CN106119757B - 一种输电线路悬垂线夹的自润滑减摩耐磨涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输电线路悬垂线夹的自润滑减摩耐磨涂层的制备方法，以铜基自熔合金粉末为涂层原料，采用火焰喷涂在经过表面预处理的线夹部件表面喷涂孔隙率为5％～25％的多孔涂层，再通过溶剂法将碳源浸渗至多孔涂层中，然后经过固化抛光后制备出自润滑减摩耐磨涂层；所述铜基自熔合金的成分按照质量百分含量分别为：锡(Sn)5％～25％，锑(Sb)0.5％～10.0％，硅(Si)0.5％～5.0％，硼(B)0.5％～2.0％，碳(C)<0.01％，其余杂质总量<1.0％，余量为铜(Cu)。该方法制备的涂层能够大幅度减轻输电线路线夹自身构件和构件与导线之间发生的快速磨损，提高了输电线路悬垂线夹的使用寿命，同时防止线夹对导线造成的硬磨损伤。
Description
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及电力金具制造和表面涂层制备方法。
背景技术
输电线路线夹是架空导线连接、固定和支撑的主要部件之一。在环境(风力、覆冰、降雨、温度变化等)、杆塔固频振动、导线震动等作用下，线夹与导线之间处于永久的相对运动状态，久而久之，导线与线夹之间产生磨损而使两者或线夹部件出现消耗失效。
架空输电线路所使用的线夹，多由经表面热镀锌处理的钢铁材料制成。表面的热镀锌层质地较软，在运行中部件接触部位较快消耗完毕后即转变为钢基体与铝导线或钢基体与钢基体之间的磨损。当磨损积累到一定程度时，导致架空导线断股甚至脱落，造成输电线路停电事故。热镀锌层消耗之后，钢基体的腐蚀也是加重磨损的原因之一。因此，悬垂线夹的减摩防磨一直是输电线路维护和检修的重点。目前，悬垂线夹的防磨措施主要从线夹结构和材料方面着手：
(1)悬垂线夹自身结构的改进。如，增大船体挂轴直径，加长船体挂轴和加宽挂板，环环连接改为板板连接，将船体挂轴改为螺栓连接结构等方法增大运动副间的接触面积。该类方法并没有从本质上改变磨损本质，实际工程应用中仍会发生磨损。
(2)悬垂线夹连接方式的改变。如，添加延长环或增加十字轴以增大连接金具长度，该方法虽然可以减小磨损，但改变了线路设计参数。
(3)改变悬垂线夹材料。涉及二个方面：一是采用表面技术改变原始材料的表面状态，如对挂轴或挂板进行碳氮共渗低温回火热处理，挂轴或挂板接触面喷涂固体润滑剂(MoS2)或者喷涂硬质涂层。其中碳氮共渗和固体润滑剂都在实际工程中取得了良好的耐磨效果，但在恶劣自然环境下润滑剂易失效，实际维护难度大。硬质涂层虽然具有高硬度高耐磨性，但自身耐磨的同时易对导线造成更为严重的磨损。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于减轻输电线路悬垂线夹构件自身和与导线接触部件与导线之间发生快速磨损的表面涂层。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种输电线路悬垂线夹的自润滑减摩耐磨涂层的制备方法，以铜基自熔合金粉末为涂层原料，采用火焰喷涂在经过表面预处理的线夹部件表面喷涂孔隙率为5％～25％的多孔涂层，再通过溶剂法将碳源浸渗至多孔涂层中，然后经过固化抛光后制备出自润滑减摩耐磨涂层；所述铜基自熔合金的成分按照质量百分含量分别为：锡(Sn)5％～25％，锑(Sb)0.5％～10.0％，硅(Si)0.5％～5.0％，硼(B)0.5％～2.0％，碳(C)<0.01％，其余杂质总量<1.0％，余量为铜(Cu)。
本发明利用铜、锡和锑与其它金属之间的低摩擦系数以减摩，利用孔隙中的碳粉(或石墨)的作为润滑剂实现自润滑，从而实现了大幅度减轻磨损损伤部件的目的，同时，将涂层的孔隙率控制在5％～25％，能够保证在孔隙中加入足够的碳源，从而提高了涂层的润滑性能，以减少涂层的快速磨损；若孔隙率过大，则会导致涂层致密性降低，涂层强度过低，从而降低涂层对线夹的保护作用。
优选的，其具体步骤为：
(1)对线夹表面进行预处理：先对线夹表面进行喷砂粗化处理，并使线夹表面活化，保证线夹表面清洁、无油污，然后对线夹进行预热；
(2)以铜基自熔合金粉末为涂层原料，采用氧乙炔火焰喷涂枪在步骤(1)处理后的线夹表面喷涂孔隙率为5％～25％的多孔涂层；
(3)配制清漆-碳源浸渗涂料，将碳源与清漆溶剂按比例混合均匀制备成碳源-溶剂混合液，再将碳源-溶剂混合液与清漆按比例混合均匀得到清漆-碳源混合液，然后通过稀料调节清漆-碳源混合液的粘度后得到清漆-碳源浸渗涂料；
(4)将步骤(2)获得的涂有多孔涂层的线夹放入步骤(3)制备的清漆-碳源浸渗涂料中超声浸渗后，去除线夹多孔涂层表面多余的涂料，干燥固化；
(5)对步骤(4)处理得到的涂层表面进行布轮抛光处理，使抛光处理后的涂层厚度与步骤(2)制备的多孔涂层的厚度一致，从而制备出自润滑减摩耐磨涂层。
抛光处理后的涂层厚度恢复至原始厚度的目的，一是保证金具部件组合的装配尺寸，二是涂层原始厚度之外的涂料涂层没有浸渗到金属涂层之中，不能起到固定的润滑作用。
进一步优选的，步骤(1)所述喷砂粗化处理采用以24号棕刚玉砂作磨料，采用压力式喷砂机对线夹表面喷砂洁净粗化。
进一步优选的，步骤(1)中采用氧乙炔火焰喷涂枪对线夹进行预热至150℃-350℃。
进一步优选的，步骤(2)铜基自熔合金粉末的制备方法为：采用真空熔炼设备将各中合金按比例充分熔合后，以标准制粉法在高纯氩气的保护气氛中制成粉末，粉末粒度为10μm～60μm，并在60℃-150℃的烘干箱中对粉末进行3～4h的干燥处理。
进一步优选的，步骤(2)中氧乙炔火焰喷涂枪与线夹表面之间的喷涂距离为50mm～150mm，多孔涂层的厚度为100μm～300μm。
进一步优选的，所述碳源为碳粉或鳞片石墨粉，所述碳源的颗粒大小为2000-3000目。
进一步优选的，步骤(3)所述碳源与清漆溶剂的比例为1-3:1，所述碳源-溶剂混合液与清漆的比例为3-5:1。
进一步优选的，步骤(3)调节粘度至涂-4杯10～15s。
进一步优选的，步骤(4)超声浸渗时间为30min-1h，固化时间为12-48h。
进一步优选的，步骤(5)抛光处理后的涂层表面粗糙度小于等于Ra2.8μm。保证工件表面的光滑性，降低摩擦系数。
上述方法制备的自润滑减摩耐磨复合涂层。
一种输电线路悬垂线夹，在输电线路悬垂线夹表面上涂覆有上述自润滑减摩耐磨复合涂层。
一种上述输电线路悬垂线夹在输电线路中的应用。
本发明的有益效果为：
1.本发明在输电线路悬垂线夹表面制备的涂层能够大幅度减轻输电线路线夹自身构件和构件与导线之间发生的快速磨损，提高了输电线路悬垂线夹的使用寿命；
2.本发明在输电线路悬垂线夹表面制备的涂层能够防止周围环境对线夹产生的腐蚀损伤，从而进一步提高输电线路悬垂线夹的使用寿命；
3.本发明在输电线路悬垂线夹表面制备的涂层为软质涂层，在减摩的同时，防止线夹对导线造成的硬磨损伤，从而延长线夹和导线的使用寿命，保障运行安全。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种电力金具用自润滑复合涂层，涂层的成分质量百分比为：锡(Sn)5％，锑(Sb)1.5％，硅(Si)2.0％，硼(B)0.8％，碳(C)<0.01％，其余杂质总量<1.0％，余量为铜(Cu)。
制备自润滑涂层的铜基合金粉末：选用的原材料为市售的：CuSi16中间合金，CuSb50中间合金，CuSn16中间合金，CuB3中间合金，T1无氧铜(铜含量≥99.98wt.％)。按照配方比例，将原材料投入高频感应真空熔炼设备坩埚中将各合金原料在1100℃～1150℃充分熔合并保温10min后出炉，再在制粉机中以雾化制粉法在高纯氩气的保护气氛中制成粉末，过筛，收取粒度范围10μm～60μm的粉末置于80℃的烘干箱中烘干3h，备用。
制备自润滑涂层：采用压力式喷砂机，以24号棕刚玉砂作磨料，对XGU-3型悬垂线夹的各部件喷砂洁净粗化，表面洁净度Sa3.0，表面粗糙度为Ra8.5μm。用SPH-2/h型氧乙炔火焰喷涂枪，对经过表面洁净粗化处理的工件先预热至200℃后送入上述铜基自熔合金粉末喷涂，喷涂涂层厚度至120μm，调整喷嘴至工件距离为120mm，用灰度法测试随喷的工艺试样涂层孔隙率为12％。
对线夹表面进行碳粉浸渗工艺处理：将2000目鳞片石墨粉按照溶剂：粉末重量比为2:1的比例溶入二甲苯溶剂中，采用超声震动方法分散均匀后，在按照硝基清漆与石墨粉溶液4:1比例加入清漆之中，在涂料搅拌机中以200r/min的速度搅拌25min至均匀；清漆-碳粉混合涂料盛入浸渗容器，用二甲苯稀料调整涂料粘度至“涂-4杯”10s，将喷涂完成的线夹部件浸入的涂料容器中，一同放入超声波清洗机中，震动浸渗20min后，取出线夹部件用毛刷刷除多余涂料，置于干燥的自然环境之中固化12h。
对上述涂层制备完成并完全固化的线夹部件表面进行布轮抛光处理，使其表面涂层厚度恢复至120μm，测量粗糙度Ra2.5μm。
采用UMT摩擦磨损测试机对比本发明复合涂层线夹和热镀锌钢线夹测试的减摩耐磨性能。本发明涂层：摩擦系数0.112，声发射和COF均未显示磨穿的迹象，磨痕深度为78.1μm，宽度为1426.7μm，磨损速率为0.12μm/s。镀锌钢：摩擦系数0.452，磨痕深度为133.2μm，宽度为759.3μm，磨损速率为0.39μm/s，40s磨穿。试验结果表明，本发明涂层减摩和耐磨性能明显优于传统使用的镀锌钢涂层。
实施例2
一种电力金具用自润滑复合涂层，涂层的成分质量百分比为：锡(Sn)18.0％，锑(Sb)8.0％，硅(Si)5.0％，硼(B)1.5％，碳(C)<0.01％，其余杂质总量<1.0％，余量为铜(Cu)。
制备自润滑涂层的铜基合金粉末：选用的原材料为市售的：CuSi16中间合金，CuSb50中间合金，CuSn16中间合金，CuB3中间合金，T1无氧铜(铜含量≥99.98wt.％)。按照配方比例，将原材料投入高频感应真空熔炼设备坩埚中将各合金原料在1100℃～1150℃充分熔合并保温10min后出炉，再在制粉机中以雾化制粉法在高纯氩气的保护气氛中制成粉末，过筛，收取粒度范围10μm～60μm的粉末置于80℃的烘干箱中烘干3h，备用。
制备自润滑涂层：采用压力式喷砂机，以24号棕刚玉砂作磨料，对XGU-3型悬垂线夹的各部件喷砂洁净粗化，表面洁净度Sa3.0，表面粗糙度为Ra8.5μm。用SPH-2/h型氧乙炔火焰喷涂枪，对经过表面洁净粗化处理的工件先预热至200℃后送入上述铜基自熔合金粉末喷涂，喷涂涂层厚度至200μm，调整喷嘴至工件距离为100mm，用灰度法测试随喷的工艺试样涂层孔隙率为8％。
对线夹表面进行碳粉浸渗工艺处理：将3000目碳粉按照溶剂与粉末重量比为2:1的比例溶入二甲苯溶剂中，采用超声震动方法分散均匀后，在按照硝基清漆与碳粉溶液4:1比例加入清漆之中，在涂料搅拌机中以300r/min的速度搅拌25min至均匀；清漆-碳粉混合涂料盛入浸渗容器，用二甲苯稀料调整涂料粘度至“涂-4杯”15s，将喷涂完成的线夹部件浸入的涂料容器中，一同放入超声波清洗机中，震动浸渗20min后，取出线夹部件用毛刷刷除多余涂料，置于干燥的自然环境之中固化12h。
对上述涂层制备完成并完全固化的线夹部件表面进行布轮抛光处理，使其表面涂层厚度恢复至200μm，测量粗糙度Ra2.0μm。
采用UMT摩擦磨损测试机对比本发明复合涂层线夹和热镀锌钢线夹测试的减摩耐磨性能。本发明涂层：摩擦系数0.097，声发射和COF均未显示磨穿的迹象，磨痕深度为67.3μm，宽度为1209.6μm，磨损速率为0.08μm/s。结果表明，本发明涂层减摩和耐磨性能明显优于传统使用的镀锌钢涂层。
上述实施例虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种输电线路悬垂线夹的自润滑减摩耐磨涂层的制备方法，其特征是，以铜基自熔合金粉末为涂层原料，采用火焰喷涂在经过表面预处理的线夹部件表面喷涂孔隙率为5％～25％的多孔涂层，再通过溶剂法将碳源浸渗至多孔涂层中，然后经过固化抛光后制备出自润滑减摩耐磨涂层；所述铜基自熔合金的成分按照质量百分含量分别为：锡5％～25％，锑0.5％～10.0％，硅0.5％～5.0％，硼0.5％～2.0％，碳<0.01％，其余杂质总量<1.0％，余量为铜。
2.如权利要求1所述的一种输电线路悬垂线夹的自润滑减摩耐磨涂层的制备方法，其特征是，其具体步骤为：
(1)对线夹表面进行预处理：先对线夹表面进行喷砂粗化处理，并使线夹表面活化，保证线夹表面清洁、无油污，然后对线夹进行预热；
(2)以铜基自熔合金粉末为涂层原料，采用氧乙炔火焰喷涂枪在步骤(1)处理后的线夹表面喷涂孔隙率为5％～25％的多孔涂层；
(3)配制清漆-碳源浸渗涂料，将碳源与清漆溶剂按比例混合均匀制备成碳源-溶剂混合液，再将碳源-溶剂混合液与清漆按比例混合均匀得到清漆-碳源混合液，然后通过稀料调节清漆-碳源混合液的粘度后得到清漆-碳源浸渗涂料；
(4)将步骤(2)获得的涂有多孔涂层的线夹放入步骤(3)制备的清漆-碳源浸渗涂料中超声浸渗后，去除线夹多孔涂层表面多余的涂料，干燥固化；
(5)对步骤(4)处理得到的涂层表面进行布轮抛光处理，使抛光处理后的涂层厚度与步骤(2)制备的多孔涂层的厚度一致，从而制备出自润滑减摩耐磨涂层。
3.如权利要求2所述的一种输电线路悬垂线夹的自润滑减摩耐磨涂层的制备方法，其特征是，步骤(2)铜基自熔合金粉末的制备方法为：采用真空熔炼设备将各中合金按比例充分熔合后，以标准制粉法在高纯氩气的保护气氛中制成粉末，粉末粒度为10μm～60μm，并在60℃-150℃的烘干箱中对粉末进行3～4h的干燥处理。
4.如权利要求2所述的一种输电线路悬垂线夹的自润滑减摩耐磨涂层的制备方法，其特征是，步骤(3)所述碳源与清漆溶剂的比例为1-3:1，所述碳源-溶剂混合液与清漆的比例为3-5:1。
5.如权利要求2所述的一种输电线路悬垂线夹的自润滑减摩耐磨涂层的制备方法，其特征是，步骤(3)调节粘度至涂-4杯10～15s。
6.如权利要求2所述的一种输电线路悬垂线夹的自润滑减摩耐磨涂层的制备方法，其特征是，步骤(4)超声浸渗时间为30min-1h，固化时间为12-48h。
7.如权利要求2所述的一种输电线路悬垂线夹的自润滑减摩耐磨涂层的制备方法，其特征是，步骤(5)抛光处理后的涂层表面粗糙度小于等于Ra2.8μm。
8.如权利要求1-7任一所述的制备方法制备的自润滑减摩耐磨复合涂层。
9.一种输电线路悬垂线夹，在输电线路悬垂线夹表面上涂覆有如权利要求8所述的自润滑减摩耐磨复合涂层。
10.一种如权利要求9所述的输电线路悬垂线夹在输电线路中的应用。
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