Oxidationsadfærd af skinner under slibeprocessen
Under samspillet mellem slibemidler og skinner genererer den plastiske deformation af skinnerne varme, og friktionen mellem slibemidler og skinnematerialer genererer også slibevarme. Slibningen af stålskinner udføres i en naturlig atmosfære, og under slibningsprocessen oxideres stålskinnematerialet uundgåeligt under slibevarmen. Der er en tæt sammenhæng mellem overfladeoxidation af stålskinner og skinneforbrændinger. Derfor er det nødvendigt at studere skinneoverfladens oxidationsadfærd under slibningsprocessen.
Det er blevet rapporteret, at der blev fremstillet tre typer slibesten med trykstyrker, med styrker på henholdsvis 68,90 MPa, 95,2 MPa og 122,7 MPa. I henhold til rækkefølgen af slibestensstyrke bruges GS-10, GS-12.5 og GS-15 til at repræsentere disse tre grupper af slibesten. For stålskinneprøver, der er slebet af tre sæt slibesten GS-10, GS-12.5 og GS-15, er de henholdsvis repræsenteret af RGS-10, RGS-12.5 og RGS-15. Udfør slibeprøver under slibebetingelser på 700 N, 600 rpm og 30 sekunder. For at opnå mere intuitive eksperimentelle resultater anvender skinneslibestenen en stiftskivekontakttilstand. Analyser oxidationsadfærden af skinneoverfladen efter slibning.
Overflademorfologien af den slebne stålskinne blev observeret og analyseret ved anvendelse af SM og SEM, som vist i fig. SM-resultaterne af jordskinneoverfladen viser, at når slibestensstyrken øges, skifter farven på jordskinneoverfladen fra blå og gulbrun til skinnens oprindelige farve. Undersøgelsen af Lin et al. viste, at når slibetemperaturen er under 471 ℃, ser overfladen af skinnen normal farve ud. Når slibetemperaturen er mellem 471-600 ℃, viser skinnen lysegule forbrændinger, mens når slibetemperaturen er mellem 600-735 ℃, viser skinnens overflade blå forbrændinger. Ud fra farveændringen af jordskinnens overflade kan det derfor udledes, at efterhånden som slibestenens styrke falder, stiger slibetemperaturen gradvist, og graden af skinneforbrænding stiger. EDS blev brugt til at analysere grundstofsammensætningen af den slebne stålskinneoverflade og affaldsbundoverfladen. Resultaterne viste, at med stigningen i slibestensstyrken faldt indholdet af O-element på skinnens overflade, hvilket indikerer en reduktion i bindingen af Fe og O på overfladen af skinnen og et fald i oxidationsgraden af skinnen, i overensstemmelse med tendensen med farveændring på overfladen af skinnen. Samtidig falder indholdet af O-element på den nedre overflade af slibeaffaldet også med stigningen i slibestensstyrken. Det er værd at bemærke, at for overfladen af stålskinnen, der er slebet af den samme slibesten, og bunden af slibeaffaldet, er indholdet af O-element på overfladen af sidstnævnte højere end indholdet af førstnævnte. Under dannelsen af affald opstår plastisk deformation, og varme genereres på grund af komprimeringen af slibemidler; Under processen med udstrømning af affald gnider den nederste overflade af affaldet mod slibemidlets forreste endeoverflade og genererer varme. Derfor fører den kombinerede effekt af affaldsdeformation og friktionsvarme til en højere grad af oxidation på bunden af affaldet, hvilket resulterer i et højere indhold af O-element.

(a) Lavstyrke slibestensslebet stålskinneoverflade (RGS-10)

(b) Overflade af stålskinne grundet med middelstyrke slibesten (RGS-12.5)
(c) Højstyrke slibestensslebet stålskinneoverflade (RGS-15)
Fig. 1. Overflademorfologi, affaldsmorfologi og EDS-analyse af stålskinner efter slibning med forskellige intensiteter af slibesten
For yderligere at undersøge oxidationsprodukterne på overfladen af stålskinner og variationen af oxidationsprodukter med graden af skinneoverfladeforbrænding, blev røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) brugt til at detektere den kemiske tilstand af grundstoffer i det nære overfladelag af slebne stålskinner. Resultaterne er vist i fig. Fuldspektrumanalyseresultaterne af skinneoverfladen efter slibning med forskellige intensiteter af slibesten (Fig.2 (a)) viser, at der er C1s, O1s og Fe2p toppe på jordskinnens overflade, og procentdelen af O-atomer falder med graden af forbrænding på skinneoverfladen, hvilket er i overensstemmelse med mønsteret af EDS-analyseresultater på skinneoverfladen. På grund af det faktum, at XPS detekterer de elementære tilstande nær overfladelaget (ca. 5 nm) af materialet, er der visse forskelle i typerne og indholdet af elementer detekteret af XPS fuldt spektrum sammenlignet med stålskinnesubstratet. C1s-toppen (284,6 eV) bruges hovedsageligt til at kalibrere bindingsenergierne for andre elementer. Det vigtigste oxidationsprodukt på overfladen af stålskinner er Fe-oxid, så det smalle spektrum af Fe2p analyseres i detaljer. Fig. 2 (b) til (d) viser smalspektrumanalysen af Fe2p på overfladen af stålskinner henholdsvis RGS-10, RGS-12.5 og RGS-15. Resultaterne indikerer, at der er to bindingsenergitoppe ved 710,1 eV og 712,4 eV, tilskrevet Fe2p3/2; Der er bindingsenergitoppe for Fe2p1/2 ved 723,7 eV og 726,1 eV. Satellittoppen for Fe2p3/2 er på 718,2 eV. De to toppe ved 710,1 eV og 723,7 eV kan tilskrives bindingsenergien af Fe-O i Fe2O3, mens toppene ved 712,4 eV og 726,1 eV kan tilskrives Fe-Os bindingsenergi i FeO. Resultaterne indikerer, at Fe3O4 Fe2O3. I mellemtiden blev der ikke påvist nogen analytisk top ved 706,8 eV, hvilket indikerer fraværet af elementært Fe på jordskinnens overflade.

(a) Fuldspektrumanalyse

(b) RGS-10 (blå)

(c) RGS-12.5 (lysegul)

(d) RGS-15 (oprindelig farve på stålskinne)
Fig.2. XPS-analyse af skinneoverflader med forskellige grader af forbrændinger
Toparealprocenterne i Fe2p smalle spektrum viser, at fra RGS-10, RGS-12.5 til RGS-15 stiger toparealprocenterne for Fe2+2p3/2 og Fe2+2p1/2, mens toparealprocenterne for Fe3+ 2p3/2 og Fe3+2p1/2 falder. Dette indikerer, at efterhånden som graden af overfladeforbrænding på skinnen falder, stiger Fe2+-indholdet i overfladeoxidationsprodukterne, mens Fe3+-indholdet falder. De forskellige komponenter i oxidationsprodukterne resulterer i forskellige farver på jordskinnen. Jo højere grad af overfladeforbrænding (blå), jo højere er indholdet af Fe2O3-produkter i oxidet; Jo lavere grad af overfladeforbrænding, jo højere er indholdet af FeO-produkter.