Metro araçlarının güvenliğinde tekerleklerin önemi
Demiryolu taşımacılığı, yüksek verimliliği ve yüksek kapasitesi nedeniyle özellikle kentsel alanlarda trafik sıkışıklığının azaltılmasında en önemli alternatiflerden biri olarak ortaya çıkmıştır. Her ne kadar büyük veya ciddi bir emniyet kazası yaşanmamış olsa da sanayinin gelişmesi ve teknolojik ilerlemeler gerçekten güvenli tren işletmeciliğinin önemini artırmıştır. Tekerlek metro aracının önemli parçalarından biridir. Metro hatlarının özellikleri yüksek hızlı trenlere göre daha karmaşıktır ve sık frenleme ve hızlanma tekerleklere kolaylıkla zarar verebilir. Yaygın tekerlek hasarı türleri arasında jant aşınması, sırt çizikleri, sırt aşınması, sırt pullanması ve jantların düşmesi yer alır. Ayrıca tekerlek onarımı sırasında tekerlek ile ray arasındaki göreceli hareket, lastik sırtının aşınmasına neden olabilir. Trenin güvenliğini sağlamak için tekerleğin kayma sürtünme performansının incelenmesi çok önemlidir.
Lazer kaplama teknolojisi
Lazer kaplama teknolojisi, yüksek katma değerli parçaların onarımında birçok potansiyel uygulamaya sahip olan ve aşınma ve yuvarlanma teması yorulma çatlaklarına karşı güçlü bir dirence sahip olan bir alt tabaka üzerinde metal alaşımlardan oluşan bir yüzey katmanı biriktirir.
Lazer kaplama teknolojisi malzemeyi güçlendirir ve alt tabaka yüzeyinin üstün kalite elde etmesini sağlar. Çoğu araştırmacı, lazer kaplama teknolojisinin, aşınma direnci, sürtünmeyi azaltma, korozyon direnci, yorulma direnci ve oksidasyon direncine sahip alaşım kaplamalar üretmek için çeşitli alaşım tozlarını kullanabileceğine inanıyor.
Lazer kaplama teknolojisi için doğru alaşım tozunu seçmek çok önemlidir. Ray ve tekerlek yapılarında sıklıkla demir ve nikel bazlı tozlar kullanılır. Bununla birlikte, iki toz bileşim, işlev ve özellikler bakımından farklılık gösterir.
Metro tekerleklerinin onarımında Ni ve Fe alaşımlarının kuru kayma sürtünmesi ve aşınma özelliklerinin analizi
Araştırmacıların Ni bazlı ve Fe bazlı alaşım kaplamaların metro tekerleklerinin onarımındaki performansını karşılaştırdığı anlaşılıyor. Demiryolu tekerleklerinin ER9 malzemesi lazer eritme teknolojisi ile Ni ve Fe bazlı alaşımlarla kaplanmaktadır. Ortaya çıkan kaplama yoğun bir mikro yapıya sahiptir; kusur, çatlak veya gözenek yoktur.
Araştırmacılar, kaplamanın mikroyapı morfolojisini, arayüz elemanlarını ve faz türlerini incelemek için enerji dağılım spektroskopisi (EDS), taramalı elektron mikroskobu (SEM), 3D optik topografi ve X-ışını difraktometresini (XRD) kullandılar.
Kaplamanın mekanik özellikleri, MFT-EC4000 pistonlu elektrokimyasal aşınma ve sürtünme test cihazı ve Vickers Mikrosertlik test cihazı kullanılarak test edildi. (Ni, Fe), Cr23C6 ve Cr7C3 fazlı Ni bazlı kaplamalar ve -Fe, (Fe-Cr-Ni) ve (Fe, Ni) katı çözelti fazlı Fe bazlı kaplamalar seçildi.
Ni bazlı alaşımlarda krom birikimi atomlar arası bağı arttırır ve katı çözeltinin güçlendirilmesine katkıda bulunur. Ayrıca kaplama yapısında sert karbür fazının ve katı çözeltinin varlığı, malzemenin basınç ve çekme dayanımını arttırır.
Ni bazlı alaşımlarda krom birikimi atomlar arası bağı arttırır ve katı çözeltinin güçlendirilmesine katkıda bulunur. Ayrıca kaplama yapısında sert karbür fazının ve katı çözeltinin varlığı, malzemenin basınç ve çekme dayanımını arttırır.
Adhesif aşınma birincil aşınma mekanizması olduğunda, Ni bazlı kaplama, aşınma ve sürtünme testlerinin sonunda daha şiddetli oksidasyona maruz kaldı.
Fe bazlı kaplamanın sertliği 715 HV0.7'dir, bu da temel malzemenin sertliğinin 2.86 katıdır. Ni bazlı kaplamanın maksimum sertliği 268,4HV0,7'dir. Ayrıca Ni bazlı kaplamanın sürtünme katsayısı Fe bazlı kaplamaya göre daha düşüktür. Aşınma ve sürtünme açısından Ni bazlı kaplamanın dayanıklılığı Fe bazlı kaplamanın yaklaşık dört katıdır.
Katı çözelti fazının varlığı nedeniyle Fe bazlı kaplamalar katı çözelti güçlendirmesi gösterir. Eriyik kaplamanın ön ısıtılması nedeniyle lokal söndürme meydana gelir, bu da dokunun sertliğini ve aşınma direncini arttırır.
Ni bazlı kaplamanın yüksek sıcaklıklardaki işlevi beklentileri karşılarken, sertliği ve sürtünme kalitesi de düşüktür. Ancak Ni bazlı alaşımların ekonomik faydaları zayıftır.
Bu çalışma, lazer kaplama teknolojisinin jantların sertliğini ve aşınma direncini artırabildiğini göstermektedir. Ayrıca çalışmalar, alaşım kaplamanın alttaki malzemeyle aynı olması durumunda alaşım tozunun daha önemli performans iyileştirmeleri sağlayabileceğini göstermiştir.
Palet ile tekerlek arasındaki optimum aşınma ilişkisi ve kaplamanın yüksek aşınma direnci ve sertliği nedeniyle Fe bazlı kaplamalar tekerlek kaplaması için uygun değildir.
Referans:
Xiao, Q., Zhang, B. ve Yang, W. (2022) Metro tekerlekleri üzerindeki lazer kaplama alaşımlı kaplamaların kayan tribolojik özellikleri. https://www.mdpi.com/2079-6412/12/10/1561/htm