1. 研究目的与意义（文献综述）

安全是铁路发展的永恒主题，随着高速重载铁路的快速发展，轮轨踏面的接触疲劳损伤变得越来越严重，轮轨接触条件剧烈恶化，加大了运行阻力，甚至会造成车辆脱轨事故，严重危及铁路运营安全。轮轨磨耗造成钢轨、轮对的大批量提早报废，每年用于钢轨更换的费用相当大，对相应的资金安排产生巨大的压力，同时，换轨作业须耗费大量时间和人力，占用宝贵的线路运行时间，从而直接影响着铁路运营，对于线路运能的影响将是直接、即时和显著的。所以，尽可能的在轮轨必须更换之前延长其工作寿命，对于铁路的经济效益和运营安全都有着显著的影响。

铁路长期运营会出现轮轨接触疲劳裂纹和轮轨磨耗，轮对和钢轨的寿命都受到磨耗和滚动接触疲劳的影响。车轮的踏面滚动接触疲劳损伤分成四个阶段：①裂纹的形成；②早期的裂纹生长；③裂纹扩展；④片状的材料从车轮表面分离。表层重复的塑性变形最终导致材料达到它的塑性应变极限，然后裂纹开始形成。轮轨踏面的磨耗和滚动接触疲劳在发展过程中相互影响和制约，磨耗能恶化轮轨接触关系，加速裂纹的增长，影响车辆的稳定性。但高的磨耗率能够去掉轮轨踏面带裂纹的材料，有效地阻止滚动接触疲劳的发展。因此，控制车轮踏面和钢轨顶面的摩擦系数显得至关重要。

摩擦控制可以在车轮踏面或轨顶面实施，通过车载移动式和地面道旁式等不同途径实现，控制车轮踏面和钢轨顶面的摩擦系数。车载系统一般分为干式固块和液体喷涂两种不同涂覆方式。根据德国hy－power公司研究结果，实施踏面摩擦控制可降低噪音35db、钢轨磨耗减少2/3、列车脱轨系数降低67%。车轮踏面用的摩擦调节固块在车轮踏面和钢轨顶面间的界面上形成一层微米厚的薄膜，控制轮轨界面摩擦系数在0.3-0.4范围，保障了在不降低牵引、制动需要的粘着系数下，最大限度地降低钢轨磨耗、能耗和轮轨表面接触应力，有效延长钢轨使用寿命，保证铁路运营安全。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究的基本内容

1) 了解轮轨伤损情况、摩擦控制方法及机理；

2) 选取耐高温无机粘结剂，研究其固化工艺；

3) 筛选出合适的增摩、减摩和其他填料；

4) 优化配方及烧结工艺；

5) 性能测定及结构表征：真密度、硬度、压缩强度、弯曲强度等性能，TG-DSC，XRD和扫描电镜等结构表征。

6) 用数学方法建立模型，对配方工艺进行优化。

2.2 研究的目标

1) 通过筛选原料、设计配方、优化配方工艺，制备出能够实际应用的产品。

2) 建立配方优化模型，预测产品性能，指导产品配方优化。

2.3 拟采用的技术方案及措施

技术方案：

配方原料筛选：

工艺流程图：

研究具体实验措施：

1、原料筛选：

1) 无机粘接剂的筛选，通过查阅文献和粘结性能试验，筛选出结合力强，耐高温、抗震动、抗剥落的无机粘结剂。

2) 润滑剂的筛选，采用控制变量法，对比不同配比下试样的硬度、密度、耐磨性能等特性，确定最优润滑剂。

3) 增摩剂的筛选，通过查阅大量的文献，选择合适的增摩剂如硅酸锆、钾长石、氧化铝等，制备并测试样品的摩擦性能，以摩擦系数（0.3-0.5）为技术指标选择增摩剂。

4) 填料的筛选，选择与粘结剂结合力强、耐高温的填料。

2、配方设计：

采用正交设计或均匀设计方法进行配方设计，测试样品的真密度、硬度、压缩强度、弯曲强度等性能，采用数学方法建立模型，优化配方设计。

3、工艺研究：

1) 将适量无机粘接剂均匀涂覆在钢制试片上，设定合适的升温速率，用马弗炉进行焙烧，每10min取出试片，观察粘结剂随着时间的增加与温度的升高而发生的变化，确定固化温度。

2) 查阅大量文献，进行样品制备，确定样品压制压力、烧结温度、时间等工艺参数。

3. 研究计划与安排

2017.2.15-2017.3.10 查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需的原料，工艺方案确定，撰写开题报告；

2017.3.11-2017.3.24 筛选合适的原材料，包括粘接剂、增摩和减摩填料等；

2017.3.25-2017.5.5 初步摸索工艺条件，研究轮轨摩擦控制材料的配方和成型工艺，并对配方进行优化；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] andreas rosenkranz, bj#246;rn martin, simon bettscheideet al. correlation between solid–solid contact ratios and lubrication regimesmeasured by a refined electrical resistivity circuit[j]. wear, 2014, 3201-2.

[2] alarcón g i,burgelman n, meza j m, et al. power dissipation modeling in wheel/rail contact:effect of friction coefficient and profile quality[j].wear,2016,366-367:217-224.

[3] ding h h, he cg, ma l, et al. wear mapping and transitions in wheel and rail materials under different contact pressure and sliding velocity conditions[j].wear,2016,352-353:1-8.