Page 125 - 《摩擦学学报》2020年第3期

第 3 期 章武林, 等: 磨石强度对钢轨打磨行为的影响 391

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一般而言，温度越高钢轨表面氧化程度越严重 . 因 异 . C1s峰值(284.6 eV)主要用于标定其他元素的结
此，结合前述磨石磨削机制随磨石强度增强逐渐从切 合能. 钢轨表面氧化产物主要为Fe的氧化物，所以着
削转变为耕犁的规律，可以证明切削作用是钢轨打磨 重分析Fe2p的窄谱. 图6(b)、图6(c)和图6(d)分别为钢
过程中产热的首要因素. Q/CR 1-2014中规定钢轨经 轨RGS-10、RGS-12.5和RGS-15表面的Fe2p窄谱分析
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磨石打磨后表面无“连续发蓝带” ，因此打磨后钢轨 结果. 结果表明，在710.1和712.4 eV处存在两个结合
RGS-12.5(浅黄色)、GS-15(原色)满足验收要求，而 能峰值，归结为Fe2p ；在723.7和726.1 eV处存在
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RGS-10表面产生蓝色烧伤不满足验收要求. 虽然现场 Fe2p 的结合能峰值. Fe2p 的卫星峰在718.2 eV处.
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磨石(GS-F)磨削能力强，磨削机制主要为切削作用， 710.1和723.7 eV处的两个峰值，可能归结为Fe O 中
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3
但是钢轨表面并未发生“烧伤”[见图5(a)]，表明现场 Fe-O的结合能；712.4和726.1 eV两处的峰值，可能归
磨石对磨削热有优良的调控能力，其主要原因可能为 结为FeO中Fe-O的结合能 [16-17] . 结果表明打磨后钢轨
现场磨石具有一定的气孔率，以及结合剂中添加了润 表面在磨削热的作用下可能形成了Fe O 和Fe O 3 [18] .
2
3
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滑减磨填料，如石墨粉、二硫化钼和冰晶石等. 同时，在706.8 eV处并未检测到分析峰，预示打磨后钢
采用X射线光电子能谱(XPS)对打磨后钢轨近表 轨表面没有单质Fe的存在.
面表层元素进行化学状态检测，分析打磨后钢轨表面 为了进一步分析不同强度磨石对打磨后钢轨表
的氧化产物，结果如图6所示. 不同强度磨石打磨后钢 面氧化产物组分的影响规律，对Fe2p窄谱中各峰面积
轨表面全谱分析结果[见图6(a)]表明，打磨后钢轨表面 百分数进行统计，结果列于表2中. 数据显示，依次从
2+
2+
存在C1s、O1s、Fe2p峰，其中O原子百分比随着磨石强 RGS-10、 RGS-12.5至 RGS-15， Fe 2p 和 Fe 2p 峰
3/2
1/2
3+
3+
度的增大而下降，这与钢轨表面EDS分析结果一致. 面积百分数上升，而Fe 2p 和 Fe 2p 峰面积百分数
1/2
3/2
由于XPS检测的是材料近表层(约5 nm)元素状态，因 下降，表明随着磨石强度的增大，打磨后钢轨表面氧
2+
3+
此XPS全谱检测到的元素种类与钢轨基材存在一定差 化产物中Fe 含量升高，而Fe 含量下降. 这是由于随
C: 56.10%; O:34.16%; Fe: 9.73% Fe2p (RGS-10)
RGS-15
2−
RGS-12.5 Fe 2p Fe 2p
3+
2−
3+
1/2 1/2 Fe 2p Fe 2p
RGS-10 3/2 3/2
Fe2p O1s C1s Satcllite
Intensity/a.u. Fe: 36.57% Fe2p O1s Intensity/a.u. 30.86%
C: 16.71%; O:46.72%;
C: 19.93%; O:46.89%;
Fe: 33.18% C1s 25%
Fe2p O1s 15.12%
C1s
12.04%
16.98%
1 400 1 200 1 000 800 600 400 200 0 730 725 720 715 710 705
Binding energy/eV Binding energy/eV
(a) Wide XPS survey (b) High resolution of Fe2p spectra on RGS-10
Fe2p (RGS-12.5) Fe2p (RGS-15)
2−
2−
2−
Fe 2p Fe 2p Fe 2p Fe 2p 1/2
3+
Fe 2p 1/2 3/2 Fe 2p
2−
3+
3+
1/2 Fe 2p 1/2 3/2
3/2
3+
Satcllite Satcllite Fe 2p 3/2
Intensity/a.u. Intensity/a.u.
20.9%
37.31%
17.47% 43.66%
11.94%
9.61%
9.33% 5.68%
20.52% 23.58%
730 725 720 715 710 705 730 725 720 715 710 705
Binding energy/eV Binding energy/eV
(c) High resolution of Fe2p spectra on RGS-12.5 (d) High resolution of Fe2p spectra on RGS-15

Fig. 6 The XPS analysis of rail surface ground by different GSs
图 6 不同磨石打磨后钢轨表面XPS全谱、窄谱分析