪打磨切削作用Z大。從對車軸保護的角度來說，噴砂處理是對車軸傷害Z小的處理方式；

（3）三種不同的方式處理后輪軸表面溫度基本無變化，對車軸無不良影響；

（4）噴砂處理除銹效果Z徹底且使輪軸表面獲得一定的粗糙度，從后續工序角度來講，噴砂處理是Z有利于對后續探傷、油漆施工的處理方式。

3　應用實例

在軌道車輛領域內，除銹作業主要采用噴丸（砂）除銹，輔以手工和動力工具除銹。通常，碳鋼基材噴丸（砂）清理可采用鋼丸、鋼絲段等金屬磨料或剛玉、金剛砂等非金屬磨料，噴射清理后鋼材表面清潔度等級應達到GB/T 8923.1規定的Sa21/2圖片級。其中，廠修碳鋼車體及零部件噴射清理采用鋼丸、鋼絲段磨料，噴射清理后鋼材表面清潔度等級應達到GB/T 8923.1規定的Sa2級或GB/T 8923.2規定的PSa2級。

鋁合金基材使用棕剛玉、金剛砂等非金屬磨料進行噴砂處理，噴射清理后鋁合金基材表面粗糙度通常要求Ra(6~20)μm。例如，國內時速160km/h等級及以下的鐵路客車車體、各車型的轉向架構架等采用噴丸除銹處?。由鋁合金材料制造的高速動車組、城際動車組、地鐵、輕軌、有軌電車等車體采用棕剛玉噴砂處理。其他碳鋼材質焊接端部底架、檢修輪軸、軸箱體等部件也采用非金屬磨料噴砂除銹。

4　 結語

除銹是輪軸探傷、涂裝前的必要步驟。對于檢修輪軸來說，噴砂除銹處理對車軸傷害Z小，除銹效果Z優，既能滿足檢修輪軸探傷要求又能滿足后續涂裝要求。目前，噴丸（砂）除銹也是軌道車輛領域內Z常用Z可行的除銹辦法，廣泛應用于新造及檢修車體、轉向架部件等產品的涂裝前處理作業。

參考文獻（略）

來源：《涂層與防護》雜志