文/詹耀·廣東明陽風電產(chǎn)業(yè)集團有限公司
 

　　根據(jù)風電機組法蘭面的耐磨性能要求,從理論分析和試驗方面驗證和比較了水性無機富鋅漆和環(huán)氧富鋅漆的技術(shù)性能,并通過試驗驗證了水性無機富鋅漆的耐磨性能,歸納和總結(jié)出其相應的施工方法和檢測要點。
 

　　在風力發(fā)電機組的金屬零部件裝配過程中，大部分零部件一般采用高強度螺栓進行配置連接,在用高強度螺栓連接的風電零部件法蘭接觸面,需要一定的摩擦系數(shù)來增大法蘭相互接觸面的嚙合力,從而確保風力發(fā)電機組零部件的連接緊密和裝配技術(shù)實現(xiàn),確保零部件的結(jié)構(gòu)配合。為此,需要研究和分析出提高風電零件部的法蘭接觸面耐磨性能的技術(shù)和方法。
 

　　一般常用的提高鋼鐵零件表面摩擦系數(shù)的措施有:在法蘭接觸面噴丸(砂)后直接連接和在法蘭接觸面噴丸(砂)再噴鋅(鋁)涂層。
 

　　想要解決法蘭表面腐蝕問題,僅靠在法蘭面噴丸(砂)的方法不可行;而在法蘭面進行熱噴鋁(鋅)的方法不僅工藝操作復雜,也容易受到零件待噴涂面的現(xiàn)狀、涂裝設備及操作工人的熟練程度等因素的制約,由于噴鋅層的空隙率較大,腐蝕介質(zhì)容易滲透至基材而產(chǎn)生腐蝕。
 

　　為此,本文在綜合分析和試驗總結(jié)各種提高金屬零部件耐磨方法的基礎上,歸納出采用水性無機富鋅涂料的耐磨性能及其應用技術(shù)和工藝。
 

耐磨涂層的分析和比較
 

　　涂料產(chǎn)品的性能分析
 

　　考慮到風電法蘭接觸面需要優(yōu)良的表面耐磨性(表面摩擦系數(shù))和防腐蝕性能等要求,從常用的富鋅涂料、包括有機環(huán)氧富鋅涂料和水性無機富鋅涂料進行實驗和分析,二者的技術(shù)性能對比如下:
 

　　(1)表面摩擦系數(shù)。在風電機組的設計中要求金屬法蘭等零部件連接面的表面摩擦系數(shù)≥0.25,而環(huán)氧富鋅涂料固化后漆膜表面光滑,經(jīng)試驗測算其漆膜表面的摩擦系數(shù)一般在0.25以下,不能滿足風電機組的金屬法蘭連接面所要求的摩擦系數(shù),而水性無機富鋅涂料的摩擦系數(shù)經(jīng)實驗測算則達到0.45以上,能夠滿足金屬法蘭的耐磨性能要求。
 

　　(2)附著力。由于水性無機富鋅涂料在無機硅酸鹽與鋅粉反應的同時還與鋼鐵反應形成硅酸鋅鐵絡合物,因而對鋼鐵表面形成很強的化學鍵,只要表面處理和粗糙度達到技術(shù)要求,在增加漆膜與基材接觸的表面積的同時,也能確保鋅粉同鋼鐵的緊密接觸,從而可抵抗海水、氯化物等腐蝕介質(zhì)的侵蝕。而環(huán)氧富鋅涂料的附著力主要是樹脂與鋼鐵表面的粘結(jié)力,屬于物理吸附作用,初始附著力較好,但有機物耐候性較差,在惡劣環(huán)境下更易老化,從而導致附著力慢慢下降,因此在附著力方面水性無機富鋅涂料優(yōu)于環(huán)氧富鋅涂料。
 

　　(3)耐腐蝕性。無論是水性無機富鋅涂料,還是環(huán)氧富鋅涂料都具有陰極保護作用和自修復性能,水性無機富鋅涂料與鋼鐵基材反應生成硅酸鋅鐵絡合物,是化學鍵結(jié)合,而環(huán)氧富鋅涂料,基本上為物理吸附,且成膜有機物的導電性能較差,在相同鋅粉含量的情況下,水性無機富鋅涂料的陰極保護作用效果要優(yōu)于環(huán)氧富鋅涂料。美國國家航空航天總署也曾發(fā)布報告稱,在各類富鋅涂料中,耐腐蝕性最佳的是水性無機富鋅涂料,其壽命在在海洋大氣條件下的使用壽命可達25年以上。
 

　　(4)耐熱性。風電機組運行中,高強度螺栓連接的法蘭接觸面存在摩擦,會導致摩擦面局部溫度迅速升高,這就要求防腐涂層具有一定的耐熱性。水性無機富鋅涂料固化形成硬化膜是以聚硅氧烷(Si-O-Si)相結(jié)合,Si-O鍵的結(jié)合能為445.2kJ/mol,比有機高分子C-C鍵結(jié)合能(346.9kJ/mol)要大得多,因此無機富鋅漆固化后的耐熱性更優(yōu),其能夠耐受的最高連續(xù)溫度為400℃ 。而環(huán)氧富鋅涂料是高分子有機物固化后成膜的,其通常耐受溫度在120℃ 以下。
 

　　綜上所述,針對高強度螺栓的法蘭接觸面耐磨涂層的性能要求,我們選擇了水性無機富鋅涂料進行相關(guān)涂裝實驗研究和工藝分析。
 

　　材料的選擇
 

　　(1)涂料品種的選擇。從涂料性能及涂裝施工的綠色環(huán)保和無污染角度出發(fā),試驗中選擇了IP涂料公司生產(chǎn)的水性無機富鋅底涂料(Interzinc697)產(chǎn)品進行了實驗分析。
 

　　(2)稀釋劑的選擇。普通的礦物質(zhì)水或城市飲用水含有較多的離子和礦物質(zhì),作為稀釋劑可能導致涂料溶解性變差,引起性能和施工質(zhì)量問題。為此,我們選用幾種不同品牌的瓶裝飲用水作為稀釋劑進行了對比試驗,通過導電率來分析其潔凈度,最終選用了娃哈哈純凈水。
 

耐磨涂層的施工技術(shù)
 

　　施工準備
 

　　水性無機富鋅涂料在固化過程中與鋼鐵表面形成化學鍵,必須保證涂料與鋼鐵表面充分接觸,要求待涂裝的零部件表面粗糙度應達到Sa21/2級40μm≤ Rz≤75μm),因此必須對零部表面件進行噴砂處理。
 

　　在零部件法蘭面的進行噴砂處理時,考慮到零部件的相關(guān)要求和對周圍作業(yè)環(huán)境的影響程度,不推薦采用開放式噴丸(砂)機進行表面粗糙處理。經(jīng)過對市場上幾種品牌噴砂機的調(diào)查和試用分析,我們選用北京億州科技有限公司生產(chǎn)的YZR-2D型循環(huán)回收式環(huán)保噴砂機。
 

　　該噴砂機使用G40和G25混合磨料,磨料混合比為3：1,噴砂工作壓力為0.4~0.5MPa,噴砂后使用TR200粗糙度測定儀測試已噴砂處理零部件表面的粗糙度,經(jīng)實驗檢測,噴丸處理后的表面粗糙度Rz一般50~70μm范圍內(nèi),符合風電法蘭面40~75μm的粗糙度及表面處理Sa21/2級的要求。

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