交通设施作为国家基础设施,在国民经济发展中扮演关键角色,轨道交通是代表性的交通工具[1]。高铁和以地铁为代表的城轨因利用率高、成本低、污染小等优点,发展迅猛[2],高铁更成为国家名片的代表,由“四纵四横”跨越升级到“八纵八横”,50万人口以上的城市90%开通了高铁,总运营里程在2022年达到了4.2万km,占全国总里程的27.1%[3-4]。近年来40余座城市相继开通了城轨,极大地方便市民出行,为经济发展作出巨大贡献[5]。

(资料图)

轨道主要结构材料为钢铁,其热力学特征决定其在环境中不可避免地会遭受腐蚀,典型腐蚀类型为大气腐蚀和杂散电流腐蚀,也存在腐蚀疲劳。

生活不会因为你是姑娘就对你笑脸相迎，想要出类拔萃，自身必须努力，你要学会用自己热爱的方式生活，不堕落，不浮夸，活成岁月静好的理想模样。

据统计,全世界钢材腐蚀造成的损失是地震、水灾、台风等自然灾害损失总和的6倍[6],我国2014年的腐蚀损失约占生产总值的3.34%,为2.1万亿元[7],仅铁路腐蚀造成的直接损失便达到188.8亿元[8],因此轨道材料的腐蚀机理研究与防护极其重要。本文介绍了轨道材料主要腐蚀类型及其现行防护技术,并对未来发展方向提出展望。

4.5 抓住各平台优势是武术对外教材“走出去”的必然选择 在信息时代飞速发展的今天，相关部门应该利用创新手段，推动武术对外教材“走出去”。新媒体的出现使得信息传播的速度更加迅速，相关部门应该利用新媒体的平台优势，打造中国武术对外教材“走出去”的新媒体平台，让更多的海外习练者能够通过新媒体，更加快捷的认识武术、了解武术、学习武术。

大气腐蚀是轨道材料腐蚀破坏的主要类型之一(见图1)[9],主要腐蚀产物为Fe的氢氧化物及其氧化物和少量铁的其他化合物(见表1)[10]。

表1 钢在大气腐蚀下的主要产物

氢氧化物氧化物其他化合物氢氧化亚铁(Fe(OH)2)赤铁矿(α-Fe2O3)氯化亚铁(FeCl2)氢氧化铁(Fe(OH)3)镁铁矿(γ-Fe2O3)氯化铁(FeCl3)针铁矿(α-FeOOH)磁铁矿(Fe3O4)硫酸亚铁(FeSO4)赤锰矿(β-FeOOH)铁水母(Fe5HO8·4H2O)硫酸铁(Fe2(SO4)3)鳞玺辉石(γ-FeOOH) 羟基氧化铁(FeOx(OH)3-2x)铁氧基海特(δ-FeOOH) 磷酸氢铁水化合物(FeH3P2O8·4H2O)

图1 大气环境下钢轨的腐蚀发展情况

常用防护方法是采用保护涂层,通过阻隔、抑制腐蚀介质的扩散和电化学防护等方法,达到延缓腐蚀的目的。轨道材料的防腐蚀涂层根据化学成分不同,主要可分为有机、无机、金属及复合涂层等4类(见表2)[10]。

表2 轨道材料钢结构的常用防腐涂层

类型涂层类型适用零部件主要作用及特点有机环氧树脂/聚氨酯涂层轨道紧固件对盐渍沙丘侵蚀具有高耐腐蚀性有机石墨烯涂料轨道设施和桥梁元件良好的物理屏蔽和阴极保护性能有机含锌环氧硅烷和环氧硅酮涂料桥梁元件、输电塔附着力好,易于应用有机环氧富锌底漆和聚脲弹性涂层桥面良好的防腐性能和防水性能有机含防锈剂的油基组合物轨道开关环保,除锈功能,粉尘附着力低有机含金属薄片的环氧涂料桥梁和结构高耐候性、耐化学性和耐腐蚀性有机含锌环氧涂层桥梁良好的附着力和耐腐蚀性无机铝硅盐复合涂料轨对钢具有良好的附着力,可防止氯化物渗透无机磷酸二氢铝基涂料轨机械强度高,防腐和耐候性好无机硅烷基涂料桥梁高耐候性、长期稳定性和耐热性有机-无机复合填充难熔金属的有机硅酸盐涂层桥梁和隧道的金属结构对腐蚀性物质具有高耐受性,能够在低温下固化金属-有机复合FeNi-石墨复合涂层开关元件耐腐蚀性与石墨含量有关金属等离子熔覆的强化涂层轨340 ℃处理试样的耐蚀性最佳金属铝、铝锌和镁铝热喷涂涂层用于桥梁的螺栓连接有效防止各种腐蚀介质的侵蚀金属锌-铝热喷涂涂层桥梁和结构在含盐环境中有良好的防腐性能组合锌铝金属/有机漆涂层桥梁元件高防腐阻燃性能

有机涂层对水和氧气具有阻隔性,涂敷在金属表面,能有效减缓腐蚀速率,延长寿命[11],因成本低、易施工和开发性强而备受关注[12-13]。黏合剂基料主要为环氧树脂、聚氨酯树脂和丙烯酸树脂等[14-16],不同基料其涂层性能不一,环氧涂层具有良好的稳定性、黏附性和较强的机械性能,但耐候性欠缺,常作底漆和中间漆[17-18];聚氨酯涂层比环氧涂层拥有更强的耐磨性和耐候性[18],可用作面漆;丙烯酸涂层具有高耐酸碱性和耐久性,但其组成物多,成本较高,常作面漆[18]。有机涂层的缺点通过改性可以得到改善,如金属氧化物、金属纳米粉体、氮化物和碳化物纳米填料等[19]。

我们知道数学来源于生活，每一个几何图形是从具体事物中抽象出来，椭圆也不例外.最早人们是从怎样的具体事物中发现椭圆这一曲线的呢？

近几年,以保护和监测钢结构为前提,提出“智能”防腐涂料,如使用可再生生物质资源的生物基防腐涂料;通过在环氧树脂中加入硅烷改性的石墨烯纳米片制备疏水防冰涂层;采用1,10-菲咯啉-5-胺和改性的氧化石墨烯复合,再将其引入水性聚氨酯基涂料,来实现预防与监测功能[20-23]。

个性化的教育还应该具有动态性。大数据形态和速度的优势，使得它对于教育的反馈不是一劳永逸的，能够持续观察、持续分析、持续反馈、持续调整。

同转速发电是指反向发电时机组的转速与抽水时转速相同。这种方法直接利用水泵机组倒转发电，基本不需要增加设备和投资，方便经济。

无机涂层常以硅酸盐类和磷酸盐类化合物作为黏结剂,再加入各种颜料、填料、助剂、固化剂配制而成,相比有机涂料具有更高耐候性、耐热性且污染小等优点,但涂敷太厚易造成泥裂,故在底漆应用上备受争议[24-25]。一种新的溶胶-凝胶无机涂层,没有开裂风险,具有良好的阻挡作用,但加工温度高,难适用于大型结构[26];将难熔金属氧化物和氢化硅酸盐填料溶入混合硅酸盐中,制备的涂层用于桥梁金属结构腐蚀防护,预计耐久性可达20年以上[27];通过加入磷酸二氢铝或三聚磷酸二氢铝成膜物,制备无机纳米涂料在钢轨防护上取得了一定进展[28]。

金属涂层的防护机理是加入更高电化学活性的金属对钢实现阴极保护[29],典型的钢轨桥梁结构的金属涂覆主要通过电沉积、热浸锌或热喷涂工艺生产。研究发现将热喷涂金属层与无机富锌防滑涂层结合,能更有效地阻止腐蚀,也增强了桥梁钢结构连接的可靠性[30];锌涂层表面的锌腐蚀产物和铝涂层表面的氧化膜能减缓腐蚀,ZnAl涂层的高耐蚀性能主要依靠锌溶解形成的厚腐蚀产物,当铝、锌的比例接近1∶1时在保护方面比锌涂层表现更好[31-32];使用等离子熔覆技术和后等温处理,在钢轨上形成涂层,340 ℃时耐蚀性最好[33]。

双壁厚六边形蜂窝夹芯胞元结构在xoz面内所受剪切作用与yoz面内求解类似，参考式(10)可得到其等效单元在z方向上所承受的剪应力为：

此外,还有金属-有机和有机-无机等复合涂层,前者使用金属作为底漆起阻隔作用,再利用有机涂料良好的黏合强度作为面漆增加附加屏障,后者主要是使用硅酸盐作为填料来增加有机涂料的耐蚀性,这类复合涂层耐蚀性更强,可用于提高钢桥元件的保护效率,但成本较高[34]。

轨道材料组成是性能的内在因素,其结构成分对其抗腐蚀性有十分重要的影响。我国早期使用碳素钢轨,随着研究的深入,改用微合金和合金钢轨,近年还开发碳质量分数为0.90%～1.0%的过共析钢轨。表3是世界主要钢轨型号及主要成分[35]。

表3 世界主要钢轨型号及主要成分(质量分数) %

国家钢轨CSiMnPSV中国U71Mn0.65～0.760.15～0.580.70～1.20≤0.030≤0.0250.65～0.76U75V0.71～0.800.50～0.800.75～1.05≤0.030≤0.0250.71～0.80日本JRS600.60～0.700.10～0.300.70～1.10≤0.350≤0.040—美国<60 kg/m0.7350.2050.85≤0.040≤0.050—>60 kg/m0.7750.1250.85≤0.040≤0.050—俄罗斯P650.0750.2050.90≤0.040≤0.045—

为了开发性能更优越的轨道材料,在不同钢结构中添加微合金元素,其主要原理是在大气腐蚀中产生的腐蚀产物具有阻隔作用,如在钢轨材料中加入Cr,可获得更高的耐蚀性、抗冲蚀性和硬度[36-37];加入Nb,其力学性能和耐蚀性得到显著的提高[38];Cr-Cu-Ni和Cr-Cu-Ni-Si多种元素的加入可使得钢轨结构更加致密,有更高的阻抗[39]。

桥梁钢结构性能提升的方法与钢轨大同小异,其中Cu元素是提高桥梁钢耐腐蚀性的最佳元素,添加P元素耐蚀性提升更为明显,Cu有助于金属表面形成稳定和致密的锈层,阻挡阴极反应物质扩散,从而增强耐蚀性[40];Re元素能改变夹杂物的存在形式,促使晶粒细化,与其他合金成分相互作用,加强耐腐蚀能力[41]。

此外,微观结构也会对轨道材料性能造成影响,有研究发现晶粒细化和晶粒取向可减缓钢轨表面腐蚀,抑制裂纹的萌发[42];铁素体和珠光体组织在钢中会形成微电池加速腐蚀,而单一的马氏体和条状贝氏体组织,具有更好的耐蚀性能[43-44];不同片层间距的珠光体组织也会对耐蚀性造成影响[45]。

桥梁钢结构为单相贝氏体时,可减小腐蚀产物与金属基体间的起伏,加强基体与锈层的结合[46];在硬相贝氏体保证强度的条件下,软相铁素体可抑制裂纹的扩展,增加抗断性和耐蚀性[47]。

语境：大可和女朋友罗佳刚坐完长途大巴回到家，和大可的爸爸妈妈一起吃晚饭。大可不顾父母在场，准备给罗佳喂面条。

杂散电流腐蚀是轨道材料的特殊腐蚀类型,是在规定的电路之外流动的电流引起的金属腐蚀,主要有3类:(1)直流杂散电流腐蚀;(2)交流杂散电流腐蚀;(3)地球场电磁感应引起的腐蚀[48]。

我国轨道交通系统以电力牵引为主,难以避免杂散电流产生,致使轨道材料加速腐蚀[50],导致钢轨寿命、钢筋混凝土结构强度和耐久性降低,发生穿孔等事故[50]。京津地铁遭受杂散电流侵蚀,隧道内水管和钢筋严重腐蚀。美国、法国和意大利等国也存在类似问题。杂散电流腐蚀机理如图2所示[51]。

图2 轨道材料的杂散电流腐蚀机理图

直流杂散电流腐蚀主要源于直流电流泄漏,使得金属中自由电子移动,造成电子与金属阳离子的分离,导致了腐蚀的产生。对杂散电流进行监测和研究,表明钢轨杂散电流受到供电方式、轨道电阻和大地纵向电阻等因素影响[52-53]。为减缓其腐蚀,主要方法为阴极保护和排流防护(见图3)[54],阴极保护是在金属管道上连接金属或接入直流两种方式,前者为牺牲阳极法,后者为强制电流法。牺牲阳极法的原理是构造腐蚀电池,使用还原性强的材料作为阳极对管道进行保护。排流保护法是通过将流动的杂散电流不经过大地,直接流回干扰源的方式来减少腐蚀[54];通过加装IFACC(电感强制吸流电路),增设回流线使电流回流的排流方式,在杂散电流的抑制上取得了较好的效果[55]。

图3 杂散电流主要防护方法

此外,也可通过使用纳米瓷涂料、在负极与大地间加装Y电容[56-57]、混合使用“架空接触网+专用回流轨”[58]、改装绝缘垫包裹钢轨轨腰[59]等绝缘涂层或绝缘材料来减缓腐蚀。

交流杂散电流腐蚀是由铁路的交流输配电系统,通过阻性、感性和容性耦合对邻近金属体造成交流干扰,产生交流杂散电流而导致的腐蚀,研究显示外加电流在环流一定时间后才会对钢结构产生腐蚀,且交流比直流更危险[60],但目前交流腐蚀机理尚不清晰,防护也更为困难[61]。当前仍采用类似直流杂散腐蚀的防护方法,即通过干扰源头来避免杂散电流的产生,还可采用较耐腐蚀的材料和防腐涂层,使用绝缘材料来安装阴极保护设施,以及排流方法[62]。

地球存有电磁感应,会在金属结构中产生一个无形的电场,且电场的电位分布不均匀,造成金属不同部位的电位梯度,驱使金属内部的自由电子产生定向移动,电子和金属阳离子分开且金属结构处于电解质环境时,通过制备不同浓度Cl-/SO42-的模拟腐蚀介质,表明杂散电流破坏了化学平衡[63-64],金属阳离子就会脱离金属,向电解质环境迁移,造成金属腐蚀[65]。

地球场所引起的电磁感应是无法避免的,但可通过防腐涂层等方式减缓腐蚀。

无论何种单一的杂散电流腐蚀防护技术,效果仍存不足,须从结合技管入手,达到“以防为主、以排为辅、防排结合、加强监测”综合治理的目的。

轨道材料会受循环交变载荷的应力和环境腐蚀联合作用,此外还会受到压力和固有频率的影响,引起腐蚀疲劳的潜在隐患。如何识别和分析腐蚀损伤、降低轨道材料劣化和维护成本以及提高设施的耐用性十分重要。

钢轨作为最主要的轨道材料,其腐蚀疲劳体现在钢轨的腐蚀与疲劳的交替作用,即腐蚀会使疲劳裂纹萌生,从而加速裂纹扩展,造成钢轨断裂等严重的疲劳损伤。

买家购买单件化妆品的收益为0，小于购买套装化妆品的收益为2PRQ3，故买家会选择“购买套装化妆品”，此时卖家的收益为 2P（1-R）Q3r。

钢轨打磨是控制疲劳裂纹扩展的重要手段,表面越粗糙腐蚀越强;摩擦因数越大,裂纹扩展速率越低,但裂纹越容易萌生,因此合理控制摩擦因数能减缓磨耗,减少腐蚀疲劳和延长使用寿命[66-69];轮轨的润滑也起着降低磨损,延长使用寿命的作用[70];添加微合金元素也能提高钢轨的疲劳性能[71]。

弹性元件是解决轨道腐蚀疲劳的有效途径[72],弹条作为铁轨扣件系统中的关键部位,可有效降低列车冲击和振动,但由于长期服役使其面临更高的疲劳损伤。

研究揭示钢轨的弹条疲劳损伤具有随机性,裂纹源是在拉应力和环境锈蚀共同作用下产生[73];轮轨的高频振动与扣件弹条固有频率接近时会产生共振,造成弹条的断裂伤损[74]。

为防止弹条断裂可通过使用抗腐蚀性较强的材料适当提高回火温度、表面热镀锌等措施来预防腐蚀疲劳[75]。

上述介绍了目前针对轨道材料腐蚀的防护方法,其中采用保护涂层是使用普遍且经济有效的防护手段,但在极端条件下的腐蚀及防护研究不够深入,对可能造成的安全风险也缺少充分评估与预测;对杂散电流腐蚀这种特殊腐蚀行为的认识还不够充分,预防措施也有待提高。现腐蚀防护方向应着眼于:

本次实验所用的气体为甲烷，纯度为99.9%(y)。实验所用的多孔介质为石英砂，粒径为0.1～0.5 mm。为规避常规水溶液内的杂质离子对水合物生成的影响，本次实验选用实验室自制去离子水。

(1)将轨道材料腐蚀机理研究、防护方法的设计、生产、维护与监测作为系统工程予以整体考虑;

(2)杂散电流腐蚀是电力机车独有的特殊腐蚀形态,研究解决新的防护方法是当前迫切任务之一,如开发钢轨电位限制装置联合排流的新工艺;

(3)高度重视极端条件下的腐蚀防护问题,如高盐、高寒、高冻、高湿等环境;

(4)开发“智能”腐蚀防护涂层,如具有自修复涂层、超疏水涂层、导电涂层、高耐候涂层、警示功能涂层等,还须对其损伤恢复效率及时效、愈合周期等问题,进行深入探究;

不是吗，无限无知的宇宙，似乎天然就内在具有一种毫不犹豫的“生命指向”，在一切可能的极度艰辛中一旦有缝隙，就会“石上开花”、生命问世。没有生命的宇宙无法证明其自身的“在”与“不在”，因此，从植物到微生物到昆虫到动物等等，生命以它层层递进的宏大与渺小，让这不被思索的无限广宇在知与不知的替换中，得到思索追溯。

(5)走“绿色”发展道路,减少涂层中有机溶剂和有毒有害物质的使用,降低涂层施工能耗等;

(6)综合考虑加入合金元素、改变组织结构、热处理等加工工艺,研发更高性能轨道材料;

(7)加强轨道材料腐蚀数据的积累和腐蚀失效案例库的建设,构建材料腐蚀数据共享平台,为失效评估和防腐蚀方案等提供丰富的基础信息。

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