攻克城市轨道交通金属构件防腐难题的新技术——锌镍渗层防腐技术

攻克城市轨道交通金属构件防腐难题的新技术——锌镍渗层防腐技术

中国科技成果\2010\第17期\

科技计划成果

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DOI:10.3772/j.issn.1009-5659.2010.17.010

为攻克城市轨道交通金属构件防腐技术难题，

经过多年的精心研究和反复试验，

通过试验，我们开发出了不排放“三废”、耐酸雨腐蚀、耐磨、耐冲击的产品。

轨道交通金属构件重防腐表面处理新技术

技术——“锌镍扩散层防腐技术”。

该技术已在重庆轻轨3号线、地铁1号线指板系统中应用。

一线轨道扣件​​全面采用；2007年12月应用于重庆轻轨

历时近三年，2号线动物园段指板系统防腐处理工程顺利完工。

广州地铁四号线轨道扣件​​经检测合格，未出现锈蚀现象。

2008年5月开始采用锌镍防腐技术，到现在已经一年半了。

锈斑又出现了；与此同时，我们还为渝湘铁路复线桥梁配套了T型钢。

武汉高铁桥道钉是城市轨道交通的金属结构件。

解决零部件防腐蚀问题取得重大突破。

该技术已列入国家中小企业技术创新基金

2009年第二批核准项目“国家重大项目高性能锌镍”

渗碳层新材料及其金属防腐应用技术”。

1、城市轨道交通金属构件防腐的重要性

城市轨道交通金属构件长期暴露在野外。

经受住日晒雨淋，

受城市酸雨影响

雾或海盐雾侵入

日食。乘坐重庆轻轨2

例如，2号线建设时采用的关西风格涂装

油漆、热镀锌、达克罗、镀锌或二次或三次精加工

所采用的达克罗或环氧富锌氟碳漆及热喷铝不适用于

重庆气候条件下轨道梁钢结构防腐要求、指形板拼装

许多指板出现剥落、油漆脱落、生锈等现象。

部分路段指板螺栓腐蚀断裂，螺栓与指板

座孔腐蚀加固质量问题严重，对轨道列车的正常运营造成很大影响。

这留下了严重的安全隐患。

为了保证铁路列车正常运行，

维护时间非常有限，午夜停机后只有大约3个小时。

作业时间，在如此短的时间内，一辆维修车只能更换一个

接头处有12个指形面板，轻轨2号线共有1500个接头。

每天晚上更换维修车的指板，要花4年的时间。

新建轻轨3号线采用防腐技术处理，仅轨道梁接头处

板的更换和维护将严重阻碍轨道交通的正常运营，影响

城市轨道交通不断发展，因此，应选择和探索轻轨

运行所需的可靠、稳定、耐用的防腐技术已势在必行。

2 实验过程及结论

在大有公司的支持下，

轻轨金属构件应用“锌镍渗层防腐技术”保障安全

切实做好以下三方面的工作。

（1）实验室对比试验证明，锌镍渗透层防腐技术可以抵抗

硫氧化能力和硬度明显优于原有防腐技术；且不影响金属

保留了材料原有的力学性能，平整工件基本不变形；

西南交通大学与59家实验室比对试验结果如表1所示。

重庆大学失效分析中心检测结论：表面锌镍

样品及非镀锌镍测试

机械性能和

阶段组织基本相同。

没有发现显著差异。

锌镍扩散技术处理走行面指板基层及铁路桥梁

支撑底板（760×440×28）处理后无变形。

（2）经厂铸梁对比试验证明，锌镍渗层防腐技术是

水泥的抗碱性腐蚀性能明显优于原有的防腐技术。

两家PC梁制造厂进行对比试验：采用达克罗技术

指板底座表面一般在梁浇筑20天后出现锈蚀。

文/张冠孙任友乾（重庆）

*国家科技型中小企业技术创新基金项目。

锌镍扩散层防腐技术

编辑\张淑萍\E-mail:@csta

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科技计划成果

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指形板基体表面采用锌镍渗层防腐技术，完全

无锈蚀（注：指板底座及其锚固钢筋在PC梁浇铸过程中不会生锈。

指板在施工时一起浇注，PC梁初调后再安装指板）。

（3）通过干线列车运行对比试验，证明其防腐性能

明显优于原有防腐技术，已于2007年2月在重庆大堰安装试运行。

两块用于布线的锌镍处理指板，安装于 2007 年 5 月

11 个镀锌镍指板和 2007

2000年12月，动物园主干道上安装了120块镀锌镍钢板。

指板至今无锈斑，经受了39个月、36个月、

29个月的日晒雨淋，重庆恶劣的酸雨环境和轻轨列车

同时安装的指板因原有的防腐处理，已经生锈。

点。

2008年夏季安装于广州地铁4号线石岐站、海傍站

铁路扣件一面为大有公司研制的锌镍镀层。

防腐技术，经过一年多的运行，至今无生锈现象；

采用其他防腐技术，经过一年多的运行，

生锈（见图1和图2）。

3 技术简介

（1）防腐原理。锌镍扩散技术是基于锌扩散技术。

为了增强渗碳层的耐磨性和耐腐蚀性，镀镍、

针对铝开发的黑色金属防腐技术。

化学热处理是在一定的温度条件下对钢件和锌进行处理的过程，

铝、镍、稀土等元素充分接触加热，使锌、铝、镍

多元素金属原子均匀扩散到钢铁制品表面。

形成不同比例的锌、铝、镍和铁的金属化合物 - 合金

它与基体之间的电位差比纯锌层与基体之间的电位差要小。

作为阴极保护层，其防腐寿命自然比同等厚度的纯锌更长。

防腐层。渗层硬度可达300HV~400HV，耐磨性好。

无氢脆、结合力强、能耐冲击；渗碳层厚度均匀、致密，

不影响螺纹装配，可焊接；渗透层耐潮、耐热、耐酸、耐碱。

中性盐雾试验可达600小时以上，二氧化硫

试验可达160小时以上不生锈。

“三废”排放——节能减排、清洁生产、防腐新技术

可替代传统的热镀锌，防腐性能远胜于

热镀锌，加工成本相当，无环境污染

可广泛应用于铁路、公路、城市轨道交通染色、

桥梁、车辆、船舶、线路金具、机械武器等。

工业上，应用前景极其广阔。

（2）锌镍扩散技术工艺流程。

工艺流程为：碱洗除油—抛丸除锈—

加热渗透层-洗涤和清灰-实施各种

热扩散过程是金属被密封的过程。

在容器内完成，渗碳层厚度均匀可控，无需热镀锌

镀锌过程中酸雾、锌蒸气的挥发和镀锌层的厚度都是不同的。

甚至盲孔螺纹处也会有流挂、积液等现象，所以不仅影响防腐层的外观质量

质量比热镀锌好，工作环境也比热镀锌好，有利于工人的劳动。

动态保护。

图1 两种工艺处理过的指接板5个月后的照片

图2：未生锈的道钉和压板采用锌镍扩散技术进行处理

（接第23页）

中国和

\2010年第17期\中国科技成就

创新交流

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（3）与国内外现有的类似研究和技术进行综合比较。

从表2可以看出，达克罗的盐雾试验与该技术相当。

但硬度较低，只有2H铅笔硬度，不能承受铁路、光线

轨道施工现场作业碰伤、划伤，抵抗二氧化硫能力较差。

能经受酸雨的侵蚀，所以广州地铁道钉采用达克罗处理，

重庆轻轨指板安装后约5个月开始生锈。

热镀锌虽然硬度较高，但是不容易被氧化。

特别是热镀锌，温度高，能耗大。

每排放一吨废水，都严重污染环境，是国家限定的。

系统所使用的技术。

4 社会效益和经济效益

（1）节省能源。锌镍镀层技术比热镀锌节省电力。

镍扩散工艺处理温度约400℃，热镀锌工艺处理温度约600℃

加工温度低150℃～200℃，更经济。

20%~25%的电费，按省电20%计算，即加工每吨耗电量

平均节省50度电，重庆市热镀锌年产量约20万吨。

若采用锌镍扩散技术替代50%，年可节电10×50=500

一万度。

（2）减少排放。锌镍镀层技术在处理前不需要进行酸洗。

无“三废”排放。热镀锌一般需进行酸洗。

每年浸锌产量约20万吨，若以锌镍扩散层替代50%，

每生产一吨产品耗水3吨，可减少重庆市年排放量10×3=30

处理废水1万吨，每年还可为重庆市节约用水30万吨。

（3）改善工人的劳动条件。热镀锌车间，高温锌蒸汽，

酸雾对工人的健康有害。

部件明显优于热镀锌，有利于保护工人、建筑和

和谐社会。

（4）节省锌。热镀锌每吨平均耗锌50公斤。

平均节锌量为10%，即每吨可节锌5kg。

产量约20万吨，若采用锌镍扩散技术替代50%，可节约锌。

5×10=500吨。

（5）节省材料。采用锌镍扩散层技术，耐腐蚀性能好，大大延长了使用寿命。

延长产品寿命，从而节省材料，符合建立经济

建设现代化社会的基本国策。

（接第19页）

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