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(lái)了很大的不便，不僅勞動(dòng)強(qiáng)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(guò)綜合高分子涂料和緊蝕膏的優(yōu)點(diǎn)，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(dòng)，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(hào)：TN06 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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?shí)際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)松動(dòng)、斷裂、生銹、咬死無(wú)法拆卸等問(wèn)題。緊固件的生銹和咬死給日常線路中的維修帶來(lái)了很大的不便，不僅勞動(dòng)強(qiáng)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(dòng)一方面影響了線路的正常供電，如松動(dòng)的金具會(huì)發(fā)生發(fā)熱燒傷；另一方面；緊固件一旦松動(dòng)還，則工作強(qiáng)度下強(qiáng)，從而發(fā)生斷裂事故，破壞了輸電線路的架設(shè)。

2 國(guó)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(jiǎn)單的方法是涂上潤(rùn)滑油，但因?yàn)闈?rùn)滑油的滴點(diǎn)低，長(zhǎng)時(shí)間服役后容易流淌和揮發(fā)，同時(shí)，潤(rùn)滑油無(wú)法起到防松動(dòng)，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(qiáng)度下降，而且給載荷震動(dòng)導(dǎo)致的松動(dòng)留下了隱患。

對(duì)于緊固件的松動(dòng)問(wèn)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(shí)間便失去防松動(dòng)效果。二是使用螺紋防緊蝕膏，螺紋防緊蝕膏對(duì)緊固件的松動(dòng)現(xiàn)象有一定的解決作用。

3 項(xiàng)目的理論和實(shí)踐依據(jù)

從目前的研究現(xiàn)狀可以看出，對(duì)于緊固件的松動(dòng)、腐蝕生銹、咬死等問(wèn)題，目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品和技術(shù)都是單一的解決某一問(wèn)題，不能同時(shí)解決輸變電線路存在的松動(dòng)、生銹、咬死三大問(wèn)題，因而，開(kāi)發(fā)出一種能同時(shí)解決松動(dòng)、生銹、咬死三大問(wèn)題的涂層顯得非常具有意義和市場(chǎng)前景。通過(guò)對(duì)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(jī)理。

本文通過(guò)對(duì)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(rùn)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(jī)理，以及有機(jī)包覆對(duì)其穩(wěn)定性的影響，嘗試添加超細(xì)尼龍（聚酰胺）粉末，通過(guò)分析聚酰胺粉末與基礎(chǔ)油的相互作用機(jī)理，探討其對(duì)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(diǎn)，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(dòng)，防生銹、防咬死的材料。

改性后的復(fù)合磺酸鈣基潤(rùn)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(shì)，不僅解決了硬化問(wèn)題，且該潤(rùn)滑脂具有特殊的纖維結(jié)構(gòu)，從而賦予其極高的滴點(diǎn)、良好的高溫極壓潤(rùn)滑性能和低的摩擦因數(shù)。

高堿值復(fù)合磺酸鈣基潤(rùn)滑脂具有優(yōu)良的高低溫性能、機(jī)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(yàn)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(shí)考慮T106D的粘度以及目的產(chǎn)品的低溫性能要求。對(duì)于T106D來(lái)說(shuō)，制備普通工業(yè)用脂，150BS基礎(chǔ)油是最佳選擇。

在試驗(yàn)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(diǎn)越高，說(shuō)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(wú)法完成狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。從結(jié)晶學(xué)的角度來(lái)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(zhǎng)；而粘度過(guò)低，則易于出現(xiàn)新的晶核，會(huì)使體系存在大量晶核微粒但晶核生長(zhǎng)卻發(fā)生困難。因此，基礎(chǔ)油粘度過(guò)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(zhǎng)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(diǎn)所限，反應(yīng)溫度要控制在55-60℃，基礎(chǔ)油粘度過(guò)大，反應(yīng)時(shí)間就會(huì)持續(xù)較長(zhǎng)，同時(shí)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(duì)較差，也會(huì)對(duì)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(shí)際用途，選擇適宜的基礎(chǔ)油作為制備復(fù)合磺酸鈣潤(rùn)滑脂的原料非常重要。復(fù)合磺酸鈣皂基潤(rùn)滑脂是一個(gè)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(cuò)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(rùn)滑脂具有阻隔、耐腐蝕、耐摩擦、防潮濕和絕緣等優(yōu)點(diǎn)，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(gè)S原子之間的片層間通過(guò)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(jī)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?？箟簭?qiáng)度高達(dá)2100Mpa，具有耐酸堿侵蝕、耐負(fù)荷性能好、無(wú)毒無(wú)害、使用溫度寬在空氣中加熱到1100℃開(kāi)始分解，在2000℃時(shí)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(shí)被還原成單質(zhì)鎢。

二硫化鎢不溶于水、油、醇、脂及其它有機(jī)溶劑，除氧化性很強(qiáng)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(zhǎng)期潤(rùn)滑，真空中分解溫度為1 1500C?？箻O壓強(qiáng)度為21.00Mpa。抗輻射性強(qiáng)于石墨、二硫化鉬。具有良好的潤(rùn)滑性能，不僅適用于通常潤(rùn)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(méi)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(rùn)滑劑，其性能比二硫化鉬要好，抗壓強(qiáng)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(lái)能延長(zhǎng)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(rùn)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(rùn)滑劑中被使用時(shí)，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(rùn)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?yàn)榫哂辛己玫目寡趸裕蚧u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(rùn)滑塊與潤(rùn)滑膜，凡是在潤(rùn)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(wú)卡咬負(fù)荷則剛好相反，即二硫化鎢最高。所以三者的潤(rùn)滑性能中，二硫化鎢的自潤(rùn)滑性能是最好的，而且目前二硫化鎢的價(jià)格比二硫化鉬的價(jià)格便宜很多，有報(bào)道稱，國(guó)內(nèi)已有幾家大的潤(rùn)滑脂廠商經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，證明用二硫化鎢替代二硫化鉬生產(chǎn)出的產(chǎn)品在潤(rùn)滑性能上并沒(méi)有降低的趨勢(shì)。

4 項(xiàng)目的理論和實(shí)踐依據(jù)

4.1 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容

4.1.1 失效分析及機(jī)理研究

（1）分析松動(dòng)、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(dòng)類型、振動(dòng)強(qiáng)度、高低溫交替等影響因素對(duì)緊固件松動(dòng)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(kāi)發(fā)及生產(chǎn)工藝研究

（1）對(duì)防松動(dòng)、防生銹、防咬死涂層的基礎(chǔ)油進(jìn)行篩選，對(duì)黏度、滴點(diǎn)、蒸發(fā)量、雜質(zhì)含量等性能進(jìn)行測(cè)試，篩選滿足要求的油脂作為基礎(chǔ)油；（2）防松動(dòng)、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(rùn)滑填料，并通過(guò)有機(jī)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(dòng)、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(guò)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(yàn)：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(chǎng)應(yīng)用考核研究

（1）新開(kāi)發(fā)的防松動(dòng)、防生銹、防咬死材料在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行加速振動(dòng)、高低溫環(huán)境交變實(shí)驗(yàn)，鹽霧試驗(yàn)、蒸發(fā)損失實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)，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(píng)價(jià)體系研究。

4.2 實(shí)施方案

（1）通過(guò)對(duì)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(jī)理；（2）通過(guò)對(duì)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(rùn)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(jī)理，以及有機(jī)包覆對(duì)其穩(wěn)定性的影響；（3）通過(guò)嘗試添加超細(xì)尼龍（聚酰胺）粉末，通過(guò)分析聚酰胺粉末與基礎(chǔ)油的相互作用機(jī)理，探討其對(duì)防緊蝕膏性能提升的影響；（4）通過(guò)綜合高分子涂料和緊蝕膏的優(yōu)點(diǎn)，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(dòng)，防生銹、防咬死的材料。

參考文獻(xiàn)

[1]夏正斌，涂偉萍.水性金屬防護(hù)涂料的研究進(jìn)展[J].材料保護(hù)，2003，36（4）：5-8.

[2]管從勝，張明宗，熊金平.有機(jī)氟聚合物涂料及其在防腐中的應(yīng)用[J].防腐科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2000，12（3）：164-169.

[3]陳軍君，胡加瑞，謝憶.架空輸電線金具腐蝕分析及防護(hù)對(duì)策[J].電力建設(shè)，2013，34（8）：95-99.