相比金屬結構件的熱浸鍍鋅而言,風力發(fā)電設備的金屬零部件還用到一種粉末滲鋅技術,粉末滲鋅將滲鋅劑與鋼鐵制件共置于滲鋅爐中,加熱到400℃左右,活性鋅原子則由鋼鐵制件的表面向結構內部滲透,同時鐵原子則由內向外擴散,在制件表層形成了一個均勻的鋅/鐵化合物即滲鋅層。粉末滲鋅的特點:①耐蝕性強;②具有優(yōu)異的耐磨性和耐擦性;③基本上無污染;④與熱鍍鋅相比,它具有消耗鋅較低的特點;⑤滲鋅層還可以與涂料結合形成復合防護層;⑥經過滲鋅的鋼鐵制件其機械性能不會有大的變化。然而這種受到加工設備、待處理的風力發(fā)電設備零件的尺寸,其在風力發(fā)電設備的防腐蝕處理方面有待進一步推廣。
2.3 電鍍鋅技術
在風力發(fā)電設備的一些非度連接(一般在8.8級以下)的螺栓、螺母墊圈、電氣連接及金屬結構件等通常采用電鍍鋅技術進行防腐防護。電鍍鋅相對于熱浸鍍鋅而言,它是一種冷鍍鋅(或合金)技術。電鍍鋅是對金屬制件表面進行防護、裝飾或根據(jù)需要而某種新的表面性能的一種工藝,其鍍層厚度一般為3—20μm,在整個電鍍工藝中其溫度一般在100℃以下。電鍍鋅就是用電解沉積具有所需金屬形態(tài)的鍍層,也是一種氧化-還原,一般是改變表面的特性,以提供外觀、耐介質腐蝕、抗磨損以及其它性能,但是有時也是僅用來改變零件尺寸。電鍍基本是將零件浸在電解液中作為陰極,一定純度的活潑金屬作為陽極,接通直流電源后,在零件上就會沉積出金屬鍍層。由于靜電屏蔽效應的原因,待鍍工件的深孔、狹縫以及管件的悼位難以電鍍上鋅。并且由于電鍍鋅工藝中使用化物和六價鉻對產生污染,對和作業(yè)人員造成污染和傷害,正逐步被使用。但是由于電鍍金屬的種類多達30多種,除了鍍鋅、鉻、銅等十余種外,還能電鍍多種合金鍍層。雖然此逐漸被淘汰使用,但是在風力發(fā)電設備的一些電氣及金屬結構小件還采用電鍍技術。
2.4 鋅鉻涂層及鋅鋁涂層技術
對于風力發(fā)電設備的度連接螺栓(一般針對8.8級以上螺栓螺母墊片),如基礎錨固螺栓、葉片與輪轂的連接螺栓、塔筒每節(jié)的連接螺栓等通常采用達羅克技術(或無鉻鋅鋁涂層技術)來進行防腐蝕處理。達克羅(鋅鉻涂層)技術是目前應用比較普遍的一種金屬表面防腐處理技術。與電鍍鋅、熱浸鍍鋅等工藝技術相比,鋅鉻涂層具有防腐性能優(yōu)良、不產生氫脆等特點。其鍍層厚度一般為2—12μm。采用達克羅處理技術的防腐蝕性能是涂層的整體鉻鈍化,組成涂層的每一微粒級鋅、鋁的磷片都被鉻鈍化,所以起主要防腐作用的為涂層的整體鈍化功能,但是鋅鉻涂層技術(達克羅)在環(huán)保方面仍然存在鉻(以三價鉻和六價鉻的形式)的存在問題。一般說到鋅鉻涂層技術(達克羅)是綠色環(huán)保,僅僅是相對于的電鍍鋅、熱浸鋅等而言。鋅鉻涂層在加工中殘液必須經過特殊處理,才能保證不向中排放有害,為了鋅鉻涂層的有害危害,目前正在逐步研發(fā)和應用無鉻鋅鋁涂層技術(交美特),如北京永泰和金屬防腐技術有限公司等單位起草的-鋅鉻涂層技術條件(GB/T26110-2010)。
無鉻鋅鋁涂層(鋅鋁涂層)是將無鉻鋅鋁涂料浸涂、刷涂或噴涂于鋼鐵零件或構件表面,經過烘烤而形襯以鱗片狀鋅為主要成分的無機防腐蝕涂層,其外觀呈銀灰色,是一種將超細鋅鱗片和鋁鱗片疊合包裹在特殊粘結劑中制襯無機涂層。無鉻鋅鋁涂層完全保留了達克羅技術高抗蝕性、涂層薄、無氫脆的優(yōu)點,有效地解決了有害的Cr6+的問題,從真正意義上實現(xiàn)了清潔生產。無鉻鋅鋁涂層(交美特)由于不使用有金屬(如鎳、鉛、鋇等)以及六價鉻或三價鉻,符合環(huán)保要求。因此其逐漸在風力電機組螺栓、螺母墊片等一些緊固件防腐蝕方面上推廣應用。
2.5 噴鋅(或鋅/鋁合金)涂層
風力發(fā)電設備的軸承、塔筒的連接法蘭瞪用熱噴鋅(鋅/鋁合金)涂層,這是一種長效的防腐蝕。具體工藝是先對零部件(軸承、法蘭)表面進行噴砂除銹,表面噴砂處理要求達到Sa3級,粗糙度一般為50-100μm,使基材表面完全金屬光澤。再在-氧焰加熱或電加況下將不斷送出的鋅(鋁)絲融化,并用壓縮空氣將融化的鋅(鋁)顆粒吹附到零部件表面,以形成一層蜂窩狀的鋅(鋁)噴涂層(一次厚度可達50μm—100μm),其噴鋅(鋁)層表面宜加涂小于30μm左右的有機封閉漆,從而確保封閉漆滲入到噴涂金屬層且封閉孔隙。這種工藝的優(yōu)點是對零部件尺寸適應性強,但是此法無法在小直徑的風電管狀構件的進行施工。假如風電機組管狀構件采用熱噴鋅進行處理,那么在管狀構件兩端必須做氣密性封閉,從而保證管狀不會發(fā)生腐蝕。另外這種工藝的熱影響是局部的、受約束的,因而不會產生熱變形。與熱浸鍍鋅相比,這種的工業(yè)化自動化程度較低,噴砂和噴鋅(鋁)的勞動強度大,噴涂也易受操作者的操作水平的影響。
2.6 陰極保護技術
在海上(潮間帶)風力發(fā)電設備的導管架鋼結構基礎的防腐蝕保護時利用陰極保護技術,這種屬于電化學防腐保護,它分為犧牲陽極的陰極保護和外加電流的陰極保護。犧牲陽極的陰極保護技術是將鋅、鋁等活性比鐵高的活潑金屬鑄造成陽極材料焊接在被保護的結構物上,當發(fā)生電化學腐蝕時,這種活潑金屬作為負極發(fā)生氧化反應而消耗,因而減小或防止被保護金屬的腐蝕。這種常用于保護海上(潮間帶)風電機組位于水中的基礎鋼樁,通常是在鋼樁位于流水線以下的外壁上焊接鋅塊來防止腐蝕。富鋅類涂料的防腐蝕機理就是采用這一陰極保護技術,這一類防腐涂料在風電機組防腐防護中應用也非常普遍。外加電流的陰極保護技術是將被保護的基材金屬和電源的負極連接,再采用一塊能導電的惰性材料連接電源的正極,接通電源后,被保護的金屬表面就產生負電荷(電子)的聚積,從而了被保護金屬失去電子而保護。這兩種陰極保護技術適用于海洋(潮間帶)下的水下區(qū)、泥下區(qū)的鋼結構構件防腐蝕保護。
2.7 采用耐蝕性材料
采用耐蝕性材料通常是在普通鋼鐵的冶煉中加入一定的鉻、錳、礬等稀有金屬元素,以其抗腐蝕能力,不銹鋼是應用普遍的耐蝕性材料。不銹鋼在空氣中或化學腐蝕介質中能夠抵抗腐蝕的一種高合金鋼,它具有美觀的表面和耐腐蝕性能好,不必經過鍍色等表面處理,而發(fā)揮不銹鋼所固有的表面性能,通常,人們把含鉻量大于12%或含鎳量大于8%的合金鋼叫不銹鋼。鋼中含鉻量達12%以上時,在與氧化性介質中,由于電化學作用,表面很快形成一層富鉻的鈍化膜,保護金屬內部不受腐蝕。這種鋼在大氣中或在腐蝕性介質中具有一定的耐蝕能力,并在較高溫度(>450℃)下具有較高的強度,其低溫沖擊韌性也比一般的結構鋼要好。針對不銹鋼材質零部件,按照看腐蝕能力值(PRE)進行計算:PRE = Cr% +3.3×Mo%,對于PRE值低于20的不銹鋼零件,必須涂裝防腐涂層進行防護,在海洋大氣中對縫隙腐蝕和開裂腐蝕的不銹鋼應加涂防腐涂層;對于PRE值大于20的不銹鋼零件,在大氣中證確認不腐蝕生銹的,可以不必涂裝防腐涂層。在風電機組的防腐蝕方面也采用不易發(fā)生腐蝕的金屬材料,如使用不銹鋼、銅或合金等耐蝕性材料。但是這種材料成本的大大,因此在技術和經濟要求才會選擇。
2.8 涂抹防銹油脂
涂抹防銹油脂是保護金屬零件的一種短期防護,它是在金屬表面涂抹耐蝕性油脂以及貼粘防銹薄膜或防銹紙進行臨時保護。防銹油脂是在石油類基本組分中加入一種或多種防銹添加劑(又稱油溶性緩蝕劑)及其輔助添加劑組成,它使用方便,成本低廉,操作簡單,效果好。它主要用于風力發(fā)電設備的零部件在運輸、加工及裝配安裝中的短期防銹處理措施,也在零部件精加工面的臨時防腐方面了應用。
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