输电线路紧固件的紧蚀防护提升技术研究

摘 要：输变电线路中的紧固件的生锈和咬死给日常线路中的维修带来了很大的不便，不仅劳动强度增加，而且这些生锈、咬死的紧固件不得不提前更换，增加了线路维护的成本。因此紧固件保护涂层的要求与一般的防护涂层不同，它不仅需要有良好的耐腐蚀性能，而且应具有较低的摩擦系数和良好的抗咬死性能。通过综合高分子涂料和紧蚀膏的优点，在基础油中添加高分子材料以及填料，制备高性能的防松动，防生锈、防咬死的材料。

关键词：紧固件；保护涂层；高分子涂料

中图分类号：TN06 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）16-0190-02

1 引言

输变电线路中的紧固件，如螺栓、螺丝、铆钉等在实际应用中经常出现松动、断裂、生锈、咬死无法拆卸等问题。紧固件的生锈和咬死给日常线路中的维修带来了很大的不便，不仅劳动强度增加，而且这些生锈、咬死的紧固件不得不提前更换，增加了线路维护的成本。而紧固件的松动一方面影响了线路的正常供电，如松动的金具会发生发热烧伤；另一方面；紧固件一旦松动还，则工作强度下强，从而发生断裂事故，破坏了输电线路的架设。

2 国内外研究水平

紧固件是一种量大面广的通用基础件，包括螺栓、螺钉、螺柱、螺母、等。紧固件防生锈最简单的方法是涂上润滑油，但因为润滑油的滴点低，长时间服役后容易流淌和挥发，同时，润滑油无法起到防松动，放咬死的效果。近几年，螺纹类接触网零件常用防腐防生锈措施是采用热浸镀锌，但是，螺纹类零件在镀后因镀层不匀造成咬合困难，咬合不紧不仅导致紧固件的使用强度下降，而且给载荷震动导致的松动留下了隐患。

对于紧固件的松动问题，目前的解决办法一是在螺栓（螺钉）杆的螺纹面上涂制尼龙等高分子材料，可以达到增加摩擦力及防松的目的。但是这种高分子材料在室外环境中的寿命有限，一般一年左右的时间便失去防松动效果。二是使用螺纹防紧蚀膏，螺纹防紧蚀膏对紧固件的松动现象有一定的解决作用。

3 项目的理论和实践依据

从目前的研究现状可以看出，对于紧固件的松动、腐蚀生锈、咬死等问题，目前市场上的产品和技术都是单一的解决某一问题，不能同时解决输变电线路存在的松动、生锈、咬死三大问题，因而，开发出一种能同时解决松动、生锈、咬死三大问题的涂层显得非常具有意义和市场前景。通过对比不同粒金属粉体作为防腐蚀金属填料，选择性能较好的金属铜粉、镍粉作为金属填料，并探索、分析其在紧固件表面的不同作用机理。

本文通过对比不同含量的石墨粉、纳米二硫化钼粉末和纳米二硫化钨粉末作为纳米（润滑/极压）添加剂在防紧蚀膏中的改性效果，选择合适的纳米粉末添加剂及其用量，探讨纳米添加剂在防紧蚀膏中的作用机理，以及有机包覆对其稳定性的影响，尝试添加超细尼龙（聚酰胺）粉末，通过分析聚酰胺粉末与基础油的相互作用机理，探讨其对防紧蚀膏性能提升的影响，综合高分子涂料和紧蚀膏的优点，在基础油中添加高分子材料以及填料，制备高性能的防松动，防生锈、防咬死的材料。

改性后的复合磺酸钙基润滑脂综合了复合锂基脂、聚脲基脂和复合磺酸钙基脂的性能优势，不仅解决了硬化问题，且该润滑脂具有特殊的纖维结构，从而赋予其极高的滴点、良好的高温极压润滑性能和低的摩擦因数。

高碱值复合磺酸钙基润滑脂具有优良的高低温性能、机械安定性、胶体安定性、氧化安定性、抗水性、抗腐蚀性、优异的防锈性能和极压抗磨性。在试验条件下，粘度较大的基础油更有利于高碱值磺酸钙溶液从牛顿体向非牛顿体状态的转化，形成较为理想的磺酸钙皂。要确保体系状态转化的顺利完成，应保证反应物料体系初始粘度保持在25mm2/s以上。具体选择何种粘度的基础油，要同时考虑T106D的粘度以及目的产品的低温性能要求。对于T106D来说，制备普通工业用脂，150BS基础油是最佳选择。

在试验条件下，所选用的基础油粘度越大，所得到的磺酸钙皂硬度越大，滴点越高，说明粘度大的基础油有利于碳酸钙晶型的转化，并且转化效率高；而粘度太低，则无法完成状态的转变。从结晶学的角度来讲，体系粘度大，由于物质供应不充分而不易形成新的晶核，有利于已经存在的晶核生长；而粘度过低，则易于出现新的晶核，会使体系存在大量晶核微粒但晶核生长却发生困难。因此，基础油粘度过低，反应物料体系的粘度就较低，在较低粘度的物料体系中，碳酸钙大多以超细微粒存在，不易于成长为理想大小的晶粒，从而影响了体系状态的改变，结果较难形成理想的非牛顿体磺酸钙皂。但是，由于转化剂异丙醇沸点所限，反应温度要控制在55-60℃，基础油粘度过大，反应时间就会持续较长，同时搅拌速度也要相应提高。而且高粘度基础油低温性能相对较差，也会对最终产品的低温泵送性能有一定影响。因此根据产品实际用途，选择适宜的基础油作为制备复合磺酸钙润滑脂的原料非常重要。复合磺酸钙皂基润滑脂是一个以基础油为分散介质和以含油的皂油凝胶粒子为分散相的二相结构分散体系。皂分子的羟基端在纤维内部相互吸引，羟基端指向纤维表面具有亲油性，皂纤维靠分子力和离子力互相吸引而形成交错的网络骨架，使油被固定在结构骨架的空隙中。

为改善基础脂的流变特性及分散性能，可添加一定量的高分子添加剂和纳米添加剂。改性后的润滑脂具有阻隔、耐腐蚀、耐摩擦、防潮湿和绝缘等优点，有着广泛的应用。

二硫化钨是钨和硫的化合物，片层状，属于六方晶系，有S-W-S三明治结构，两个S原子之间的片层间通过范德华力结合。

二硫化钨的物理状态为黑灰色粉末，不溶于水和有机溶剂，不与酸碱发生反应（浓硝酸与氢氟酸的混合液除外），其分子式为WS2。抗压强度高达2100Mpa，具有耐酸碱侵蚀、耐负荷性能好、无毒无害、使用温度宽在空气中加热到1100℃开始分解，在2000℃时完全分解为单质钨和硫。在惰性气体中高温稳定性更好，在氢气中600℃时被还原成单质钨。

二硫化钨不溶于水、油、醇、脂及其它有机溶剂，除氧化性很强的硝酸、氢氟酸、硝酸与盐酸的混合酸以外，不溶于一般的酸、碱溶液。在大气中分解温度为510℃，539℃氧化迅速，在4250C以下可长期润滑，真空中分解温度为1 1500C。抗极压强度为21.00Mpa。抗辐射性强于石墨、二硫化钼。具有良好的润滑性能，不仅适用于通常润滑条件，而且可以用于高温、高压、高真空、高负荷、有辐射及有腐蚀性介质等苛刻的工作环境中。

IF-WS2纳米颗粒具有准球形结构，没有悬空键，具有很低的表面能，更高的化学稳定性，更低的摩擦系数。故二硫化钨可作为润滑剂，其性能比二硫化钼要好，抗压强度较大。所以，二硫化钨可以在高温、高压、高转速、高负荷，以及活泼的化学介质中等极端苛刻的工作环境下使用。它还可以填充在其他物料中，来能延长模具寿命，提高产品光洁度，如添加到聚四氟乙烯和尼龙等基体材料中后，可制备成自润滑部件。

由于WS2团簇内部的配列结构产生了磁性，使得在加入到润滑剂中被使用时，可以较好地吸附在金属表面，形成一层纳米保护膜，因此，可以将IF-WS2添加在工程塑料中做成润滑原件。二硫化钨还可以与某些挥发性溶剂混合均匀后、喷涂于金属表面，溶剂挥发后二硫化钨附着在金属表面，在冲锻中用以提高模具的寿命和工件表面的光洁度。

又因为具有良好的抗氧化性，二硫化钨粉末还可以可与油类、脂类配成二硫化钨油剂、二硫化钨油膏、二硫化钨蜡及其他固体润滑块与润滑膜，凡是在润滑膏脂中加二硫化钼的产品均可用二硫化钨替代。在同样的条件下，添加相同量的石墨、二硫化钼和二硫化钨，油脂的摩擦系数的大小关系为：石墨>二硫化钼>二硫化钨；而最大无卡咬负荷则刚好相反，即二硫化钨最高。所以三者的润滑性能中，二硫化钨的自润滑性能是最好的，而且目前二硫化钨的价格比二硫化钼的价格便宜很多，有报道称，国内已有几家大的润滑脂厂商经过试验，证明用二硫化钨替代二硫化钼生产出的产品在润滑性能上并没有降低的趋势。

4 项目的理论和实践依据

4.1 项目研究内容

4.1.1 失效分析及机理研究

（1）分析松动、生锈、咬死的紧固件所服役的环境、使用部位、失效形式及诱因等；（2）振动类型、振动强度、高低温交替等影响因素对紧固件松动的影响结果，紧固件的生锈，咬死的影响因素分析归类。

4.1.2 开发及生产工艺研究

（1）对防松动、防生锈、防咬死涂层的基础油进行筛选，对黏度、滴点、蒸发量、杂质含量等性能進行测试，筛选满足要求的油脂作为基础油；（2）防松动、防生锈、防咬死的涂层填料的选择与改性：选择不同粒径与纯度的金属铜粉、镍粉等金属粉体作为防腐蚀填料，选择不同粒径与纯度的石墨粉、二硫化钼粉末等作为固体润滑填料，并通过有机包覆、其进行表面改性，提高其在基础油中的分散效果；（3）探索防松动、防生锈、防咬死的涂层的配方及工艺：以基础油为基体，添加各种功能填料，通过高速搅拌、高温加热、研磨等工艺制备涂层；（4）增稠剂等其他功能填料的添加试验：筛选适合上述体系的增稠剂、稳定剂、抗氧化剂、抗磨剂等功能助剂。

4.1.3 现场应用考核研究

（1）新开发的防松动、防生锈、防咬死材料在实验室进行加速振动、高低温环境交变实验，盐雾试验、蒸发损失实验等实验，研究涂层的失效形式和使用寿命；（2）新型材料企业标准技术条件及评价体系研究。

4.2 实施方案

（1）通过对比不同粒金属粉体作为防腐蚀金属填料，选择性能较好的金属铜粉、镍粉作为金属填料，并探索、分析其在紧固件表面的不同作用机理；（2）通过对比不同含量的石墨粉、纳米二硫化钼粉末和纳米二硫化钨粉末作为纳米（润滑/极压）添加剂在防紧蚀膏中的改性效果，选择合适的纳米粉末添加剂及其用量，探讨纳米添加剂在防紧蚀膏中的作用机理，以及有机包覆对其稳定性的影响；（3）通过尝试添加超细尼龙（聚酰胺）粉末，通过分析聚酰胺粉末与基础油的相互作用机理，探讨其对防紧蚀膏性能提升的影响；（4）通过综合高分子涂料和紧蚀膏的优点，在基础油中添加高分子材料以及填料，制备高性能的防松动，防生锈、防咬死的材料。

参考文献

[1]夏正斌，涂伟萍.水性金属防护涂料的研究进展[J].材料保护，2003，36（4）：5-8.

[2]管从胜，张明宗，熊金平.有机氟聚合物涂料及其在防腐中的应用[J].防腐科学与防护技术，2000，12（3）：164-169.

[3]陈军君，胡加瑞，谢忆.架空输电线金具腐蚀分析及防护对策[J].电力建设，2013，34（8）：95-99.

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