一種輸電線路懸垂線夾減摩耐磨復(fù)合涂層的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輸電線路懸垂線夾減摩耐磨復(fù)合涂層的制備方法，以鋁絲、銅絲中的任意一種或兩種為涂層原料，采用高速電弧噴涂槍在經(jīng)過表面潔凈粗化處理的線夾部件表面噴涂孔隙率為5％～15％的多孔涂層，再通過溶劑法將碳源浸滲至多孔涂層中，然后經(jīng)過固化拋光后制備出減摩耐磨復(fù)合涂層。該方法制備的涂層能夠大幅度減輕輸電線路線夾自身構(gòu)件和構(gòu)件與導(dǎo)線之間發(fā)生的快速磨損，提高了輸電線路懸垂線夾的使用壽命，同時防止線夾對導(dǎo)線造成的硬磨損傷。
【專利說明】
一種輸電線路懸垂線夾減摩耐磨復(fù)合涂層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及電力金具制造和表面涂層制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]輸電線路線夾是架空導(dǎo)線連接、固定和支撐的主要部件之一。在環(huán)境(風(fēng)力、覆冰、降雨、溫度變化等)、桿塔固頻振動、導(dǎo)線震動等作用下，線夾與導(dǎo)線之間處于永久的相對運動狀態(tài)，久而久之，導(dǎo)線與線夾之間產(chǎn)生磨損而使兩者出現(xiàn)消耗失效。
[0003]目前，架空輸電線路所使用的線夾，多由經(jīng)過表面熱鍍鋅處理的鋼鐵材料制成。表面的熱鍍鋅層質(zhì)地較軟，在運行中較快消耗完畢后即轉(zhuǎn)變?yōu)殇摶w與鋁導(dǎo)線或鋼基體與鋼基體之間的磨損。當(dāng)磨損積累到一定程度時，導(dǎo)致架空導(dǎo)線斷股甚至脫落，造成輸電線路停電事故。熱鍍鋅層消耗之后，鋼基體的腐蝕也是加重磨損的原因之一。因此，懸垂線夾的防磨一直是輸電線路維護和檢修的重點。目前，懸垂線夾的防磨措施主要從線夾結(jié)構(gòu)和材料兩方面著手:
[0004](I)懸垂線夾自身結(jié)構(gòu)的改進。如，增大船體掛軸直徑，加長船體掛軸和加寬掛板，環(huán)環(huán)連接改為板板連接，將船體掛軸改為螺栓連接結(jié)構(gòu)等方法增大運動副間的接觸面積。該類方法并沒有從本質(zhì)上改變磨損本質(zhì)，實際工程應(yīng)用中仍會發(fā)生磨損。
[0005](2)懸垂線夾連接方式的改變。如，添加延長環(huán)或增加十字軸以增大連接金具長度，該方法雖然可以減小磨損，但改變了線路設(shè)計參數(shù)。單線夾連接變?yōu)殡p線夾連接可改變線夾受力狀態(tài)，并提高線夾的安全系數(shù)，但其連接金具的磨損并沒有改變。
[0006](3)改變懸垂線夾材料。涉及二個方面:一是采用表面技術(shù)改變原始材料的表面狀態(tài)，如對掛軸或掛板進行碳氮共滲低溫回火熱處理，掛軸或掛板接觸面噴涂固體潤滑劑(MoS2); 二是噴涂硬質(zhì)涂層(陶瓷、金屬或合金)，其中碳氮共滲和固體潤滑劑都在實際工程中取得了良好的耐磨效果，但在惡劣自然環(huán)境下潤滑劑易失效，實際維護難度大。硬質(zhì)涂層雖然具有高硬度高耐磨性，但自身耐磨的同時易對導(dǎo)線造成更為嚴重的磨損。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就在于提供一種用于大幅度減輕輸電線路線夾自身構(gòu)件和構(gòu)件與導(dǎo)線之間發(fā)生快速磨損的表面涂層。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0009]—種輸電線路懸垂線夾減摩耐磨復(fù)合涂層的制備方法，以鋁絲、銅絲中的任意一種或兩種為涂層原料，采用高速電弧噴涂槍在經(jīng)過表面潔凈粗化處理的線夾部件表面噴涂孔隙率為5%?15%的多孔涂層，再通過溶劑法將碳源浸滲至多孔涂層中，然后經(jīng)過固化拋光后制備出減摩耐磨復(fù)合涂層。
[0010]本發(fā)明將涂層的孔隙率控制在5%?15%，能夠保證在孔隙中加入足夠的碳源，從而提高了涂層的潤滑性能，以減少涂層的快速磨損;若孔隙率過大，則會導(dǎo)致涂層致密性降低，涂層強度過低，從而降低涂層對線夾的保護作用。
[0011]優(yōu)選的，其具體步驟為:
[0012](I)將線夾表面進行潔凈粗化處理；
[0013](2)以鋁絲、銅絲中的任意一種或兩種為涂層原料，采用高速電弧噴涂槍在步驟
(I)處理后的線夾表面噴涂孔隙率為5%?15%的多孔涂層；
[0014](3)配制清漆-碳源浸滲涂料，將碳源與清漆溶劑按比例混合均勻制備成碳源-溶劑混合液，再將碳源-溶劑混合液與清漆按比例混合均勻得到清漆-碳源混合液，然后通過稀料調(diào)節(jié)清漆-碳源混合液的粘度后得到清漆-碳源浸滲涂料；
[0015](4)將步驟(2)獲得的涂有多孔涂層的線夾放入步驟(3)制備的清漆-碳源浸滲涂料中超聲浸滲后，去除線夾多孔涂層表面多余的涂料，干燥固化；
[0016](5)對步驟(4)處理得到的涂層表面進行布輪拋光處理，使拋光處理后的涂層厚度與步驟(2)制備的多孔涂層的厚度一致，從而制備出減摩耐磨復(fù)合涂層。
[0017]拋光處理后的涂層厚度恢復(fù)至原始厚度的目的，一是保證金具部件組合的裝配尺寸，二是涂層原始厚度之外的涂料涂層沒有浸滲到金屬涂層之中，不能起到固定的潤滑作用。
[0018]進一步優(yōu)選的，步驟(I)所述潔凈粗化處理采用以24號棕剛玉砂作磨料，采用壓力式噴砂機對線夾表面噴砂潔凈粗化。
[0019]進一步優(yōu)選的，所述碳源為碳粉或鱗片石墨粉，所述碳源的顆粒大小為1000-3000目。
[0020]進一步優(yōu)選的，步驟(3)所述碳源與清漆溶劑的比例為1-3:1，所述碳源-溶劑混合液與清漆的比例為3-5:1。
[0021 ] 進一步優(yōu)選的，步驟(3)調(diào)節(jié)粘度至涂-4杯10?15s。
[0022]進一步優(yōu)選的，步驟(4)超聲浸滲時間為30min-lh，固化時間為12_48h。
[0023]進一步優(yōu)選的，步驟(5)拋光處理后的涂層表面粗糙度小于等于Ra2.8ym。保證工件表面的光滑性，降低摩擦系數(shù)。
[0024]上述方法制備的減摩耐磨復(fù)合涂層。
[0025]—種輸電線路懸垂線夾，在輸電線路懸垂線夾表面上涂覆有上述減摩耐磨復(fù)合涂層。
[0026]—種上述輸電線路懸垂線夾在輸電線路中的應(yīng)用。
[0027]本發(fā)明的有益效果為:
[0028]1.本發(fā)明在輸電線路懸垂線夾表面制備的涂層能夠大幅度減輕輸電線路線夾自身構(gòu)件和構(gòu)件與導(dǎo)線之間發(fā)生的快速磨損，提高了輸電線路懸垂線夾的使用壽命；
[0029]2.本發(fā)明在輸電線路懸垂線夾表面制備的涂層能夠防止周圍環(huán)境對線夾產(chǎn)生的腐蝕損傷，從而進一步提高輸電線路懸垂線夾的使用壽命；
[0030]3.本發(fā)明在輸電線路懸垂線夾表面制備的涂層為軟質(zhì)涂層，在減摩的同時，防止線夾對導(dǎo)線造成的硬磨損傷，從而減輕了對輸電線路維護和檢修。
【具體實施方式】
[0031 ]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0032]實施例1
[0033]制備線材噴涂鋁基的自潤滑涂層:選用的原材料為市售的電工純鋁絲(含鋁量多99.9wt.%)，直徑規(guī)格為3mm。采用壓力式噴砂機，以24號棕剛玉砂作磨料，對X⑶-3型懸垂線夾的各部件表面噴砂潔凈粗化，表面潔凈度Sa3.0，表面粗糙度為Ra8.5μπι。使用雙極電弧絲材噴涂設(shè)備，將鋁絲霧化后噴涂至XGU-3型懸垂線夾的各部件表面。噴涂涂層厚度至220μm，調(diào)整噴嘴至工件距離為100mm，噴涂電流為160Α，用灰度法測試隨噴的工藝試樣涂層孔隙率為8.5%o用拉拔法測試工藝試樣的涂層結(jié)合強度為11.3MPa.
[0034]對線夾表面進行碳粉浸滲工藝處理:將2000目鱗片石墨粉按照溶劑:粉末重量比為2:1的比例溶入二甲苯溶劑中，采用超聲震動方法分散均勻后，在按照硝基清漆與石墨粉溶液4:1比例加入清漆之中，在涂料攪拌機中以200r/min的速度攪拌25min至均勻;清漆-石墨粉混合涂料盛入浸滲容器，用二甲苯稀料調(diào)整涂料粘度至“涂-4杯” 15s，將噴涂完成的線夾部件浸入的涂料容器中，一同放入超聲波清洗機中，震動浸滲20min后，取出線夾部件用毛刷刷除多余涂料，置于干燥的自然環(huán)境之中固化12h。
[0035]對上述涂層制備完成并完全固化的線夾部件表面進行布輪拋光處理，使其表面涂層厚度恢復(fù)至220μπι，測量粗糙度Ra2.Ομπι。
[0036]采用UMT摩擦磨損測試機對比本發(fā)明復(fù)合涂層線夾和熱鍍鋅鋼線夾測試減摩耐磨性能。本發(fā)明涂層:摩擦系數(shù)0.23，聲發(fā)射和COF均未顯示磨穿的跡象，磨痕深度為81.6μπι，寬度為1529.1μπι，磨損速率為0.19ym/s。鍍鋅鋼:摩擦系數(shù)0.452，磨痕深度為133.2μm，寬度為759.3μπι，磨損速率為0.39ym/s，40s磨穿。試驗結(jié)果表明，本發(fā)明涂層減摩和耐磨性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)使用的鍍鋅鋼涂層。
[0037]實施例2
[0038]制備線材噴涂鋁-銅基的自潤滑涂層:選用的原材料為市售的電工純鋁絲(含鋁量彡99.95wt.% )和Tl電解銅絲(含鋁量彡99.98wt.%),直徑規(guī)格為3mm。采用壓力式噴砂機，以24號棕剛玉砂作磨料，對XGU-3型懸垂線夾的各部件表面噴砂潔凈粗化，表面潔凈度Sa3.0，表面粗糙度為RaS.5μπι。使用雙極電弧絲材噴涂設(shè)備，將I根鋁絲和I根銅絲分別作為電極送入噴嘴，霧化后噴涂至XGU-3型懸垂線夾的各部件表面。噴涂涂層厚度至280μπι，調(diào)整噴嘴至工件距離為150mm，噴涂電流為210Α，用灰度法測試隨噴的工藝試樣涂層孔隙率為10.5%。用拉拔法測試工藝試樣的涂層結(jié)合強度為12.0MPa.
[0039]對線夾表面進行碳粉浸滲工藝處理:將3000目碳粉按照溶劑與粉末重量比為2:1的比例溶入二甲苯溶劑中，采用超聲震動方法分散均勻后，在按照硝基清漆與碳粉溶液4:1比例加入清漆之中，在涂料攪拌機中以200r/min的速度攪拌25min至均勻;清漆-碳粉混合涂料盛入浸滲容器，用二甲苯稀料調(diào)整涂料粘度至“涂-4杯” 10s，將噴涂完成的線夾部件浸入的涂料容器中，一同放入超聲波清洗機中，震動浸滲20min后，取出線夾部件用毛刷刷除多余涂料，置于干燥的自然環(huán)境之中固化12h。
[0040]對上述涂層制備完成并完全固化的線夾部件表面進行布輪拋光處理，使其表面涂層厚度恢復(fù)至220μπι，測量粗糙度Ra2.3μπι。
[0041]采用UMT摩擦磨損測試機對比本發(fā)明復(fù)合涂層線夾和熱鍍鋅鋼線夾測試減摩耐磨性能。本發(fā)明涂層:摩擦系數(shù)0.16，聲發(fā)射和COF均未顯示磨穿的跡象，磨痕深度為67.0ym,寬度為1225.9μπι，磨損速率為0.15ym/s。鍍鋅鋼:摩擦系數(shù)0.452，磨痕深度為133.2μπι，寬度為759.3μπι，磨損速率為0.39ym/s，40s磨穿。試驗結(jié)果表明，本發(fā)明涂層減摩和耐磨性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)使用的鍍鋅鋼涂層。
[0042]實施例3
[0043]制備線材噴涂銅基的自潤滑涂層:選用的原材料為市售的Tl電解銅絲(含鋁量多99.98wt.%),直徑規(guī)格為3mm。采用壓力式噴砂機，以24號棕剛玉砂作磨料，對XGU-3型懸垂線夾的各部件表面噴砂潔凈粗化，表面潔凈度Sa3.0，表面粗糙度為Ra8.5μπι。使用雙極電弧絲材噴涂設(shè)備，將2根銅絲分別作為電極送入噴嘴，霧化后噴涂至XGU-3型懸垂線夾的各部件表面。噴涂涂層厚度至380μπι，調(diào)整噴嘴至工件距離為85mm，噴涂電流為260A，用灰度法測試隨噴的工藝試樣涂層孔隙率為14.3%。用拉拔法測試工藝試樣的涂層結(jié)合強度為13.5MPa.
[0044]對線夾表面進行碳粉浸滲工藝處理:將3000目碳粉按照溶劑與粉末重量比為2:1的比例溶入二甲苯溶劑中，采用超聲震動方法分散均勻后，在按照硝基清漆與碳粉溶液4:1比例加入清漆之中，在涂料攪拌機中以300r/min的速度攪拌25min至均勾;清漆-碳粉混合涂料盛入浸滲容器，用二甲苯稀料調(diào)整涂料粘度至“涂-4杯”13s，將噴涂完成的線夾部件浸入的涂料容器中，一同放入超聲波清洗機中，震動浸滲20min后，取出線夾部件用毛刷刷除多余涂料，置于干燥的自然環(huán)境之中固化12h。
[0045]對上述涂層制備完成并完全固化的線夾部件表面進行布輪拋光處理，使其表面涂層厚度恢復(fù)至380μπι，測量粗糙度Ral.8μπι。
[0046]采用UMT摩擦磨損測試機對比本發(fā)明復(fù)合涂層線夾和熱鍍鋅鋼線夾測試減摩耐磨性能。本發(fā)明涂層:摩擦系數(shù)0.13，聲發(fā)射和COF均未顯示磨穿的跡象，磨痕深度為55.8μπι，寬度為1335.7μπι，磨損速率為0.12ym/s。鍍鋅鋼:摩擦系數(shù)0.452，磨痕深度為133.2μπι，寬度為759.3μπι，磨損速率為0.39ym/s，40s磨穿。試驗結(jié)果表明，本發(fā)明涂層減摩和耐磨性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)使用的鍍鋅鋼涂層。
[0047]上述實施例雖然對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種輸電線路懸垂線夾減摩耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征是，以鋁絲、銅絲中的任意一種或兩種為涂層原料，采用高速電弧噴涂槍在經(jīng)過表面潔凈粗化處理的線夾部件表面噴涂孔隙率為5%?15%的多孔涂層，再通過溶劑法將碳源浸滲至多孔涂層中，然后經(jīng)過固化拋光后制備出減摩耐磨復(fù)合涂層。2.如權(quán)利要求1所述的一種輸電線路懸垂線夾減摩耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征是，其具體步驟為: (1)將線夾表面進行潔凈粗化處理； (2)以鋁絲、銅絲中的任意一種或兩種為涂層原料，采用高速電弧噴涂槍在步驟(I)處理后的線夾表面噴涂孔隙率為5%?15%的多孔涂層； (3)配制清漆-碳源浸滲涂料，將碳源與清漆溶劑按比例混合均勻制備成碳源-溶劑混合液，再將碳源-溶劑混合液與清漆按比例混合均勻得到清漆-碳源混合液，然后通過稀料調(diào)節(jié)清漆-碳源混合液的粘度后得到清漆-碳源浸滲涂料； (4)將步驟(2)獲得的涂有多孔涂層的線夾放入步驟(3)制備的清漆-碳源浸滲涂料中超聲浸滲后，去除線夾多孔涂層表面多余的涂料，干燥固化； (5)對步驟(4)處理得到的涂層表面進行布輪拋光處理，使拋光處理后的涂層厚度與步驟(2)制備的多孔涂層的厚度一致，從而制備出減摩耐磨復(fù)合涂層。3.如權(quán)利要求2所述的一種輸電線路懸垂線夾減摩耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征是，步驟(I)所述潔凈粗化處理采用以24號棕剛玉砂作磨料，采用壓力式噴砂機對線夾表面噴砂潔凈粗化。4.如權(quán)利要求2所述的一種輸電線路懸垂線夾減摩耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征是，步驟(3)所述碳源與清漆溶劑的比例為1-3:1，所述碳源-溶劑混合液與清漆的比例為3-5:1。5.如權(quán)利要求2所述的一種輸電線路懸垂線夾減摩耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征是，步驟(3)調(diào)節(jié)粘度至涂-4杯10?15s。6.如權(quán)利要求2所述的一種輸電線路懸垂線夾減摩耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征是，步驟(4)超聲浸滲時間為30min-lh，固化時間為12_48h。7.如權(quán)利要求2所述的一種輸電線路懸垂線夾減摩耐磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征是，步驟(5)拋光處理后的涂層表面粗糙度小于等于Ra2.8ym。8.如權(quán)利要求1-7任一所述的制備方法制備的減摩耐磨復(fù)合涂層。9.一種輸電線路懸垂線夾，其特征是，在輸電線路懸垂線夾表面上涂覆有權(quán)利要求8所述的減摩耐磨復(fù)合涂層。10.—種如權(quán)利要求9所述的輸電線路懸垂線夾在輸電線路中的應(yīng)用。
【文檔編號】H02G7/05GK106086761SQ201610542808
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月11日
【發(fā)明人】李辛庚, 王曉明, 李華東, 郭凱, 傅敏, 樊志彬, 荊象陽, 李勇
【申請人】國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司