Fréttir
01
Oxunarhegðun teina meðan á malaferli stendur
2024-12-25
Meðan á samspili slípiefna og teina stendur framleiðir plastaflögun teinanna hita og núningur milli slípiefna og járnbrautarefna myndar einnig malahita. Malun stálteina fer fram í náttúrulegu andrúmslofti og meðan á malaferlinu stendur er stálbrautarefnið óhjákvæmilega oxað undir malahitanum. Það er náið samband á milli yfirborðsoxunar á stálteinum og járnbrautarbruna. Þess vegna er nauðsynlegt að rannsaka oxunarhegðun járnbrautaryfirborðsins meðan á malaferlinu stendur.
Greint hefur verið frá því að framleiddar voru þrjár gerðir af slípisteinum með þrýstistyrk, með styrkleika 68,90 MPa, 95,2 MPa og 122,7 MPa, í sömu röð. Samkvæmt röð malarsteinsstyrks eru GS-10, GS-12.5 og GS-15 notuð til að tákna þessa þrjá hópa malasteina. Fyrir stálbrautarsýnin sem eru möluð með þremur settum af slípisteinum GS-10, GS-12.5 og GS-15, eru þau táknuð með RGS-10, RGS-12.5 og RGS-15. Framkvæmdu malaprófanir við malaskilyrði 700 N, 600 rpm og 30 sekúndur. Til að fá leiðandi tilraunaniðurstöður notar járnbrautarslípisteinninn snertiham fyrir pinnadisk. Greindu oxunarhegðun járnbrautaryfirborðsins eftir slípun.
Yfirborðsformgerð slípuðu stálbrautarinnar var skoðuð og greind með SM og SEM, eins og sýnt er á mynd 1. SM-niðurstöður yfirborðs járnbrautarinnar sýna að þegar styrkur malarsteinsins eykst breytist liturinn á járnbrautaryfirborðinu úr bláum og gulbrúnum í upprunalegan lit brautarinnar. Rannsókn Lin o.fl. sýndi að þegar malahitastigið er undir 471 ℃ virðist yfirborð járnbrautarinnar eðlilegur litur. Þegar malahitastigið er á milli 471-600 ℃ sýnir brautin ljósgul bruna, en þegar malahitastigið er á milli 600-735 ℃ sýnir yfirborð brautarinnar bláa bruna. Þess vegna, byggt á litabreytingum á yfirborði járnbrautarinnar, má álykta að þegar styrkur malarsteinsins minnkar, eykst malahitastigið smám saman og stig brunans eykst. EDS var notað til að greina frumefnasamsetningu yfirborðs malaðs stáljárnbrautar og botnflatar rusl. Niðurstöðurnar sýndu að með aukningu á styrk malarsteins minnkaði innihald O frumefnis á yfirborði járnbrautarinnar, sem bendir til minnkunar á bindingu Fe og O á yfirborði járnbrautarinnar og lækkun á oxunarstigi járnbrautarinnar, í samræmi við þróun litabreytinga á yfirborði járnbrautarinnar. Á sama tíma minnkar einnig innihald O frumefnis á neðri yfirborði malaruslsins með aukningu á styrk malasteins. Það er athyglisvert að fyrir yfirborð stáljárnbrautarinnar sem er malað með sama malasteini og botnflöt malarruslsins er innihald O frumefnis á yfirborði þess síðarnefnda hærra en þess fyrrnefnda. Við myndun rusl á sér stað plastaflögun og hiti myndast vegna þjöppunar slípiefna; Á meðan á útstreymi russ stendur nuddar botnflöt ruslsins að framenda yfirborði slípiefnisins og myndar hita. Þess vegna leiða sameinuð áhrif aflögunar rusl og núningshita til meiri oxunar á botnfleti ruslsins, sem leiðir til hærra innihalds O frumefnis.
(a) Lágstyrkur malasteinsmalað stáljárnbrautaryfirborð (RGS-10)
(b) Yfirborð stáljárnbrautar sem er slípað með meðalstyrk slípisteini (RGS-12.5)
(c) Hástyrkur malasteinn malað stál járnbrautaryfirborð (RGS-15)
Mynd 1. Yfirborðsformgerð, formgerð rusl og EDS greining á stálteinum eftir slípun með mismunandi styrkleika malasteina
Til að rannsaka frekar oxunarafurðirnar á yfirborði stálteina og breytileika oxunarafurða með brennslu járnbrautaryfirborðs, var röntgenljósrófsgreining (XPS) notuð til að greina efnafræðilegt ástand frumefna í nær yfirborðslagi malaðra stálteina. Niðurstöðurnar eru sýndar á mynd 2. Heildarrófsgreiningarniðurstöður járnbrautaryfirborðsins eftir slípun með mismunandi styrkleika malarsteina (Mynd 2 (a)) sýna að það eru C1s, O1s og Fe2p toppar á járnbrautaryfirborðinu og hlutfall O atóma minnkar með brennslustigi á járnbrautaryfirborðinu, sem er í samræmi við mynstur EDS greiningarniðurstaðna á járnbrautaryfirborðinu. Vegna þess að XPS greinir frumefnaástandið nálægt yfirborðslagi (um 5 nm) efnisins, er ákveðinn munur á gerðum og innihaldi frumefna sem greina með XPS öllu litrófinu samanborið við undirlag stáljárnbrauta. C1s toppurinn (284,6 eV) er aðallega notaður til að kvarða bindiorku annarra frumefna. Helsta oxunarvaran á yfirborði stálteina er Fe oxíð, þannig að þröngt litróf Fe2p er greint í smáatriðum. Mynd 2 (b) til (d) sýnir þröngu litrófsgreiningu á Fe2p á yfirborði stálteina RGS-10, RGS-12.5 og RGS-15, í sömu röð. Niðurstöðurnar benda til þess að það séu tveir bindiorkutoppar við 710,1 eV og 712,4 eV, sem rekja má til Fe2p3/2; Það eru bindiorkutoppar Fe2p1/2 við 723,7 eV og 726,1 eV. Gervihnattahámark Fe2p3/2 er 718,2 eV. Tindana tvo við 710,1 eV og 723,7 eV má rekja til bindiorku Fe-O í Fe2O3, en toppana við 712,4 eV og 726,1 eV má rekja til bindiorku Fe-O í FeO. Niðurstöðurnar benda til þess að Fe3O4 Fe2O3. Á sama tíma greindist enginn greiningartopp við 706,8 eV, sem gefur til kynna að frumefnis Fe sé ekki til á yfirborði jarðvegsins.
(a) Full litrófsgreining
(b) RGS-10 (blátt)
(c) RGS-12.5 (ljósgult)
(d) RGS-15 (upprunalegur litur stáljárnbrautar)
Mynd.2. XPS greining á járnbrautarflötum með mismunandi brunastigum
Hámarksflatarhlutföllin í Fe2p þröngu litrófinu sýna að frá RGS-10, RGS-12.5 til RGS-15 hækkar hámarksflatarhlutfall Fe2+2p3/2 og Fe2+2p1/2, en hámarksflatarhlutföll Fe3+2p3/2 og Fe3+2p1/2 lækka. Þetta gefur til kynna að eftir því sem yfirborðsbruna á járnbrautinni minnkar eykst Fe2+ innihald í yfirborðsoxunarafurðum en Fe3+ innihald minnkar. Mismunandi þættir oxunarafurðanna leiða til mismunandi lita á jörðu niðri. Því hærra sem yfirborðsbruna er (blátt), því hærra er innihald Fe2O3 afurða í oxíðinu; Því lægra sem yfirborðsbruna er, því hærra er innihald FeO afurða.