相比金属结构件的热浸镀锌而言,风力发电设备的金属零部件还用到一种粉末渗锌技术,粉末渗锌将渗锌剂与钢铁制件共置于渗锌炉中,加热到400℃左右,活性锌原子则由钢铁制件的表面向结构内部渗透,同时铁原子则由内向外扩散,在制件表层形成了一个均匀的锌/铁化合物即渗锌层。粉末渗锌的特点:①耐蚀性强;②具有优异的耐磨性和耐擦性;③基本上无污染;④与热镀锌相比,它具有消耗锌较低的特点;⑤渗锌层还可以与涂料结合形成复合防护层;⑥经过渗锌的钢铁制件其机械性能不会有大的变化。然而这种受到加工设备、待处理的风力发电设备零件的尺寸,其在风力发电设备的防腐蚀处理方面有待进一步推广。
2.3 电镀锌技术
在风力发电设备的一些非度连接(一般在8.8级以下)的螺栓、螺母垫圈、电气连接及金属结构件等通常采用电镀锌技术进行防腐防护。电镀锌相对于热浸镀锌而言,它是一种冷镀锌(或合金)技术。电镀锌是对金属制件表面进行防护、装饰或根据需要而某种新的表面性能的一种工艺,其镀层厚度一般为3—20μm,在整个电镀工艺中其温度一般在100℃以下。电镀锌就是用电解沉积具有所需金属形态的镀层,也是一种氧化-还原,一般是改变表面的特性,以提供外观、耐介质腐蚀、抗磨损以及其它性能,但是有时也是仅用来改变零件尺寸。电镀基本是将零件浸在电解液中作为阴极,一定纯度的活泼金属作为阳极,接通直流电源后,在零件上就会沉积出金属镀层。由于静电屏蔽效应的原因,待镀工件的深孔、狭缝以及管件的悼位难以电镀上锌。并且由于电镀锌工艺中使用化物和六价铬对产生污染,对和作业人员造成污染和伤害,正逐步被使用。但是由于电镀金属的种类多达30多种,除了镀锌、铬、铜等十余种外,还能电镀多种合金镀层。虽然此逐渐被淘汰使用,但是在风力发电设备的一些电气及金属结构小件还采用电镀技术。
2.4 锌铬涂层及锌铝涂层技术
对于风力发电设备的度连接螺栓(一般针对8.8级以上螺栓螺母垫片),如基础锚固螺栓、叶片与轮毂的连接螺栓、塔筒每节的连接螺栓等通常采用达罗克技术(或无铬锌铝涂层技术)来进行防腐蚀处理。达克罗(锌铬涂层)技术是目前应用比较普遍的一种金属表面防腐处理技术。与电镀锌、热浸镀锌等工艺技术相比,锌铬涂层具有防腐性能优良、不产生氢脆等特点。其镀层厚度一般为2—12μm。采用达克罗处理技术的防腐蚀性能是涂层的整体铬钝化,组成涂层的每一微粒级锌、铝的磷片都被铬钝化,所以起主要防腐作用的为涂层的整体钝化功能,但是锌铬涂层技术(达克罗)在环保方面仍然存在铬(以三价铬和六价铬的形式)的存在问题。一般说到锌铬涂层技术(达克罗)是绿色环保,仅仅是相对于的电镀锌、热浸锌等而言。锌铬涂层在加工中残液必须经过特殊处理,才能保证不向中排放有害,为了锌铬涂层的有害危害,目前正在逐步研发和应用无铬锌铝涂层技术(交美特),如北京永泰和金属防腐技术有限公司等单位起草的-锌铬涂层技术条件(GB/T26110-2010)。
无铬锌铝涂层(锌铝涂层)是将无铬锌铝涂料浸涂、刷涂或喷涂于钢铁零件或构件表面,经过烘烤而形衬以鳞片状锌为主要成分的无机防腐蚀涂层,其外观呈银灰色,是一种将超细锌鳞片和铝鳞片叠合包裹在特殊粘结剂中制衬无机涂层。无铬锌铝涂层完全保留了达克罗技术高抗蚀性、涂层薄、无氢脆的优点,有效地解决了有害的Cr6+的问题,从真正意义上实现了清洁生产。无铬锌铝涂层(交美特)由于不使用有金属(如镍、铅、钡等)以及六价铬或三价铬,符合环保要求。因此其逐渐在风力电机组螺栓、螺母垫片等一些紧固件防腐蚀方面上推广应用。
2.5 喷锌(或锌/铝合金)涂层
风力发电设备的轴承、塔筒的连接法兰瞪用热喷锌(锌/铝合金)涂层,这是一种长效的防腐蚀。具体工艺是先对零部件(轴承、法兰)表面进行喷砂除锈,表面喷砂处理要求达到Sa3级,粗糙度一般为50-100μm,使基材表面完全金属光泽。再在-氧焰加热或电加况下将不断送出的锌(铝)丝融化,并用压缩空气将融化的锌(铝)颗粒吹附到零部件表面,以形成一层蜂窝状的锌(铝)喷涂层(一次厚度可达50μm—100μm),其喷锌(铝)层表面宜加涂小于30μm左右的有机封闭漆,从而确保封闭漆渗入到喷涂金属层且封闭孔隙。这种工艺的优点是对零部件尺寸适应性强,但是此法无法在小直径的风电管状构件的进行施工。假如风电机组管状构件采用热喷锌进行处理,那么在管状构件两端必须做气密性封闭,从而保证管状不会发生腐蚀。另外这种工艺的热影响是局部的、受约束的,因而不会产生热变形。与热浸镀锌相比,这种的工业化自动化程度较低,喷砂和喷锌(铝)的劳动强度大,喷涂也易受操作者的操作水平的影响。
2.6 阴极保护技术
在海上(潮间带)风力发电设备的导管架钢结构基础的防腐蚀保护时利用阴极保护技术,这种属于电化学防腐保护,它分为牺牲阳极的阴极保护和外加电流的阴极保护。牺牲阳极的阴极保护技术是将锌、铝等活性比铁高的活泼金属铸造成阳极材料焊接在被保护的结构物上,当发生电化学腐蚀时,这种活泼金属作为负极发生氧化反应而消耗,因而减小或防止被保护金属的腐蚀。这种常用于保护海上(潮间带)风电机组位于水中的基础钢桩,通常是在钢桩位于流水线以下的外壁上焊接锌块来防止腐蚀。富锌类涂料的防腐蚀机理就是采用这一阴极保护技术,这一类防腐涂料在风电机组防腐防护中应用也非常普遍。外加电流的阴极保护技术是将被保护的基材金属和电源的负极连接,再采用一块能导电的惰性材料连接电源的正极,接通电源后,被保护的金属表面就产生负电荷(电子)的聚积,从而了被保护金属失去电子而保护。这两种阴极保护技术适用于海洋(潮间带)下的水下区、泥下区的钢结构构件防腐蚀保护。
2.7 采用耐蚀性材料
采用耐蚀性材料通常是在普通钢铁的冶炼中加入一定的铬、锰、矾等稀有金属元素,以其抗腐蚀能力,不锈钢是应用普遍的耐蚀性材料。不锈钢在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的一种高合金钢,它具有美观的表面和耐腐蚀性能好,不必经过镀色等表面处理,而发挥不锈钢所固有的表面性能,通常,人们把含铬量大于12%或含镍量大于8%的合金钢叫不锈钢。钢中含铬量达12%以上时,在与氧化性介质中,由于电化学作用,表面很快形成一层富铬的钝化膜,保护金属内部不受腐蚀。这种钢在大气中或在腐蚀性介质中具有一定的耐蚀能力,并在较高温度(>450℃)下具有较高的强度,其低温冲击韧性也比一般的结构钢要好。针对不锈钢材质零部件,按照看腐蚀能力值(PRE)进行计算:PRE = Cr% +3.3×Mo%,对于PRE值低于20的不锈钢零件,必须涂装防腐涂层进行防护,在海洋大气中对缝隙腐蚀和开裂腐蚀的不锈钢应加涂防腐涂层;对于PRE值大于20的不锈钢零件,在大气中证确认不腐蚀生锈的,可以不必涂装防腐涂层。在风电机组的防腐蚀方面也采用不易发生腐蚀的金属材料,如使用不锈钢、铜或合金等耐蚀性材料。但是这种材料成本的大大,因此在技术和经济要求才会选择。
2.8 涂抹防锈油脂
涂抹防锈油脂是保护金属零件的一种短期防护,它是在金属表面涂抹耐蚀性油脂以及贴粘防锈薄膜或防锈纸进行临时保护。防锈油脂是在石油类基本组分中加入一种或多种防锈添加剂(又称油溶性缓蚀剂)及其辅助添加剂组成,它使用方便,成本低廉,操作简单,效果好。它主要用于风力发电设备的零部件在运输、加工及装配安装中的短期防锈处理措施,也在零部件精加工面的临时防腐方面了应用。
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