ข่าว
01
พฤติกรรมออกซิเดชันของรางในระหว่างกระบวนการเจียร
25-12-2024
ในระหว่างปฏิกิริยาระหว่างสารกัดกร่อนและราง การเปลี่ยนรูปพลาสติกของรางจะสร้างความร้อน และแรงเสียดทานระหว่างสารกัดกร่อนและวัสดุรางยังสร้างความร้อนจากการเจียรอีกด้วย การเจียรรางเหล็กจะดำเนินการในบรรยากาศธรรมชาติ และในระหว่างกระบวนการเจียร วัสดุรางเหล็กจะถูกออกซิไดซ์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ภายใต้ความร้อนของการเจียร มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดระหว่างการเกิดออกซิเดชันที่พื้นผิวของรางเหล็กและการไหม้ของราง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องศึกษาพฤติกรรมการเกิดออกซิเดชันของพื้นผิวรางระหว่างกระบวนการเจียร
มีรายงานว่าได้เตรียมหินเจียร 3 ประเภทที่มีความแข็งแรงในการอัด โดยมีความแข็งแรง 68.90 MPa, 95.2 MPa และ 122.7 MPa ตามลำดับ ตามลำดับความแข็งแรงของหินเจียร GS-10, GS-12.5 และ GS-15 ถูกใช้เพื่อแสดงกลุ่มหินเจียรทั้งสามกลุ่มนี้ สำหรับตัวอย่างรางเหล็กที่เจียรด้วยหินเจียร 3 ชุด ได้แก่ GS-10, GS-12.5 และ GS-15 นั้น จะแสดงด้วย RGS-10, RGS-12.5 และ RGS-15 ตามลำดับ ดำเนินการทดสอบการเจียรภายใต้สภาวะการเจียรที่ 700 นิวตัน 600 รอบต่อนาที และเวลา 30 วินาที เพื่อให้ได้ผลการทดลองที่ชัดเจนยิ่งขึ้น หินเจียรรางจึงใช้โหมดสัมผัสดิสก์หมุด วิเคราะห์พฤติกรรมออกซิเดชันของพื้นผิวรางหลังการเจียร
สัณฐานวิทยาพื้นผิวของรางเหล็กพื้นดินถูกสังเกตและวิเคราะห์โดยใช้ SM และ SEM ดังแสดงในรูปที่ 1 ผล SM ของพื้นผิวรางเหล็กแสดงให้เห็นว่าเมื่อความแข็งแรงของหินเจียรเพิ่มขึ้น สีของพื้นผิวรางเหล็กจะเปลี่ยนจากสีน้ำเงินและสีเหลืองน้ำตาลเป็นสีเดิมของราง การศึกษาโดย Lin et al. แสดงให้เห็นว่าเมื่ออุณหภูมิในการเจียรต่ำกว่า 471 ℃ พื้นผิวของรางจะปรากฏเป็นสีปกติ เมื่ออุณหภูมิในการเจียรอยู่ระหว่าง 471-600 ℃ รางจะแสดงรอยไหม้สีเหลืองอ่อน ในขณะที่เมื่ออุณหภูมิในการเจียรอยู่ระหว่าง 600-735 ℃ พื้นผิวของรางจะแสดงรอยไหม้สีน้ำเงิน ดังนั้น จากการเปลี่ยนแปลงสีของพื้นผิวรางเหล็กพื้นดิน จึงอนุมานได้ว่าเมื่อความแข็งแรงของหินเจียรลดลง อุณหภูมิในการเจียรจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นและระดับการไหม้ของรางจะเพิ่มขึ้น EDS ถูกใช้เพื่อวิเคราะห์องค์ประกอบธาตุของพื้นผิวรางเหล็กพื้นดินและพื้นผิวด้านล่างของเศษซาก ผลการทดลองพบว่าเมื่อความแข็งแรงของหินเจียรเพิ่มขึ้น ปริมาณธาตุ O บนพื้นผิวรางจะลดลง ซึ่งบ่งชี้ถึงการลดลงของการจับตัวของ Fe และ O บนพื้นผิวราง และการลดลงของระดับออกซิเดชันของราง ซึ่งสอดคล้องกับแนวโน้มการเปลี่ยนแปลงสีบนพื้นผิวราง ในเวลาเดียวกัน ปริมาณธาตุ O บนพื้นผิวด้านล่างของเศษหินเจียรก็ลดลงเช่นกันเมื่อความแข็งแรงของหินเจียรเพิ่มขึ้น สิ่งที่น่าสังเกตคือ สำหรับพื้นผิวรางเหล็กที่เจียรด้วยหินเจียรเดียวกันและพื้นผิวด้านล่างของเศษหินเจียร ปริมาณธาตุ O บนพื้นผิวของเศษหินเจียรจะสูงกว่าของชิ้นแรก ในระหว่างการก่อตัวของเศษหิน จะเกิดการเสียรูปพลาสติกและความร้อนเกิดขึ้นเนื่องจากการบีบอัดของสารกัดกร่อน ในระหว่างกระบวนการไหลออกของเศษหิน พื้นผิวด้านล่างของเศษหินจะถูกับพื้นผิวด้านหน้าของสารกัดกร่อนและสร้างความร้อน ดังนั้น ผลรวมของการเสียรูปของเศษหินและความร้อนจากแรงเสียดทานทำให้ระดับออกซิเดชันบนพื้นผิวด้านล่างของเศษหินสูงขึ้น ส่งผลให้มีปริมาณธาตุ O สูงขึ้น
(ก) พื้นผิวรางเหล็กที่บดด้วยหินเจียรที่มีความแข็งแรงต่ำ (RGS-10)
(b) พื้นผิวรางเหล็กขัดด้วยหินเจียรที่มีความแข็งแรงปานกลาง (RGS-12.5)
(c) พื้นผิวรางเหล็กขัดหินเจียรที่มีความแข็งแรงสูง (RGS-15)
รูปที่ 1 สัณฐานวิทยาพื้นผิว สัณฐานวิทยาของเศษวัสดุ และการวิเคราะห์ EDS ของรางเหล็กหลังจากการบดด้วยหินบดที่มีความเข้มข้นต่างกัน
เพื่อตรวจสอบผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันบนพื้นผิวรางเหล็กและการเปลี่ยนแปลงของผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันตามระดับการเผาไหม้บนพื้นผิวรางเพิ่มเติม จึงใช้สเปกโตรสโคปีโฟโตอิเล็กตรอนเอกซ์เรย์ (XPS) เพื่อตรวจจับสถานะทางเคมีของธาตุในชั้นใกล้พื้นผิวของรางเหล็กที่บดละเอียด ผลลัพธ์แสดงไว้ในรูปที่ 2 ผลการวิเคราะห์สเปกตรัมเต็มของพื้นผิวรางหลังจากการบดด้วยหินบดที่มีความเข้มข้นต่างกัน (รูปที่ 2 (a)) แสดงให้เห็นว่ามีจุดสูงสุดของ C1, O1 และ Fe2p บนพื้นผิวรางกราวด์ และเปอร์เซ็นต์ของอะตอม O จะลดลงตามระดับการเผาไหม้บนพื้นผิวราง ซึ่งสอดคล้องกับรูปแบบของผลการวิเคราะห์ EDS บนพื้นผิวราง เนื่องจาก XPS ตรวจจับสถานะธาตุใกล้กับชั้นพื้นผิว (ประมาณ 5 นาโนเมตร) ของวัสดุ จึงมีความแตกต่างบางประการในประเภทและเนื้อหาของธาตุที่ตรวจพบโดยสเปกตรัมเต็มของ XPS เมื่อเปรียบเทียบกับพื้นผิวรางเหล็ก ค่าพีคของ C1s (284.6 eV) ส่วนใหญ่ใช้เพื่อปรับเทียบพลังงานยึดเหนี่ยวของธาตุอื่น ผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันหลักบนพื้นผิวรางเหล็กคือออกไซด์ของเหล็ก ดังนั้นจึงวิเคราะห์สเปกตรัมแคบของ Fe2p อย่างละเอียด รูปที่ 2 (b) ถึง (d) แสดงการวิเคราะห์สเปกตรัมแคบของ Fe2p บนพื้นผิวรางเหล็ก RGS-10, RGS-12.5 และ RGS-15 ตามลำดับ ผลลัพธ์ระบุว่ามีค่าพีคของพลังงานยึดเหนี่ยวสองค่าที่ 710.1 eV และ 712.4 eV ซึ่งมาจาก Fe2p3/2 โดยมีพีคของพลังงานยึดเหนี่ยวของ Fe2p1/2 ที่ 723.7 eV และ 726.1 eV โดยค่าพีคของ Fe2p3/2 อยู่ที่ 718.2 eV จุดสูงสุดทั้งสองจุดที่ 710.1 eV และ 723.7 eV อาจเกิดจากพลังงานยึดเหนี่ยวของ Fe-O ใน Fe2O3 ในขณะที่จุดสูงสุดที่ 712.4 eV และ 726.1 eV อาจเกิดจากพลังงานยึดเหนี่ยวของ Fe-O ใน FeO ผลลัพธ์บ่งชี้ว่า Fe3O4 เป็น Fe2O3 ในขณะเดียวกัน ไม่พบจุดสูงสุดในการวิเคราะห์ที่ 706.8 eV ซึ่งบ่งชี้ว่าไม่มีธาตุ Fe บนพื้นผิวรางกราวด์
(ก) การวิเคราะห์สเปกตรัมเต็มรูปแบบ
(b) RGS-10 (สีน้ำเงิน)
(c) RGS-12.5 (เหลืองอ่อน)
(d) RGS-15 (สีเดิมของรางเหล็ก)
รูปที่ 2 การวิเคราะห์ XPS ของพื้นผิวรางที่มีระดับการเผาไหม้ต่างกัน
เปอร์เซ็นต์พื้นที่พีคในสเปกตรัมแคบของ Fe2p แสดงให้เห็นว่าตั้งแต่ RGS-10, RGS-12.5 ถึง RGS-15 เปอร์เซ็นต์พื้นที่พีคของ Fe2+2p3/2 และ Fe2+2p1/2 เพิ่มขึ้น ในขณะที่เปอร์เซ็นต์พื้นที่พีคของ Fe3+2p3/2 และ Fe3+2p1/2 ลดลง ซึ่งบ่งชี้ว่าเมื่อระดับการเผาไหม้บนพื้นผิวรางลดลง ปริมาณ Fe2+ ในผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันบนพื้นผิวจะเพิ่มขึ้น ในขณะที่ปริมาณ Fe3+ จะลดลง ส่วนประกอบที่แตกต่างกันของผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันส่งผลให้รางกราวด์มีสีต่างกัน ยิ่งระดับการเผาไหม้บนพื้นผิว (สีน้ำเงิน) สูงขึ้น ปริมาณของผลิตภัณฑ์ Fe2O3 ในออกไซด์ก็จะสูงขึ้น ยิ่งระดับการเผาไหม้บนพื้นผิวต่ำลง ปริมาณของผลิตภัณฑ์ FeO ก็จะสูงขึ้น