在沙漠环境中，纳米涂层比传统涂层更耐腐蚀

铁路是最重要的交通方式之一，能够轻松穿越不同的地形。在许多国家——例如中国、美国、澳大利亚和伊朗——铁路网络穿过沙漠地区。这些领域的主要问题之一是沙子的移动对有砟铁路轨道造成各种损坏，例如对铁路扣件系统的腐蚀。一些沙漠地区的土壤成分，例如伊朗的法赫拉吉，由沙子和盐分组成。由于沙子的运动和盐的腐蚀性离子，可能会腐蚀铁路扣件系统，这反过来又会降低部件的厚度及其使用寿命。

在研究过程中，引入了用于有砟轨道扣件系统的纳米涂层作为一种解决方案，以防止由于沙丘的影响而导致的轨道夹和螺旋道钉的腐蚀，并在实验室和铁路的现场测试中对其性能进行了评估追踪。腐蚀作为一种电化学反应，导致金属转化为金属离子。在沙地地区，轨道上的沙子堆积会导致轨脚、轨枕和扣件系统腐蚀。

腐蚀测量实验

有大量不同的实验室方法——例如：线性极化电阻 (LPR)；恒电位和恒电流两种模式下的电化学阻抗谱（EIS）；和盐雾——测量涂层的耐腐蚀性。由于沙漠地区沙丘的盐分性质，增加了腐蚀功能，因此在实验室阶段使用 EIS 和盐雾来评估纳米涂层的性能。EIS是一种电化学方法，其中施加电位差并测量其相关电流。腐蚀速率和其他电化学因素可以通过使用施加的电势和相关电流之间的关系来测量。

盐雾是用于评估耐腐蚀性的标准测试。这种方法是一种快速腐蚀测试，它提供了一个受控的腐蚀环境，该环境已被用来产生暴露在给定测试室中的金属或涂层金属的相对耐腐蚀性信息。ASTM B 117被用作盐雾测试的通用标准。

结果和讨论

在测试中，研究了包括螺丝钉和轨道夹在内的紧固系统。该测试包括两组——具有纳米涂层的紧固系统和具有传统涂层而非纳米涂层的紧固系统——以比较测试结果并测量纳米涂层对降低腐蚀速率的影响。

根据图1所示的曲线图，样品的Nyquist曲线表明，与传统涂层相比，纳米涂层的实际阻抗 (Z') 增加了315倍，证明了纳米涂层紧固系统的耐腐蚀性能-涂层比传统涂层的紧固系统更坚固。

在这项研究中，对有纳米涂层的紧固系统和没有纳米涂层的紧固系统进行了两次盐雾试验。根据结果，没有纳米涂层的样品表面在喷涂24小时后开始腐蚀，168小时后，样品表面100%被腐蚀。对带有纳米涂层的紧固系统的测试结果表明，耐腐蚀性显着提高——在测试过程中对样品喷涂1,000小时后，螺钉表面未观察到腐蚀，这表明纳米涂层具有耐腐蚀性能发挥重要作用。盐雾试验中使用的带有和不带有纳米涂层的轨夹和螺丝钉的图像如图2所示。

实地考察

为了进行现场试验，主要考虑了穿过沙漠地区的铁路轨道。为了评估纳米涂层的抗腐蚀性能，一些具有传统涂层的紧固系统被替换为具有纳米涂层的紧固系统，第一次到作业现场勘察后，螺旋道钉、轨夹和轨脚的腐蚀很明显。

在使用纳米涂层3个月和12个月后，为了验证纳米涂层的抗腐蚀性能，进行了两次调查，证明具有纳米涂层的紧固系统对沙丘具有更高的耐腐蚀性。在第一次调查后——在试点样品实施三个月后——纳米涂层的性能完全可以接受。

进行纳米涂层一年后的调查图像表明纳米涂层的抗腐蚀性能可接受，而其他没有纳米涂层的紧固系统由于过度腐蚀而应更换。

结论

铁路将不可避免地穿越世界各地的沙漠。沙丘的移动——这会导致铁路轨道受到化学侵蚀、道碴层污染和轨道增加等问题刚性——是这些区域的主要问题，并且总是对铁轨造成损坏。紧固件系统的腐蚀会导致上层建筑部件的损坏，这是由于盐沙沙丘的侵袭，并导致维护成本显着增加。已经提出了各种策略来防止沙丘运动的破坏性影响；他们都没有完全解决这个问题。对带有和不带有纳米涂层的紧固系统进行的实验室实验（EIS 测试和盐雾测试）结果表明，与没有纳米涂层的传统紧固系统相比，带有纳米涂层的紧固系统的耐腐蚀性提高了315倍以上。此外，经过1,000小时的盐雾喷射，纳米涂层螺钉和夹子完全完好无损。现场调查的结果证明，具有纳米涂层的紧固系统的耐腐蚀性显着提高。一年后，传统的紧固系统需要更换，而带有纳米涂层的紧固系统可以正常运行而不会产生任何腐蚀。从经济的角度来看，使用这种方法来增加紧固系统的耐腐蚀性，由于纳米涂层材料的低成本和维护成本的降低，它是相当具有成本效益的。