CN107052342B - 一种耐腐蚀防雷间隙材料的制备方法 - Google Patents

一种耐腐蚀防雷间隙材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐腐蚀防雷间隙材料的制备方法，属于防雷材料制备技术领域。本发明通过将钨粉、铁粉、镍粉混合球磨后经硬脂酸铵胶黏，冷压后形成合金材料，再通过浓硝酸对合金材料进行腐蚀，除去镍与铜材料，形成的钨基骨架，再通过制备玄武岩纤维粉末，将其分散至导电凝胶中，形成耐烧蚀浆料，通过将浆料包裹至钨基骨架表面后，经固化干燥形成防雷间隙材料，在大幅提高材料耐烧蚀性能的同时，有效增强材料耐化学腐蚀能力，具有广阔的使用前景。

Description

一种耐腐蚀防雷间隙材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐腐蚀防雷间隙材料的制备方法，属于防雷材料制备技术领域。
背景技术
防雷保护间隙在架空输电线路中起着将雷击产生的工频电弧引至保护间隙端部，使电弧固定在保护间隙端部灼烧而使绝缘子串不被雷击损坏，降低输电线路事故率的作用，因此防雷保护间隙应具有较好的耐电弧烧蚀能力。目前用于制造防雷间隙的常规材料有钢、铝、铜等，但是这些材料的耐电弧烧蚀能力较差，电弧燃烧时极易烧损，其使用寿命较低，因而寻求具有良好的耐电弧烧蚀性能的材料对架空输电线路的安全运行有着十分重要的现实意义。
现有的架空输电线路线路用防雷间隙通常采用碳素钢制造，其耐烧蚀性能很差，当电弧燃烧时该零件极易烧损。而机械合金化法制备了纳米钨铜复合材料，这种
材料能够将电弧分散到更大面积的表面上，不会出现传统方法制备的钨铜合金电弧集中于局部区域的现象，同时机械合金化法制备的触头具有良好的分段能力和稳定性。增加了电弧侵蚀过程中电弧稳定性和阴极电弧分散，避免了电弧的集中侵蚀，合金表现出良好的耐电弧侵蚀能力。但是铜质的材料耐化学侵蚀效果较差，在日常使用过程中，易发生氧化和腐蚀，所以制备一种耐烧蚀耐化学腐蚀的防雷间隙材料很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有架空输电线路线路用防雷间隙通常采用碳素钢制造，其耐烧蚀性能很差，而耐烧蚀的钨铜合金抗氧化性能不足，易发生腐蚀，影响材料使用寿命的缺陷，提供了一种通过钨、铜、镍制备钨基合金，在对合金腐蚀除杂后，形成钨基骨架，将导电凝胶包裹至钨基骨架表面后使其形成导电包裹层，大幅提高材料耐烧蚀性能的同时，增强材料耐化学腐蚀能力的方法，本发明通过将钨粉、铁粉、镍粉混合球磨后经硬脂酸铵胶黏，冷压后形成合金材料，再通过浓硝酸对合金材料进行腐蚀，除去镍与铜材料，形成的钨基骨架，再通过制备玄武岩纤维粉末，将其分散至导电凝胶中，形成耐烧蚀浆料，通过将浆料包裹至钨基骨架表面后，经固化干燥形成防雷间隙材料，在大幅提高材料耐烧蚀性能的同时，有效增强材料耐化学腐蚀能力，具有广阔的使用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按重量份数计，分别称量45～50份钨粉、2～3份纳米铜粉、1～2份纳米镍粉和2～3份硬脂酸铵搅拌混合并置于球磨罐中，在350～400r/min下球磨3～5h，待球磨完成后，过120目筛，制备得混合球磨粉末；
（2）将上述制备的混合球磨粉末置于材料模具中，在室温下将材料模具置于200～300MPa冷等静压机中压制35～40min，待压制完成后，将材料模具置于150～180℃下保温反应2～3h，随后静置冷却至室温，脱模制备得合金坯料；
（3）按质量比1:15，将合金坯料浸泡至质量分数65%硝酸溶液中，在120～130℃下油浴加热3～5h，随后过滤并收集钨骨架，用去离子水冲洗至洗涤液呈中性后，在75～80℃下干燥6～8h，制备得干燥钨骨架材料，备用；
（4）选取100目玄武岩粉末并置于坩埚中，将坩埚置于120～150℃马弗炉中，按70℃/min升温加热至至1500～1600℃后，保温熔融1～2h，待保温熔融完成后，静置冷却至1280～1350℃，用玻璃棒对坩埚进行引丝，收集得混合纤维并静置冷却至20～30℃，制备得玄武岩纤维，备用；
（5）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、5～10份上述制备的玄武岩纤维、3～5份聚乙二醇二丙烯酸酯、3～5份磷酸钠、5～10份质量分数10%过硫酸钾溶液、12～15份质量份数5%四甲基乙二胺溶液、1～2份N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和2～3份丙烯酰胺置于烧杯中，搅拌混合并置于200～300W下超声分散10～15min，随后在45～50℃下水浴加热1～2h后，制备得混合凝胶液；
（6）将步骤（3）制备的干燥钨骨架材料置于步骤（2）使用过的材料模具中，再对模具中浇注上述制备的混合凝胶液，待浇筑完成后，在55～60℃下干燥固化20～24h后，静置冷却至室温，将固化后的坯料置于450～500℃马弗炉中煅烧1～2h，随后静置冷却至室温，即可制备得一种耐腐蚀防雷间隙材料。
本发明制备的耐腐蚀防雷间隙材料密度为788～8.55g/cm3，在质量分数5%氯化钠溶液中浸泡140～150h中，腐蚀速率为0.028～0.035mm/a，经200次电弧侵蚀后，耐腐蚀防雷间隙材料质量损失仅为1.08～1.12mg，且耐腐蚀防雷间隙材料固溶体相的飞溅较小，侵蚀坑较浅，使用时长较同类产品提高了15～20%。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的耐腐蚀防雷间隙材料密度小，便于施工与运输，同时材料使用寿命有效延长，满足现有材料使用的需求；
（2）本发明制备的输耐腐蚀防雷间隙材料制备步骤简单易行，安全绿色无污染。
具体实施方式
首先按重量份数计，分别称量45～50份钨粉、2～3份纳米铜粉、1～2份纳米镍粉和2～3份硬脂酸铵搅拌混合并置于球磨罐中，在350～400r/min下球磨3～5h，待球磨完成后，过120目筛，制备得混合球磨粉末；将上述制备的混合球磨粉末置于材料模具中，在室温下将材料模具置于200～300MPa冷等静压机中压制35～40min，待压制完成后，将材料模具置于150～180℃下保温反应2～3h，随后静置冷却至室温，脱模制备得合金坯料；按质量比1:15，将合金坯料浸泡至质量分数65%硝酸溶液中，在120～130℃下油浴加热3～5h，随后过滤并收集钨骨架，用去离子水冲洗至洗涤液呈中性后，在75～80℃下干燥6～8h，制备得干燥钨骨架材料，备用；选取100目玄武岩粉末并置于坩埚中，将坩埚置于120～150℃马弗炉中，按70℃/min升温加热至至1500～1600℃后，保温熔融1～2h，待保温熔融完成后，静置冷却至1280～1350℃，用玻璃棒对坩埚进行引丝，收集得混合纤维并静置冷却至20～30℃，制备得玄武岩纤维，备用；按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、5～10份上述制备的玄武岩纤维、3～5份聚乙二醇二丙烯酸酯、3～5份磷酸钠、5～10份质量分数10%过硫酸钾溶液、12～15份质量份数5%四甲基乙二胺溶液、1～2份N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和2～3份丙烯酰胺置于烧杯中，搅拌混合并置于200～300W下超声分散10～15min，随后在45～50℃下水浴加热1～2h后，制备得混合凝胶液；将干燥钨骨架材料置于材料模具中，再对模具中浇注上述制备的混合凝胶液，待浇筑完成后，在55～60℃下干燥固化20～24h后，静置冷却至室温，将固化后的坯料置于450～500℃马弗炉中煅烧1～2h，随后静置冷却至室温，即可制备得一种耐腐蚀防雷间隙材料。
实例1
首先按重量份数计，分别称量45份钨粉、2份纳米铜粉、1份纳米镍粉和2份硬脂酸铵搅拌混合并置于球磨罐中，在350r/min下球磨3h，待球磨完成后，过120目筛，制备得混合球磨粉末；将上述制备的混合球磨粉末置于材料模具中，在室温下将材料模具置于200MPa冷等静压机中压制35min，待压制完成后，将材料模具置于150℃下保温反应2h，随后静置冷却至室温，脱模制备得合金坯料；按质量比1:15，将合金坯料浸泡至质量分数65%硝酸溶液中，在120℃下油浴加热3h，随后过滤并收集钨骨架，用去离子水冲洗至洗涤液呈中性后，在75℃下干燥6h，制备得干燥钨骨架材料，备用；选取100目玄武岩粉末并置于坩埚中，将坩埚置于120℃马弗炉中，按70℃/min升温加热至至1500℃后，保温熔融1h，待保温熔融完成后，静置冷却至1280℃，用玻璃棒对坩埚进行引丝，收集得混合纤维并静置冷却至20℃，制备得玄武岩纤维，备用；按重量份数计，分别称量45份去离子水、5份上述制备的玄武岩纤维、3份聚乙二醇二丙烯酸酯、3份磷酸钠、5份质量分数10%过硫酸钾溶液、12份质量份数5%四甲基乙二胺溶液、1份N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和2份丙烯酰胺置于烧杯中，搅拌混合并置于200W下超声分散10min，随后在45℃下水浴加热1h后，制备得混合凝胶液；将干燥钨骨架材料置于材料模具中，再对模具中浇注上述制备的混合凝胶液，待浇筑完成后，在55℃下干燥固化20h后，静置冷却至室温，将固化后的坯料置于450℃马弗炉中煅烧1h，随后静置冷却至室温，即可制备得一种耐腐蚀防雷间隙材料。
实例2
首先按重量份数计，分别称量47份钨粉、3份纳米铜粉、1份纳米镍粉和3份硬脂酸铵搅拌混合并置于球磨罐中，在375r/min下球磨4h，待球磨完成后，过120目筛，制备得混合球磨粉末；将上述制备的混合球磨粉末置于材料模具中，在室温下将材料模具置于250MPa冷等静压机中压制37min，待压制完成后，将材料模具置于167℃下保温反应3h，随后静置冷却至室温，脱模制备得合金坯料；按质量比1:15，将合金坯料浸泡至质量分数65%硝酸溶液中，在125℃下油浴加热4h，随后过滤并收集钨骨架，用去离子水冲洗至洗涤液呈中性后，在77℃下干燥7h，制备得干燥钨骨架材料，备用；选取100目玄武岩粉末并置于坩埚中，将坩埚置于132℃马弗炉中，按70℃/min升温加热至至1550℃后，保温熔融2h，待保温熔融完成后，静置冷却至1320℃，用玻璃棒对坩埚进行引丝，收集得混合纤维并静置冷却至25℃，制备得玄武岩纤维，备用；按重量份数计，分别称量47份去离子水、8份上述制备的玄武岩纤维、4份聚乙二醇二丙烯酸酯、4份磷酸钠、8份质量分数10%过硫酸钾溶液、13份质量份数5%四甲基乙二胺溶液、2份N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和3份丙烯酰胺置于烧杯中，搅拌混合并置于250W下超声分散12min，随后在47℃下水浴加热2h后，制备得混合凝胶液；将干燥钨骨架材料置于材料模具中，再对模具中浇注上述制备的混合凝胶液，待浇筑完成后，在57℃下干燥固化22h后，静置冷却至室温，将固化后的坯料置于475℃马弗炉中煅烧2h，随后静置冷却至室温，即可制备得一种耐腐蚀防雷间隙材料。
实例3
首先按重量份数计，分别称量50份钨粉、3份纳米铜粉、2份纳米镍粉和3份硬脂酸铵搅拌混合并置于球磨罐中，在400r/min下球磨5h，待球磨完成后，过120目筛，制备得混合球磨粉末；将上述制备的混合球磨粉末置于材料模具中，在室温下将材料模具置于300MPa冷等静压机中压制40min，待压制完成后，将材料模具置于180℃下保温反应3h，随后静置冷却至室温，脱模制备得合金坯料；按质量比1:15，将合金坯料浸泡至质量分数65%硝酸溶液中，在130℃下油浴加热5h，随后过滤并收集钨骨架，用去离子水冲洗至洗涤液呈中性后，在80℃下干燥8h，制备得干燥钨骨架材料，备用；选取100目玄武岩粉末并置于坩埚中，将坩埚置于150℃马弗炉中，按70℃/min升温加热至至1600℃后，保温熔融2h，待保温熔融完成后，静置冷却至1350℃，用玻璃棒对坩埚进行引丝，收集得混合纤维并静置冷却至30℃，制备得玄武岩纤维，备用；按重量份数计，分别称量50份去离子水、10份上述制备的玄武岩纤维、5份聚乙二醇二丙烯酸酯、5份磷酸钠、10份质量分数10%过硫酸钾溶液、15份质量份数5%四甲基乙二胺溶液、2份N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和3份丙烯酰胺置于烧杯中，搅拌混合并置于300W下超声分散15min，随后在50℃下水浴加热2h后，制备得混合凝胶液；将干燥钨骨架材料置于材料模具中，再对模具中浇注上述制备的混合凝胶液，待浇筑完成后，在60℃下干燥固化24h后，静置冷却至室温，将固化后的坯料置于500℃马弗炉中煅烧2h，随后静置冷却至室温，即可制备得一种耐腐蚀防雷间隙材料。

Claims (1)

1.一种耐腐蚀防雷间隙材料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量45～50份钨粉、2～3份纳米铜粉、1～2份纳米镍粉和2～3份硬脂酸铵搅拌混合并置于球磨罐中，在350～400r/min下球磨3～5h，待球磨完成后，过120目筛，制备得混合球磨粉末；
（2）将上述制备的混合球磨粉末置于材料模具中，在室温下将材料模具置于200～300MPa冷等静压机中压制35～40min，待压制完成后，将材料模具置于150～180℃下保温反应2～3h，随后静置冷却至室温，脱模制备得合金坯料；
（3）按质量比1:15，将合金坯料浸泡至质量分数65%硝酸溶液中，在120～130℃下油浴加热3～5h，随后过滤并收集钨骨架，用去离子水冲洗至洗涤液呈中性后，在75～80℃下干燥6～8h，制备得干燥钨骨架材料，备用；
（4）选取100目玄武岩粉末并置于坩埚中，将坩埚置于120～150℃马弗炉中，按70℃/min升温加热至至1500～1600℃后，保温熔融1～2h，待保温熔融完成后，静置冷却至1280～1350℃，用玻璃棒对坩埚进行引丝，收集得混合纤维并静置冷却至20～30℃，制备得玄武岩纤维，备用；
（5）按重量份数计，分别称量45～50份去离子水、5～10份上述制备的玄武岩纤维、3～5份聚乙二醇二丙烯酸酯、3～5份磷酸钠、5～10份质量分数10%过硫酸钾溶液、12～15份质量份数5%四甲基乙二胺溶液、1～2份N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和2～3份丙烯酰胺置于烧杯中，搅拌混合并置于200～300W下超声分散10～15min，随后在45～50℃下水浴加热1～2h后，制备得混合凝胶液；
（6）将步骤（3）制备的干燥钨骨架材料置于步骤（2）使用过的材料模具中，再对模具中浇注上述制备的混合凝胶液，待浇注 完成后，在55～60℃下干燥固化20～24h后，静置冷却至室温，将固化后的坯料置于450～500℃马弗炉中煅烧1～2h，随后静置冷却至室温，即可制备得一种耐腐蚀防雷间隙材料。
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