輸電線路緊固件的緊蝕防護提升技術研究

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，增加了線路維護的成本。因此緊固件保護涂層的要求與一般的防護涂層不同，它不僅需要有良好的耐腐蝕性能，而且應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。

關鍵詞：緊固件；保護涂層；高分子涂料

中圖分類號：TN06 文獻標識碼：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應用中經常出現(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。

2 國內外研究水平

緊固件是一種量大面廣的通用基礎件，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，咬合不緊不僅導致緊固件的使用強度下降，而且給載荷震動導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

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，目前市場上的產品和技術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，嘗試添加超細尼龍（聚酰胺）粉末，通過分析聚酰胺粉末與基礎油的相互作用機理，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。

改性后的復合磺酸鈣基潤滑脂綜合了復合鋰基脂、聚脲基脂和復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構，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)的轉化，形成較為理想的磺酸鈣皂。要確保體系狀態(tài)轉化的順利完成，應保證反應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油，要同時考慮T106D的粘度以及目的產品的低溫性能要求。對于T106D來說，制備普通工業(yè)用脂，150BS基礎油是最佳選擇。

在試驗條件下，所選用的基礎油粘度越大，所得到的磺酸鈣皂硬度越大，滴點越高，說明粘度大的基礎油有利于碳酸鈣晶型的轉化，并且轉化效率高；而粘度太低，則無法完成狀態(tài)的轉變。從結晶學的角度來講，體系粘度大，由于物質供應不充分而不易形成新的晶核，有利于已經存在的晶核生長；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，基礎油粘度過低，反應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，結果較難形成理想的非牛頓體磺酸鈣皂。但是，由于轉化劑異丙醇沸點所限，反應溫度要控制在55-60℃，基礎油粘度過大，反應時間就會持續(xù)較長，同時攪拌速度也要相應提高。而且高粘度基礎油低溫性能相對較差，也會對最終產品的低溫泵送性能有一定影響。因此根據產品實際用途，選擇適宜的基礎油作為制備復合磺酸鈣潤滑脂的原料非常重要。復合磺酸鈣皂基潤滑脂是一個以基礎油為分散介質和以含油的皂油凝膠粒子為分散相的二相結構分散體系。皂分子的羥基端在纖維內部相互吸引，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絡骨架，使油被固定在結構骨架的空隙中。

為改善基礎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三明治結構，兩個S原子之間的片層間通過范德華力結合。

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（濃硝酸與氫氟酸的混合液除外），其分子式為WS2?？箟簭姸雀哌_2100Mpa，具有耐酸堿侵蝕、耐負荷性能好、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?？箻O壓強度為21.00Mpa?？馆椛湫詮娪谑?、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、高負荷、有輻射及有腐蝕性介質等苛刻的工作環(huán)境中。

IF-WS2納米顆粒具有準球形結構，沒有懸空鍵，具有很低的表面能，更高的化學穩(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、高轉速、高負荷，以及活潑的化學介質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團簇內部的配列結構產生了磁性，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)的大小關系為：石墨>二硫化鉬>二硫化鎢；而最大無卡咬負荷則剛好相反，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，國內已有幾家大的潤滑脂廠商經過試驗，證明用二硫化鎢替代二硫化鉬生產出的產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

4.1 項目研究內容

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)及生產工藝研究

（1）對防松動、防生銹、防咬死涂層的基礎油進行篩選，對黏度、滴點、蒸發(fā)量、雜質含量等性能進行測試，篩選滿足要求的油脂作為基礎油；（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、其進行表面改性，提高其在基礎油中的分散效果；（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)標準技術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）通過嘗試添加超細尼龍（聚酰胺）粉末，通過分析聚酰胺粉末與基礎油的相互作用機理，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。

參考文獻

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