鐵道的扣件、螺栓等配件是軌道的重要組成部分，長期暴露于自然環(huán)境中，日曬雨淋，風侵雪蝕，工作條件惡劣；此外，列車經(jīng)過時產(chǎn)生的動力作用及運載貨物中酸、堿、鹽等的侵蝕作用，容易造成扣件、螺栓等配件發(fā)生氧化腐蝕、化學腐蝕及電化學腐蝕等，出現(xiàn)扣件、螺栓等配件銹死失效和緊固失效等不良后果。銹蝕的螺栓會導致螺栓與連接的扣件、螺母等銹死，更換、拆卸困難，還會使螺栓的受力性能降低，可能導致螺栓的緊固失效、斷裂等，危及列車行駛安全。

一、鐵道螺栓的腐蝕原因

鐵道螺栓是由一個帶螺紋的螺栓、凸耳或螺母以及鎖緊墊圈等三部分組成的緊固件，其作用在于將鋼軌扣接在軌枕上，并固定兩軌間的軌距，如圖1所示。

圖1 鐵路扣件系統(tǒng)套管螺栓

有砟軌道螺栓一般使用的是立螺栓，預先將一部分螺紋道釘固定在混凝土軌枕中，通過螺母將彈條壓緊固定在道釘上，如圖2所示。

圖2 有砟軌道立螺栓

從圖2可以看出，與預埋套管螺栓相比，立螺栓有更多的部分暴露在外，更容易受到外部因素影響而銹蝕。研究表明：大氣成分對腐蝕速率影響很大，當大氣中有鹽霧、二氧化硫、硫化氫及灰塵時，金屬與其在表面反應會生成相應的化合物，造成不同程度的化學腐蝕，如遇到雨水時，還會產(chǎn)生電化學腐蝕；另外土壤、生物等的腐蝕也會存在。此外，力的作用也會加快螺栓的腐蝕，在不經(jīng)過列車時，扣件會熱脹冷縮，在不同溫度受到拉升或壓縮方向的橫向力；在列車經(jīng)過時，會受到列車經(jīng)過振動而產(chǎn)生的上下方向的縱向力。國內外已有研究者對不同軌道的振動受力模型開展過研究，如Ahlbeck等對有砟道床的受力模型進行了研究，提出了道床錐體受荷假設，表明有砟軌道道床縱向離散為各個軌枕下的參振塊，如圖3所示。

圖3 有砟軌道道床受力模型

從圖3的模型中可以看到，道岔第i個離散的道床參振塊上部受到道枕給予的非均勻分布力，其下部受到路基在垂向上的支撐力，兩側則受到道床其余部分對其施加的剪切力。詹彩娟通過對動力學仿真分析和減振性能測試的方式對地鐵的無砟軌道受力進行了分析，其振動模型如圖4所示。

圖4 無砟軌道振動模型

從圖4的模型可以看出，車輛經(jīng)過產(chǎn)生的振動力基本分布在扣件系統(tǒng)上，最終受力由扣件上的固定螺栓來抵消。

上述研究表明，無論在有砟和無砟鐵路軌道，螺栓均受到鋼軌熱脹冷縮和車輛經(jīng)過振動帶來的作用力，因此螺栓防護不僅僅是簡單的防銹，還應防止螺栓微振動導致的微動磨損腐蝕；此外，電流也會加劇螺栓的腐蝕，特別是道岔區(qū)螺栓的腐蝕還會受到雜散電流的影響，相比于自然腐蝕，雜散電流腐蝕具有加速腐蝕、局部集中的特點，會加速電化學腐蝕，這就對軌道螺栓的防護提出了更高的要求。

二、鐵道螺栓的防護研究

為了防止鐵道線路、橋梁等相關螺栓的銹蝕，通常要在螺栓的安裝和日常養(yǎng)護中涂抹鐵道螺栓防護潤滑脂進行防護。

1、潤滑脂的防護機理

潤滑脂的防護機理主要有兩種：一種是物理隔離防護，即在金屬表面涂覆一層潤滑脂，使金屬表面與環(huán)境隔離，以保護金屬不受環(huán)境中腐蝕介質的侵蝕，防止金屬銹蝕；另一種為化學反應防護，即通過在潤滑脂中添加抗腐蝕劑，抗腐蝕劑與金屬表面接觸后在金屬表面形成一層牢固的緊密排列的吸附膜，形成一種多分子層的防護膜，從而防止空氣中的氧氣、水分及酸性物質對金屬表面的侵蝕而起到防護作用。潤滑脂主要由基礎油和添加劑組成，基礎油具有油效應，即基礎油能在極性分子吸附少的金屬表面進行物理吸附，同時基礎油分子中的烴基會深入到定向吸附的防銹劑分子之間，借助范德華力與防銹劑分子共同堵塞孔隙，使金屬表面上的吸附膜更致密完整，并使吸附不夠牢固的極性分子不易脫落，從而能更有效地保護金屬。然而，單憑基礎油并不能有效地阻擋腐蝕介質，一般會在潤滑脂中加入一定量的防銹劑、金屬緩蝕劑等來提高潤滑脂的防護性能，此時基礎油起到載體的作用，使防銹劑、金屬緩蝕劑等在潤滑脂中分散均勻。

金屬表面是具有多個活性中心的高能晶體結構，極易在有水及氧氣的情況下發(fā)生電化學腐蝕。而潤滑脂中的油溶性緩蝕劑一般是具有極性基團和較長碳鏈的有機化合物，也具有一定的表面活性，由不對稱的極性基團和非極性基團組成。當其分子極性比水分子極性更強，與金屬的親和力比水更大時，便可以將金屬表面的水膜置換掉，從而減緩金屬的銹蝕程度，當防銹劑的含量超過臨界膠束含量時，防銹劑分子就會以極性基團朝里、非極性基團朝外的“逆型膠束”狀態(tài)溶存于油中，吸附和捕集極性的腐蝕性物質，并將其封存于膠束之中，使之不與金屬接觸，起到防銹作用。潤滑脂中的堿性防銹劑可與酸性腐蝕介質進行中和反應，高分子羧酸皂除了部分游離的羧酸能中和堿外，還可與腐蝕性酸發(fā)生復分解反應生成新鹽和高分子羧酸，這就使得潤滑脂對某些極性物質具有中和、置換和增溶的作用。潤滑脂中的油溶性緩蝕劑是具有不對稱結構的表面活性物質，防銹劑分子的極性部分依靠庫侖力或化學鍵作用在油-金屬表面形成定向吸附，從而降低金屬表面活性中心的活性，阻擋水分子和氧分子的侵蝕，極大地減緩了銹蝕過程；防銹劑分子的非極性部分在金屬表面形成一層疏水性保護膜，阻擋了參加腐蝕反應的有關電荷或物質的移動，從而也極大地降低了銹蝕的幾率和速率。

2、鐵道螺栓對防護脂性能的要求

我國鐵道螺栓防護脂執(zhí)行的技術條件見表1。

分析近5年100多個鐵道螺栓防護脂的檢測結果，發(fā)現(xiàn)鹽霧箱試驗合格的潤滑脂也均可通過濕熱箱試驗，比較鹽霧箱試驗與濕熱箱試驗，鹽霧箱試驗比濕熱箱試驗的條件更苛刻。

表1的技術條件中對鐵道螺栓防護脂的低溫性能提出了要求，檢測方法為SH/T 0387—2014《鋼絲繩用潤滑脂低溫性能測定法》附錄C方法，該方法是將潤滑脂涂覆在鋼片表面，在-40 ℃條件下折疊鋼片，觀察潤滑脂的脆裂情況（SH/T 0387—2014附錄C方法主要適用于考察鋼絲繩脂的低溫性能，與鐵道螺栓防護脂在低溫條件下的實際工況相差較遠，不能有效區(qū)分鐵道螺栓防護脂的低溫性能，也與現(xiàn)場使用的實際工況不符）。鐵道螺栓防護脂的使用工況是直接暴露在自然環(huán)境中，在使用過程中經(jīng)常會與水接觸，為了防止鐵道螺栓防護脂被雨水沖走，對潤滑脂的抗水性能有較高的要求。表1的技術條件中對鐵道螺栓防護脂的抗水淋性提出了一定的要求，采用SH/T 0109—2018《潤滑脂 抗水淋性能測定法》中的方法進行測試（但SH/T 0109—2018方法考察的是動態(tài)軸承中潤滑脂的抗水性能，而鐵道螺栓防護脂實際工況需要考慮的是靜態(tài)抗水性能和抗雨淋性能）。對5條線路（包括預埋套管螺栓和立螺栓）鐵道螺栓防護脂的防護效果進行了調研，發(fā)現(xiàn)預埋套管螺栓的潤滑脂經(jīng)過一段時間使用后會流失，螺栓銹蝕明顯，且套管中有存水，在寒冷的冬季還會有凍漲現(xiàn)象發(fā)生，如圖5所示。

圖5 預埋套管螺栓銹蝕情況

從圖5中可以很明顯地看到螺栓銹蝕嚴重，套管中有存水，基本已看不到有潤滑脂，這可能是由于車輛經(jīng)過引起的振動、外界雨雪的進入等原因造成了潤滑脂流失，從而導致預埋套管螺栓銹蝕。

圖6是有砟線路立螺栓的銹蝕情況。

圖6 有砟線路立螺栓銹蝕情況

從圖6中可以很明顯地看到有砟線路的立螺栓銹蝕嚴重。經(jīng)過了解，該線路每年的春秋兩季要對所有聯(lián)結零配件進行涂脂，防止聯(lián)結零件銹蝕，由于該線路干旱少雨，運輸中粉塵較大，螺栓銹蝕較快，因此要對螺栓的涂脂保養(yǎng)定期進行復查以保證潤滑脂附著良好，防止螺栓氧化、開裂和生銹，但即便如此，螺栓的防護效果仍然不佳，主要是道岔螺栓容易折斷，線路扣件容易銹蝕。對5個路局有砟線路立螺栓使用的鐵道螺栓防護脂進行抽樣檢測，所用的螺栓防護脂均不能全項符合表1的技術要求，調研發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)天窗時間有限，為方便作業(yè)，現(xiàn)場通常使用稠度較稀的防護脂，但通常該類防護脂不符合表1中的技術要求。

調研發(fā)現(xiàn)，螺栓防護脂的使用主要存在以下問題：

（1）預埋套管螺栓所用的防護脂的性能基本能符合表1中的技術要求，但在實際使用中防護效果不佳，螺栓多有銹蝕，管內有存水且北方地區(qū)有發(fā)生凍漲損壞尼龍預埋套管的情況；

（2）有砟線路所用的防護脂稠度較低（稠度為00號~000號）或直接涂刷廢機油，防護效果差、周期短，螺栓銹蝕嚴重；

（3）經(jīng)過估算，我國鐵道線路螺栓每年使用的防護潤滑脂超過5000噸，但多為劣質防銹脂，在高溫或雨水沖刷下會流失到自然環(huán)境中，污染線路環(huán)境；

（4）螺栓防護脂的種類、生產(chǎn)廠家和品牌多，給采購、現(xiàn)場使用和管理帶來了很大的不便，也常出現(xiàn)有不合格產(chǎn)品。

根據(jù)鐵道螺栓防護脂的作用機理，結合現(xiàn)場的實際工作需求，螺栓防護脂需要具有以下性能：

1. 具有良好的防銹作用，螺栓防護脂須具有良好且長效的對鐵金屬的防銹作用；

2. 具有防止螺栓微振動磨損腐蝕的作用，需要防護脂具有一定的抗微動磨損性能；

3. 具有較長的防護周期，需要防護脂具有較強的黏附性能與良好的抗水疏水性能，考慮到鐵道螺栓防護脂的使用工況，想要達到較長的使用時間，防護脂必須能較好地粘附在螺栓上，同時能夠很好地抵抗雨水的沖刷和浸泡；

4. 對環(huán)境污染或影響小，鐵路螺栓防護脂在自然界中直接裸露使用，對環(huán)境會產(chǎn)生直接的影響，由于用量較大，需考慮使用時對環(huán)境的影響，考慮延長潤滑脂的使用周期，減少使用量；

5. 與預埋套管材料兼容，防護脂不能對預埋套管材料產(chǎn)生不良影響；

6. 現(xiàn)場使用的便捷性，預埋套管涂脂施工基本是使用泵脂機注入或定裝包裝直接放入的方式，既有線多使用涂刷方式，作業(yè)工作量大，若防護脂的稠度較大（1號或2號稠度），則需要配套便捷的涂脂設備；

7. 北方寒冷地區(qū)對防護脂抗低溫凍漲性能有較高的要求。

三、結束語

隨著我國鐵道技術的快速發(fā)展和對環(huán)境保護的日益重視，高質量、長壽命、環(huán)保型的鐵道螺栓防護脂是未來發(fā)展的方向。隨著鐵路工務維保技術的發(fā)展，為滿足鐵道螺栓的維保防護要求、節(jié)約人工成本和提高作業(yè)質量，專業(yè)自動化的涂脂作業(yè)設備或便捷涂脂設備必將得到廣泛應用。

四、夢能服務與支持

1、免費樣品

如果您對我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請樣品試用，請與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506

油漆樣品適用范圍：

用于新建項目：驗證油漆配套的可行性、檢驗附著力、效果圖與實際顏色的色差。

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申請用量：在1KG以內免費送貨上門。

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夢能對技術服務團隊始終進行一系列的標準化管理，從專業(yè)培訓到日常報告的管理都有一整套完善的體系。夢能公司每年都會對技術服務人員進行定期的技術培訓和能力審計，以使每一位技術服務人員保持高水準的專業(yè)素質，每一位技術服務人員都配備先進的涂裝檢驗儀器，儀器設備均按規(guī)定的時間期限進行定期校驗，以保證每套儀器設備工作狀況良好。

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