一种输电线路悬垂线夹减摩耐磨复合涂层的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种输电线路悬垂线夹减摩耐磨复合涂层的制备方法，以铝丝、铜丝中的任意一种或两种为涂层原料，采用高速电弧喷涂枪在经过表面洁净粗化处理的线夹部件表面喷涂孔隙率为5％～15％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减摩耐磨复合涂层。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。
【专利说明】
一种输电线路悬垂线夹减摩耐磨复合涂层的制备方法
技术领域
[0001]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】
[0002]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出现消耗失效。
[0003]目前，架空输电线路所使用的线夹，多由经过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两方面着手:
[0004](I)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。
[0005](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。单线夹连接变为双线夹连接可改变线夹受力状态，并提高线夹的安全系数，但其连接金具的磨损并没有改变。
[0006](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); 二是喷涂硬质涂层(陶瓷、金属或合金)，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】
[0007]本发明的目的就在于提供一种用于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快速磨损的表面涂层。
[0008]为实现上述目的，本发明的技术方案为:
[0009]—种输电线路悬垂线夹减摩耐磨复合涂层的制备方法，以铝丝、铜丝中的任意一种或两种为涂层原料，采用高速电弧喷涂枪在经过表面洁净粗化处理的线夹部件表面喷涂孔隙率为5%?15%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减摩耐磨复合涂层。
[0010]本发明将涂层的孔隙率控制在5%?15%，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。
[0011]优选的，其具体步骤为:
[0012](I)将线夹表面进行洁净粗化处理；
[0013](2)以铝丝、铜丝中的任意一种或两种为涂层原料，采用高速电弧喷涂枪在步骤
(I)处理后的线夹表面喷涂孔隙率为5%?15%的多孔涂层；
[0014](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；
[0015](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；
[0016](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，从而制备出减摩耐磨复合涂层。
[0017]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。
[0018]进一步优选的，步骤(I)所述洁净粗化处理采用以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。
[0019]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1000-3000目。
[0020]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。
[0021 ] 进一步优选的，步骤(3)调节粘度至涂-4杯10?15s。
[0022]进一步优选的，步骤(4)超声浸渗时间为30min-lh，固化时间为12_48h。
[0023]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Ra2.8ym。保证工件表面的光滑性，降低摩擦系数。
[0024]上述方法制备的减摩耐磨复合涂层。
[0025]—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减摩耐磨复合涂层。
[0026]—种上述输电线路悬垂线夹在输电线路中的应用。
[0027]本发明的有益效果为:
[0028]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；
[0029]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；
[0030]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，从而减轻了对输电线路维护和检修。
【具体实施方式】
[0031 ]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0032]实施例1
[0033]制备线材喷涂铝基的自润滑涂层:选用的原材料为市售的电工纯铝丝(含铝量多99.9wt.%)，直径规格为3mm。采用压力式喷砂机，以24号棕刚玉砂作磨料，对X⑶-3型悬垂线夹的各部件表面喷砂洁净粗化，表面洁净度Sa3.0，表面粗糙度为Ra8.5μπι。使用双极电弧丝材喷涂设备，将铝丝雾化后喷涂至XGU-3型悬垂线夹的各部件表面。喷涂涂层厚度至220μm，调整喷嘴至工件距离为100mm，喷涂电流为160Α，用灰度法测试随喷的工艺试样涂层孔隙率为8.5%o用拉拔法测试工艺试样的涂层结合强度为11.3MPa.
[0034]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-石墨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。
[0035]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220μπι，测量粗糙度Ra2.Ομπι。
[0036]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减摩耐磨性能。本发明涂层:摩擦系数0.23，声发射和COF均未显示磨穿的迹象，磨痕深度为81.6μπι，宽度为1529.1μπι，磨损速率为0.19ym/s。镀锌钢:摩擦系数0.452，磨痕深度为133.2μm，宽度为759.3μπι，磨损速率为0.39ym/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。
[0037]实施例2
[0038]制备线材喷涂铝-铜基的自润滑涂层:选用的原材料为市售的电工纯铝丝(含铝量彡99.95wt.% )和Tl电解铜丝(含铝量彡99.98wt.%),直径规格为3mm。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表面喷砂洁净粗化，表面洁净度Sa3.0，表面粗糙度为RaS.5μπι。使用双极电弧丝材喷涂设备，将I根铝丝和I根铜丝分别作为电极送入喷嘴，雾化后喷涂至XGU-3型悬垂线夹的各部件表面。喷涂涂层厚度至280μπι，调整喷嘴至工件距离为150mm，喷涂电流为210Α，用灰度法测试随喷的工艺试样涂层孔隙率为10.5%。用拉拔法测试工艺试样的涂层结合强度为12.0MPa.
[0039]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。
[0040]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220μπι，测量粗糙度Ra2.3μπι。
[0041]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减摩耐磨性能。本发明涂层:摩擦系数0.16，声发射和COF均未显示磨穿的迹象，磨痕深度为67.0ym,宽度为1225.9μπι，磨损速率为0.15ym/s。镀锌钢:摩擦系数0.452，磨痕深度为133.2μπι，宽度为759.3μπι，磨损速率为0.39ym/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。
[0042]实施例3
[0043]制备线材喷涂铜基的自润滑涂层:选用的原材料为市售的Tl电解铜丝(含铝量多99.98wt.%),直径规格为3mm。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表面喷砂洁净粗化，表面洁净度Sa3.0，表面粗糙度为Ra8.5μπι。使用双极电弧丝材喷涂设备，将2根铜丝分别作为电极送入喷嘴，雾化后喷涂至XGU-3型悬垂线夹的各部件表面。喷涂涂层厚度至380μπι，调整喷嘴至工件距离为85mm，喷涂电流为260A，用灰度法测试随喷的工艺试样涂层孔隙率为14.3%。用拉拔法测试工艺试样的涂层结合强度为13.5MPa.
[0044]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至均勾;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”13s，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。
[0045]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380μπι，测量粗糙度Ral.8μπι。
[0046]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减摩耐磨性能。本发明涂层:摩擦系数0.13，声发射和COF均未显示磨穿的迹象，磨痕深度为55.8μπι，宽度为1335.7μπι，磨损速率为0.12ym/s。镀锌钢:摩擦系数0.452，磨痕深度为133.2μπι，宽度为759.3μπι，磨损速率为0.39ym/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。
[0047]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。
【主权项】
1.一种输电线路悬垂线夹减摩耐磨复合涂层的制备方法，其特征是，以铝丝、铜丝中的任意一种或两种为涂层原料，采用高速电弧喷涂枪在经过表面洁净粗化处理的线夹部件表面喷涂孔隙率为5%?15%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减摩耐磨复合涂层。2.如权利要求1所述的一种输电线路悬垂线夹减摩耐磨复合涂层的制备方法，其特征是，其具体步骤为: (1)将线夹表面进行洁净粗化处理； (2)以铝丝、铜丝中的任意一种或两种为涂层原料，采用高速电弧喷涂枪在步骤(I)处理后的线夹表面喷涂孔隙率为5%?15%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，从而制备出减摩耐磨复合涂层。3.如权利要求2所述的一种输电线路悬垂线夹减摩耐磨复合涂层的制备方法，其特征是，步骤(I)所述洁净粗化处理采用以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。4.如权利要求2所述的一种输电线路悬垂线夹减摩耐磨复合涂层的制备方法，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减摩耐磨复合涂层的制备方法，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减摩耐磨复合涂层的制备方法，其特征是，步骤(4)超声浸渗时间为30min-lh，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减摩耐磨复合涂层的制备方法，其特征是，步骤(5)抛光处理后的涂层表面粗糙度小于等于Ra2.8ym。8.如权利要求1-7任一所述的制备方法制备的减摩耐磨复合涂层。9.一种输电线路悬垂线夹，其特征是，在输电线路悬垂线夹表面上涂覆有权利要求8所述的减摩耐磨复合涂层。10.—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。
【文档编号】H02G7/05GK106086761SQ201610542808
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】李辛庚, 王晓明, 李华东, 郭凯, 傅敏, 樊志彬, 荆象阳, 李勇
【申请人】国网山东省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司