Nyheter
01
Oksidasjonsadferd av skinner under slipeprosessen
2024-12-25
Under samspillet mellom slipemidler og skinner genererer den plastiske deformasjonen av skinnene varme, og friksjonen mellom slipemidler og skinnematerialer genererer også slipevarme. Sliping av stålskinner utføres i en naturlig atmosfære, og under slipeprosessen blir stålskinnematerialet uunngåelig oksidert under slipevarmen. Det er en nær sammenheng mellom overflateoksidasjon av stålskinner og skinneforbrenning. Derfor er det nødvendig å studere oksidasjonsadferden til skinneoverflaten under slipeprosessen.
Det er rapportert at det ble utarbeidet tre typer slipesteiner med trykkfasthet, med styrker på henholdsvis 68,90 MPa, 95,2 MPa og 122,7 MPa. I henhold til rekkefølgen av slipesteinsstyrke, brukes GS-10, GS-12.5 og GS-15 for å representere disse tre gruppene av slipesteiner. For stålskinneprøver slipt av tre sett med slipesteiner GS-10, GS-12.5 og GS-15, er de henholdsvis representert av RGS-10, RGS-12.5 og RGS-15. Utfør slipetester under slipeforhold på 700 N, 600 rpm og 30 sekunder. For å oppnå mer intuitive eksperimentelle resultater, bruker skinneslipesteinen en pinneskivekontaktmodus. Analyser oksidasjonsoppførselen til skinneoverflaten etter sliping.
Overflatemorfologien til den slipte stålskinnen ble observert og analysert ved bruk av SM og SEM, som vist i fig.1. SM-resultatene av jordskinneoverflaten viser at når slipesteinsstyrken øker, endres fargen på jordskinneoverflaten fra blå og gulbrun til skinnens opprinnelige farge. Studien av Lin et al. viste at når slipetemperaturen er under 471 ℃, ser overflaten av skinnen normal farge ut. Når slipetemperaturen er mellom 471-600 ℃, viser skinnen lysegule brannskader, mens når slipetemperaturen er mellom 600-735 ℃, viser skinnens overflate blå brannskader. Basert på fargeendringen på jordskinneoverflaten kan det derfor utledes at når styrken til slipesteinen avtar, øker slipetemperaturen gradvis og graden av skinneforbrenning øker. EDS ble brukt til å analysere den elementære sammensetningen av overflaten av slipt stålskinne og bunnoverflaten av rusk. Resultatene viste at med økningen av slipesteinsstyrken, reduserte innholdet av O-element på overflaten av skinnen, noe som indikerer en reduksjon i bindingen av Fe og O på overflaten av skinnen, og en reduksjon i graden av oksidasjon av skinnen, i samsvar med trenden med fargeendring på overflaten av skinnen. Samtidig avtar også innholdet av O-element på den nedre overflaten av slipeavfallet med økningen av slipesteinens styrke. Det er verdt å merke seg at for overflaten av stålskinnen som er slipt av den samme slipesteinen og bunnoverflaten av slipeavfall, er innholdet av O-element på overflaten av sistnevnte høyere enn det til førstnevnte. Under dannelsen av rusk oppstår plastisk deformasjon og varme genereres på grunn av komprimering av slipemidler; Under prosessen med utstrømning av rusk, gnis bunnoverflaten av rusket mot den fremre endeoverflaten av slipemidlet og genererer varme. Derfor fører den kombinerte effekten av ruskdeformasjon og friksjonsvarme til en høyere grad av oksidasjon på bunnoverflaten av rusket, noe som resulterer i et høyere innhold av O-element.
(a) Skinneoverflate for slipestein med lav styrke (RGS-10)
(b) Overflate av stålskinne slipt med middels styrke slipestein (RGS-12.5)
(c) Høystyrke slipestein slipt stål skinneoverflate (RGS-15)
Fig. 1. Overflatemorfologi, ruskmorfologi og EDS-analyse av stålskinner etter sliping med forskjellige intensiteter av slipesteiner
For ytterligere å undersøke oksidasjonsproduktene på overflaten av stålskinner og variasjonen av oksidasjonsprodukter med graden av skinneoverflateforbrenning, ble røntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) brukt for å påvise den kjemiske tilstanden til grunnstoffer i det nære overflatelaget. av slipte stålskinner. Resultatene er vist i fig.2. Fullspektrumanalyseresultatene av skinneoverflaten etter sliping med forskjellig intensitet av slipesteiner (fig.2 (a)) viser at det er C1s, O1s og Fe2p topper på jordskinnenes overflate, og prosentandelen O-atomer synker med graden av forbrenning på skinneoverflaten, som er i samsvar med mønsteret av EDS-analyseresultater på skinneoverflaten. På grunn av det faktum at XPS detekterer de elementære tilstandene nær overflatelaget (ca. 5 nm) av materialet, er det visse forskjeller i typene og innholdet av elementer detektert av XPS fullt spektrum sammenlignet med stålskinnesubstratet. C1s-toppen (284,6 eV) brukes hovedsakelig til å kalibrere bindingsenergiene til andre elementer. Hovedoksidasjonsproduktet på overflaten av stålskinner er Fe-oksid, så det smale spekteret av Fe2p analyseres i detalj. Fig. 2 (b) til (d) viser smalspektrumanalysen av Fe2p på overflaten av stålskinner henholdsvis RGS-10, RGS-12.5 og RGS-15. Resultatene indikerer at det er to bindingsenergitopper ved 710,1 eV og 712,4 eV, tilskrevet Fe2p3/2; Det er bindingsenergitopper av Fe2p1/2 ved 723,7 eV og 726,1 eV. Satellitt-toppen til Fe2p3/2 er på 718,2 eV. De to toppene ved 710,1 eV og 723,7 eV kan tilskrives bindingsenergien til Fe-O i Fe2O3, mens toppene ved 712,4 eV og 726,1 eV kan tilskrives bindingsenergien til Fe-O i FeO. Resultatene indikerer at Fe3O4 Fe2O3. I mellomtiden ble ingen analytisk topp påvist ved 706,8 eV, noe som indikerer fravær av elementært Fe på jordskinnenes overflate.
(a) Fullspekteranalyse
(b) RGS-10 (blå)
(c) RGS-12.5 (lysegul)
(d) RGS-15 (original farge på stålskinne)
Fig.2. XPS-analyse av skinneoverflater med ulike grader av brannskader
Topparealprosentene i Fe2p smalspektret viser at fra RGS-10, RGS-12.5 til RGS-15 øker topparealprosentene for Fe2+2p3/2 og Fe2+2p1/2, mens topparealprosentene for Fe3+ 2p3/2 og Fe3+2p1/2 reduseres. Dette indikerer at når graden av overflateforbrenning på skinnen avtar, øker Fe2+-innholdet i overflateoksidasjonsproduktene, mens Fe3+-innholdet avtar. De forskjellige komponentene i oksidasjonsproduktene resulterer i forskjellige farger på jordskinnen. Jo høyere grad av overflateforbrenning (blå), jo høyere er innholdet av Fe2O3-produkter i oksidet; Jo lavere grad av overflateforbrenning, desto høyere er innholdet av FeO-produkter.