风电机组的防腐前处理及涂料方案解析

风电机组的防腐前处理及涂料方案解析

摘要：大气腐蚀是金属腐蚀中最普遍的一种。在风力发电机组中也不例外，机组部件从原材料库存、零部件加工和装配及产品的运输和存储过程中都会遭到不通程度的大气腐蚀。

关键词：防腐；前处理；涂层

工件防腐前处理的重要性

1.1防腐前准备工作的重要性

工件防腐前处理是决定防腐质量的最重要因素之一。在实际生产中，防腐故障率的80%以上出在前处理工序，正是因为在工件的表面难免存在着各种各样的表面变性层、氧化层、油污层，要想得到结合好的防腐层，必须进行一系列的前处理工作。表面处理不但要形成一个清洁的表面，以消除金属腐蚀的隐患，而且要使该表面的粗糙度适当，以增强涂层与基体金属间的附着力。

1.2工件防腐前的表面状态

由于工件的材质、加工方法、保存方式的不通，其表面的状态有着很大的不同。要想做好防腐前的准备工作，应对工件来样状态做系统的调查，并采取相应的表面处理方法。在一般情况下的表面状态可以用右图来表示。金属表面的断面模型

1.3各层物质的组成及去除原则

1.3.1加工层与扩散层 金属材料经过机加工后会形成与材料内部的组织、结构不同的表面层，这个表面层就包括加工层和扩散层。要想在技术与防腐层之间形成金属键，必须将加工层与扩散层清除干净，通常的办法就是弱酸浸蚀。

1.3.2氧化层 对于钢铁来说，它的氧化层可以分为高温氧化膜与大气氧化膜。高温氧化膜由内至外依次为：Fe（基体）、FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃；大气氧化膜由内至外依次为：Fe、Fe₃O₄、Fe₂O₃。

1.2.3灰尘层 是指附着在金属表面的细微的颗粒，其粒度在0.01μm与数μm之间，主要包括抛光剂产生的灰尘、磨料颗粒、以及布轮抛光和磨削过程中产生的金属粉末，一般可以使用阴极电解法或阳极电解法清除。

二、表面防护的种类

金属材料及其制品表面经处理后形成防护层，可以使金属表面与外界介质隔开，阻止两者发生作用，同时还能取得装饰性外观。表面防护是防止或减轻基体金属腐蚀应用最普遍的方法。表面防护层常见的有两类：金属镀层和非金属涂层。

2.1金属镀层 在金属表面镀层有下列方法：

2.1.1 扩散渗镀 又称表面合金化处理。用热扩散的方法，使耐腐蚀的金属或合金渗入基体金属表面，与基体金属形成固溶体或金属间化合物，这层耐蚀的表面称为渗镀层。渗镀时把待镀件埋置在由惰性填料、渗镀金属元素和卤化物活化剂组成的包渗箱中，在氢气或惰性气氛中,于规定温度条件下保持一定的时间,使渗入的金属与基体金属互相扩散，直到基体金属表面形成合金覆盖层。具有耐蚀性能的渗入元素通常为锌、铝、铬、硅等，选择哪一种取决于基体材料和耐蚀要求。

2.1.2喷镀 借助于压缩空气或惰性气体流用喷枪把熔融金属喷射到金属制品表面，形成防护性覆盖层。这种方法常用于喷镀高熔点金属或难熔材料，或喷镀大面积工件以及用于修复工件等。喷镀的缺点是覆盖层与基体金属结合较差，覆盖层疏松。常用的喷镀方法有火焰喷镀法、等离子喷镀法等。

2.1.3电镀 利用直流电从电镀液中电解析出金属,并在作为阴极的工件表面沉积结晶，形成电镀层。电镀技术应用广泛，主要用于耐蚀、耐磨和装饰的器件。

此外，还有热浸镀层、金属包覆、真空镀膜、气相沉积和阴极溅射等表面防护技术。近来离子注入和激光非晶态表面处理等新技术也在迅速发展。

2.2非金属涂层常用于提高制品的耐蚀性和装饰性。有机涂层有涂料（包括油漆）、塑料、橡胶等。无机涂层有搪瓷、玻璃等。 化学转化膜也是非金属涂层的一种，方法是把工件放入特定的化学溶液中通过电解或浸渍处理，使工件的金属表面产生一种镀膜。化学转化膜的主要类型有磷酸盐膜、铬酸盐膜、氧化物膜和阳极氧化膜。 暂时性防护剂是在金属制品运输和贮存时使用的。覆盖层要能防锈而且能在使用前容易除去。常用的有油膜、可剥性塑料薄膜和挥发性缓蚀剂等。

三、风电机组防腐方案与喷涂层的要求

在各类防腐蚀技术和措施中，采用涂料防腐蚀是一种最为简单，而且很有效的方法，因此应用广泛，据日本防腐蚀技术协会的一份调查报告中统计，采用表面涂装技术的费用约占防腐蚀费用的62.5%。所以在风力发电机组中，也主要采用涂料防腐的方案。

3.1防腐要求 在风电行业中暴露面积最大的是钢制的结构件、铸铁件，需要进行防腐蚀处理。防腐要求一般为：防腐寿命不低于15年，20年内腐蚀深度不超过0.5mm。防腐表面应具备防盐蚀能力，能够在沿海长期运转。

3.2表面处理方案 所有喷涂面采用喷砂除锈。严格的表面处理是决定钢结构涂层寿命诸多因素中的首要因素。表面处理不但要形成一个清洁的表面，以消除金属腐蚀的隐患，而且要使该表面的粗糙度适当，以增强涂层与基体金属间的附着力。

3.3典型的结构件和铸件涂料配套体系 为按ISO 12944标准，以下配套适合“C3”、“C4”环境，设计防腐使用年限为15年以上，即适合于东北、西北地区及轻度腐蚀沿海地区。结构件、铸件的涂装应在工厂的车间内进行，以确保油漆的涂装质量。

四、结论

综上所述，风力发电机机组在长达二十年的设计使用寿命中，要经受潮湿、雨雪等大气环境的严格考验。随着大气环境的不同，其腐蚀严重性有着明显的差别。在含有硫化物、氯化物、煤烟、尘埃等杂质的环境中会大大加重金属腐蚀。据不完全统计，钢在海岸腐蚀速度要比沙漠中要大400~500倍。所以，选择合适的涂料配套体系非常为重要。

[参考文献]

[1] 安茂忠.电镀理论与技术.哈尔滨工业大学出版社.2004

[2] 李金桂.防腐蚀表面工程与技术.化学工业出版社.2003