輸電線路緊固件的緊蝕防護(hù)提升技術(shù)研究

郝祉

摘 要：輸變電線路中的緊固件的生銹和咬死給日常線路中的維修帶來了很大的不便，不僅勞動強度增加，而且這些生銹、咬死的緊固件不得不提前更換，增加了線路維護(hù)的成本。因此緊固件保護(hù)涂層的要求與一般的防護(hù)涂層不同，它不僅需要有良好的耐腐蝕性能，而且應(yīng)具有較低的摩擦系數(shù)和良好的抗咬死性能。通過綜合高分子涂料和緊蝕膏的優(yōu)點，在基礎(chǔ)油中添加高分子材料以及填料，制備高性能的防松動，防生銹、防咬死的材料。

關(guān)鍵詞：緊固件；保護(hù)涂層；高分子涂料

中圖分類號：TN06 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0190-02

1 引言

輸變電線路中的緊固件，如螺栓、螺絲、鉚釘?shù)仍趯嶋H應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)松動、斷裂、生銹、咬死無法拆卸等問題。緊固件的生銹和咬死給日常線路中的維修帶來了很大的不便，不僅勞動強度增加，而且這些生銹、咬死的緊固件不得不提前更換，增加了線路維護(hù)的成本。而緊固件的松動一方面影響了線路的正常供電，如松動的金具會發(fā)生發(fā)熱燒傷；另一方面；緊固件一旦松動還，則工作強度下強，從而發(fā)生斷裂事故，破壞了輸電線路的架設(shè)。

2 國內(nèi)外研究水平

緊固件是一種量大面廣的通用基礎(chǔ)件，包括螺栓、螺釘、螺柱、螺母、等。緊固件防生銹最簡單的方法是涂上潤滑油，但因為潤滑油的滴點低，長時間服役后容易流淌和揮發(fā)，同時，潤滑油無法起到防松動，放咬死的效果。近幾年，螺紋類接觸網(wǎng)零件常用防腐防生銹措施是采用熱浸鍍鋅，但是，螺紋類零件在鍍后因鍍層不勻造成咬合困難，咬合不緊不僅導(dǎo)致緊固件的使用強度下降，而且給載荷震動導(dǎo)致的松動留下了隱患。

對于緊固件的松動問題，目前的解決辦法一是在螺栓（螺釘）桿的螺紋面上涂制尼龍等高分子材料，可以達(dá)到增加摩擦力及防松的目的。但是這種高分子材料在室外環(huán)境中的壽命有限，一般一年左右的時間便失去防松動效果。二是使用螺紋防緊蝕膏，螺紋防緊蝕膏對緊固件的松動現(xiàn)象有一定的解決作用。

3 項目的理論和實踐依據(jù)

從目前的研究現(xiàn)狀可以看出，對于緊固件的松動、腐蝕生銹、咬死等問題，目前市場上的產(chǎn)品和技術(shù)都是單一的解決某一問題，不能同時解決輸變電線路存在的松動、生銹、咬死三大問題，因而，開發(fā)出一種能同時解決松動、生銹、咬死三大問題的涂層顯得非常具有意義和市場前景。通過對比不同粒金屬粉體作為防腐蝕金屬填料，選擇性能較好的金屬銅粉、鎳粉作為金屬填料，并探索、分析其在緊固件表面的不同作用機理。

本文通過對比不同含量的石墨粉、納米二硫化鉬粉末和納米二硫化鎢粉末作為納米（潤滑/極壓）添加劑在防緊蝕膏中的改性效果，選擇合適的納米粉末添加劑及其用量，探討納米添加劑在防緊蝕膏中的作用機理，以及有機包覆對其穩(wěn)定性的影響，嘗試添加超細(xì)尼龍（聚酰胺）粉末，通過分析聚酰胺粉末與基礎(chǔ)油的相互作用機理，探討其對防緊蝕膏性能提升的影響，綜合高分子涂料和緊蝕膏的優(yōu)點，在基礎(chǔ)油中添加高分子材料以及填料，制備高性能的防松動，防生銹、防咬死的材料。

改性后的復(fù)合磺酸鈣基潤滑脂綜合了復(fù)合鋰基脂、聚脲基脂和復(fù)合磺酸鈣基脂的性能優(yōu)勢，不僅解決了硬化問題，且該潤滑脂具有特殊的纖維結(jié)構(gòu)，從而賦予其極高的滴點、良好的高溫極壓潤滑性能和低的摩擦因數(shù)。

高堿值復(fù)合磺酸鈣基潤滑脂具有優(yōu)良的高低溫性能、機械安定性、膠體安定性、氧化安定性、抗水性、抗腐蝕性、優(yōu)異的防銹性能和極壓抗磨性。在試驗條件下，粘度較大的基礎(chǔ)油更有利于高堿值磺酸鈣溶液從牛頓體向非牛頓體狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，形成較為理想的磺酸鈣皂。要確保體系狀態(tài)轉(zhuǎn)化的順利完成，應(yīng)保證反應(yīng)物料體系初始粘度保持在25mm2/s以上。具體選擇何種粘度的基礎(chǔ)油，要同時考慮T106D的粘度以及目的產(chǎn)品的低溫性能要求。對于T106D來說，制備普通工業(yè)用脂，150BS基礎(chǔ)油是最佳選擇。

在試驗條件下，所選用的基礎(chǔ)油粘度越大，所得到的磺酸鈣皂硬度越大，滴點越高，說明粘度大的基礎(chǔ)油有利于碳酸鈣晶型的轉(zhuǎn)化，并且轉(zhuǎn)化效率高；而粘度太低，則無法完成狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。從結(jié)晶學(xué)的角度來講，體系粘度大，由于物質(zhì)供應(yīng)不充分而不易形成新的晶核，有利于已經(jīng)存在的晶核生長；而粘度過低，則易于出現(xiàn)新的晶核，會使體系存在大量晶核微粒但晶核生長卻發(fā)生困難。因此，基礎(chǔ)油粘度過低，反應(yīng)物料體系的粘度就較低，在較低粘度的物料體系中，碳酸鈣大多以超細(xì)微粒存在，不易于成長為理想大小的晶粒，從而影響了體系狀態(tài)的改變，結(jié)果較難形成理想的非牛頓體磺酸鈣皂。但是，由于轉(zhuǎn)化劑異丙醇沸點所限，反應(yīng)溫度要控制在55-60℃，基礎(chǔ)油粘度過大，反應(yīng)時間就會持續(xù)較長，同時攪拌速度也要相應(yīng)提高。而且高粘度基礎(chǔ)油低溫性能相對較差，也會對最終產(chǎn)品的低溫泵送性能有一定影響。因此根據(jù)產(chǎn)品實際用途，選擇適宜的基礎(chǔ)油作為制備復(fù)合磺酸鈣潤滑脂的原料非常重要。復(fù)合磺酸鈣皂基潤滑脂是一個以基礎(chǔ)油為分散介質(zhì)和以含油的皂油凝膠粒子為分散相的二相結(jié)構(gòu)分散體系。皂分子的羥基端在纖維內(nèi)部相互吸引，羥基端指向纖維表面具有親油性，皂纖維靠分子力和離子力互相吸引而形成交錯的網(wǎng)絡(luò)骨架，使油被固定在結(jié)構(gòu)骨架的空隙中。

為改善基礎(chǔ)脂的流變特性及分散性能，可添加一定量的高分子添加劑和納米添加劑。改性后的潤滑脂具有阻隔、耐腐蝕、耐摩擦、防潮濕和絕緣等優(yōu)點，有著廣泛的應(yīng)用。

二硫化鎢是鎢和硫的化合物，片層狀，屬于六方晶系，有S-W-S三明治結(jié)構(gòu)，兩個S原子之間的片層間通過范德華力結(jié)合。

二硫化鎢的物理狀態(tài)為黑灰色粉末，不溶于水和有機溶劑，不與酸堿發(fā)生反應(yīng)（濃硝酸與氫氟酸的混合液除外），其分子式為WS2。抗壓強度高達(dá)2100Mpa，具有耐酸堿侵蝕、耐負(fù)荷性能好、無毒無害、使用溫度寬在空氣中加熱到1100℃開始分解，在2000℃時完全分解為單質(zhì)鎢和硫。在惰性氣體中高溫穩(wěn)定性更好，在氫氣中600℃時被還原成單質(zhì)鎢。

二硫化鎢不溶于水、油、醇、脂及其它有機溶劑，除氧化性很強的硝酸、氫氟酸、硝酸與鹽酸的混合酸以外，不溶于一般的酸、堿溶液。在大氣中分解溫度為510℃，539℃氧化迅速，在4250C以下可長期潤滑，真空中分解溫度為1 1500C。抗極壓強度為21.00Mpa。抗輻射性強于石墨、二硫化鉬。具有良好的潤滑性能，不僅適用于通常潤滑條件，而且可以用于高溫、高壓、高真空、高負(fù)荷、有輻射及有腐蝕性介質(zhì)等苛刻的工作環(huán)境中。

IF-WS2納米顆粒具有準(zhǔn)球形結(jié)構(gòu)，沒有懸空鍵，具有很低的表面能，更高的化學(xué)穩(wěn)定性，更低的摩擦系數(shù)。故二硫化鎢可作為潤滑劑，其性能比二硫化鉬要好，抗壓強度較大。所以，二硫化鎢可以在高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速、高負(fù)荷，以及活潑的化學(xué)介質(zhì)中等極端苛刻的工作環(huán)境下使用。它還可以填充在其他物料中，來能延長模具壽命，提高產(chǎn)品光潔度，如添加到聚四氟乙烯和尼龍等基體材料中后，可制備成自潤滑部件。

由于WS2團(tuán)簇內(nèi)部的配列結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了磁性，使得在加入到潤滑劑中被使用時，可以較好地吸附在金屬表面，形成一層納米保護(hù)膜，因此，可以將IF-WS2添加在工程塑料中做成潤滑原件。二硫化鎢還可以與某些揮發(fā)性溶劑混合均勻后、噴涂于金屬表面，溶劑揮發(fā)后二硫化鎢附著在金屬表面，在沖鍛中用以提高模具的壽命和工件表面的光潔度。

又因為具有良好的抗氧化性，二硫化鎢粉末還可以可與油類、脂類配成二硫化鎢油劑、二硫化鎢油膏、二硫化鎢蠟及其他固體潤滑塊與潤滑膜，凡是在潤滑膏脂中加二硫化鉬的產(chǎn)品均可用二硫化鎢替代。在同樣的條件下，添加相同量的石墨、二硫化鉬和二硫化鎢，油脂的摩擦系數(shù)的大小關(guān)系為：石墨>二硫化鉬>二硫化鎢；而最大無卡咬負(fù)荷則剛好相反，即二硫化鎢最高。所以三者的潤滑性能中，二硫化鎢的自潤滑性能是最好的，而且目前二硫化鎢的價格比二硫化鉬的價格便宜很多，有報道稱，國內(nèi)已有幾家大的潤滑脂廠商經(jīng)過試驗，證明用二硫化鎢替代二硫化鉬生產(chǎn)出的產(chǎn)品在潤滑性能上并沒有降低的趨勢。

4 項目的理論和實踐依據(jù)

4.1 項目研究內(nèi)容

4.1.1 失效分析及機理研究

（1）分析松動、生銹、咬死的緊固件所服役的環(huán)境、使用部位、失效形式及誘因等；（2）振動類型、振動強度、高低溫交替等影響因素對緊固件松動的影響結(jié)果，緊固件的生銹，咬死的影響因素分析歸類。

4.1.2 開發(fā)及生產(chǎn)工藝研究

（1）對防松動、防生銹、防咬死涂層的基礎(chǔ)油進(jìn)行篩選，對黏度、滴點、蒸發(fā)量、雜質(zhì)含量等性能進(jìn)行測試，篩選滿足要求的油脂作為基礎(chǔ)油；（2）防松動、防生銹、防咬死的涂層填料的選擇與改性：選擇不同粒徑與純度的金屬銅粉、鎳粉等金屬粉體作為防腐蝕填料，選擇不同粒徑與純度的石墨粉、二硫化鉬粉末等作為固體潤滑填料，并通過有機包覆、其進(jìn)行表面改性，提高其在基礎(chǔ)油中的分散效果；（3）探索防松動、防生銹、防咬死的涂層的配方及工藝：以基礎(chǔ)油為基體，添加各種功能填料，通過高速攪拌、高溫加熱、研磨等工藝制備涂層；（4）增稠劑等其他功能填料的添加試驗：篩選適合上述體系的增稠劑、穩(wěn)定劑、抗氧化劑、抗磨劑等功能助劑。

4.1.3 現(xiàn)場應(yīng)用考核研究

（1）新開發(fā)的防松動、防生銹、防咬死材料在實驗室進(jìn)行加速振動、高低溫環(huán)境交變實驗，鹽霧試驗、蒸發(fā)損失實驗等實驗，研究涂層的失效形式和使用壽命；（2）新型材料企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)條件及評價體系研究。

4.2 實施方案

（1）通過對比不同粒金屬粉體作為防腐蝕金屬填料，選擇性能較好的金屬銅粉、鎳粉作為金屬填料，并探索、分析其在緊固件表面的不同作用機理；（2）通過對比不同含量的石墨粉、納米二硫化鉬粉末和納米二硫化鎢粉末作為納米（潤滑/極壓）添加劑在防緊蝕膏中的改性效果，選擇合適的納米粉末添加劑及其用量，探討納米添加劑在防緊蝕膏中的作用機理，以及有機包覆對其穩(wěn)定性的影響；（3）通過嘗試添加超細(xì)尼龍（聚酰胺）粉末，通過分析聚酰胺粉末與基礎(chǔ)油的相互作用機理，探討其對防緊蝕膏性能提升的影響；（4）通過綜合高分子涂料和緊蝕膏的優(yōu)點，在基礎(chǔ)油中添加高分子材料以及填料，制備高性能的防松動，防生銹、防咬死的材料。

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