熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用，采用熱噴涂工藝將鋅鋁合金材料噴涂到風力發電機的發電構件上，形成防腐層。與現有技術相比，本發明采用熱噴涂工藝將鋅鋁合金材料噴涂到風力發電機的發電構件上，形成防腐層，通過隔絕氧氣、犧牲陽極等原理對鋼鐵基體進行保護。本發明中使用鋅鋁合金材料作為噴涂材料，鋅鋁合金具有原材料成本較低、制備工藝簡單、抗腐蝕性能好等優點，因而通過熱噴涂的方法在風力發電構件表面形成薄膜，有效的減緩了腐蝕。
【專利說明】熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種熱噴涂工藝的應用，尤其是涉及一種熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用。
【背景技術】
[0002]風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。我國能資源豐富，可開發利用的風能儲量約10億kW，而2003年底全國電力總裝機約5.67億kW。可見，風力發電在我國有著廣闊的前景及市場效益。
[0003]然而風力發電機的各種部件基本都為鑄鐵件或鋼鐵件，長時間的使用這些部件都會產生生銹情況，并且風力發電機安裝后機體高度很高，所以如何能夠使這些部件在幾十年的使用中不產生生銹是確保風力發電機正常運轉的必要條件。
[0004]針對構件的腐蝕問題，熱噴涂方法是最有效的解決方案之一。熱噴涂技術是現代材料表面工程技術的重要分支之一。它是利用某種熱源將粉末狀或絲狀噴涂材料加熱到熔融或半熔融狀態，然后借助熱源本身或外加的高速氣流使液滴得到一定的速度并噴射到基體材料表面，從而形成表面覆蓋涂層。熱噴涂技術能迅速有效地改善材料表面性能，并成功應用于航空、航天、機械、電子等各種領域。噴涂材料經噴涂設備形成涂層的過程，可分為4個階段:第一階段是噴涂材料的加熱熔化階段。粉末或線材的端部進入高溫加熱區被熔化或軟化，形成液滴。第二階段是熔化的噴涂材料的霧化階段，在外加氣流或熱源本身的作用下，線材端部形成的熔滴脫離線材并被霧化成細小微粒向前運動。而粉末材料不存在熔滴被霧化和破碎的過程，直接被氣流加速向前推進。第三階段是粒子的飛行階段，粒子在飛行過程中，隨著飛行距離的增加而減速，同時與周圍的氣體發生某些反應，而其自己的溫度也會降低。第四階段是粒子的噴涂階段，具有一定溫度和速度的粒子與基體表面產生強烈的碰撞。在碰撞的瞬間顆粒的動能轉化成熱能傳給基材，并沿凹凸不平的基體表面發生一定程度的變形，顆粒迅速冷凝并產生收縮，呈扁平狀附著于基體表面。

【發明內容】

[0005]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用。
[0006]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0007]—種熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用，采用熱噴涂工藝將鋅鋁合金材料噴涂到風力發電機的發電構件上，形成防腐層。
[0008]所述的鋅鋁合金材料的制備方法為:
[0009](I)將重量比為(15~40): (85~60)的鋅和鋁坯料進行熔煉；
[0010](2)將熔煉得到的金屬液體倒入模具中，進行鑄錠；
[0011](3)對得到的鑄錠進行熱處理，使其組織成分均勻化，進行熱處理的條件為:在334°C至380°C范圍內固溶強化3到10小時，然后水淬后，在100至180°C條件下時效1.5到8小時；
[0012](4)將經過熱處理的鑄錠通過熱擠壓的方法擠壓成線材粗坯，熱擠壓時，熱擠壓溫度為380~420°C，速度為15~30m/min ；
[0013](5)對線材粗坯進行反復結晶處理，消除材料的微觀組織缺陷并使組織均勻，并進行熱擠壓成材，反復結晶處理的具體方法為:將線材粗坯加熱到700°C，保溫一個小時，然后進行淬火處理，再在275°C到382°C范圍內進行固溶處理，將以上過程反復進行5到10次；
[0014](6)最后進行退火處理，將合金材料加熱到280到310°C保溫0.5到2小時，進行退火處理，得到熱噴涂用鋅鋁合金防腐材料。
[0015]用熱噴涂工藝將鋅鋁合金材料噴涂到風力發電機的發電構件上具體包括以下步驟:
[0016](I)對風力發電機的發電構件表面進行除油、噴砂處理，對風力發電機的發電構件表面進行噴砂達到Sa3級，即去除風力發電機的發電構件表面所有的氧化皮，使得基體呈現均勻的本體色。噴砂所使用的砂料也有很多的選擇:如剛玉砂、礦渣砂、鋼砂等。優選剛玉砂，噴砂壓力在0.6-0.7Mpa,砂料尺寸在0.5-1.5mm ；
[0017](2)將鋅鋁合金材料熱噴涂到風力發電機的發電構件表面，堆積形成防腐層，進行熱噴涂方法為:通過火焰或電弧將鋅鋁合金材料融化，通過壓縮空氣將融化后的金屬液霧化并噴射到基體表面，堆積形成涂層。通過火焰噴涂的工藝條件為:丙烷:0.13-0.15Mpa ；氧氣:0.5-0.6Mpa ;空氣:0.5-0.6Mpa ;送絲速度:12-13轉；噴涂距離:150-180mm ;噴涂角度:90° ±10° ;通過電弧噴涂的工藝條件為:電壓值:22-32伏；電流值:140-220安；噴涂距離:150-180mm ;噴涂角度:90° ±10° ;
[0018](3)對防腐層進行封閉處理，進行封閉處理一般使用的封閉劑為液體類涂料。可使用刷涂、滾涂、空氣噴涂、無氣噴涂等方式，可參考資料IS012944。
[0019]噴涂形成的防腐層的厚度為0.02~0.04cm。
[0020]與現有技術相比，本發明具有以下優點及有益效果:
[0021](I)風力發電具有客觀的應用前景，不過風力發電裝備的主要部分處于露天環境下運行，環境氣候的影響顯著，其面臨的環境氣候類型主要分為:海岸、近海離岸、草原、沙漠。其中海岸和近海離岸條件下鹽分的侵蝕問題特別突出，由此產生的故障可能發生在設備的任何部位，包括基座、塔架、電機、傳動系統等。
[0022](2)風力發電機，風力發電風輪中的葉片、輪轂、加固件，以及支撐發電機組的塔架，蓄電池充電控制器等鋼結構元器件往往是由鋼鐵等金屬材料構成，非常容易受到海水、沙塵、風暴等影響，會造成大量的經濟損失。因此尤其需要以特定的方式對它們進行保護，以免大量的鋼鐵材料被腐蝕
[0023](3)本發明中熱噴涂工藝將鋅鋁合金材料噴涂到風力發電機的發電構件上，形成防腐層，通過隔絕氧氣、犧牲陽極等原理對鋼鐵基體進行保護。
[0024](4)本發明中使用鋅鋁合金材料作為噴涂材料，鋅鋁合金具有原材料成本較低、制備工藝簡單、抗腐蝕性能好等優點，因而通過熱噴涂的方法在風力發電構件表面形成薄膜，有效的減緩了腐蝕。【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為TJPTZAIs試樣的腐蝕曲線圖；
[0026]圖2為TJPTZA2#試樣的腐蝕曲線圖；
[0027]圖3為TJPTZA3#試樣的腐蝕曲線圖；
[0028]圖4為TJPTZA4#試樣的腐蝕曲線圖；
[0029]圖5為Al試樣的腐蝕曲線圖；
[0030]圖6為Zn試樣的腐蝕曲線圖；
[0031]圖7為六種試樣失重量平均值的對比示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0033]實施例1
[0034]一種熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用，采用熱噴涂工藝將鋅鋁合金材料噴涂到風力發電機的發電構件上，形成防腐層。 [0035]首先，制備鋒招合金材料:
[0036](I)將設定比例的鋅和鋁坯料進行熔煉，其中鋅與鋁重量比分別為20: 80、40: 60,60: 40,80: 20，鋅的成分應為特I號；鋁的成分應為AOO號；
[0037](2)將熔煉得到的金屬液體倒入模具中，進行鑄錠；
[0038](3)對得到的鑄錠進行熱處理，使其組織成分均勻化，進行熱處理的條件為:在334°C下固溶強化10小時，然后水淬后，在100°C條件下時效8小時；
[0039](4)將經過熱處理的鑄錠通過熱擠壓的方法擠壓成線材粗坯，熱擠壓時，熱擠壓溫度為380°C，速度為15m/min ；
[0040](5)對線材粗坯進行反復結晶處理，消除材料的微觀組織缺陷并使組織均勻，并進行熱擠壓成材，反復結晶處理的具體方法為:將線材粗坯加熱到700°C，保溫一個小時，然后進行淬火處理，再在275°C下進行固溶處理，將以上過程反復進行5次；
[0041 ] (6)最后進行退火處理，將合金材料加熱到280°C保溫2小時，進行退火處理，得到熱噴涂用鋅鋁合金防腐材料，即TJPTZA系列合金絲，TJPTZAlfl合金絲成分中鋅與鋁重量比分別為20: 80，TJPTZA2#金絲成分中鋅與鋁重量比分別為40: 60，TJPTZA3#金絲成分中鋅與鋁重量比分別為60: 40，TJPTZA4#金絲成分中鋅與鋁重量比分別為80: 20。
[0042]第二步:將得到的鋅鋁合金材料分別噴涂到模擬風力發電機的發電構件的基體上，形成防腐層:
[0043](I)對基體表面進行除油、噴砂處理，對基體表面進行噴砂達到Sa3級，即去除基體表面所有的氧化皮，基體呈現均勻的本體色。噴砂所使用的砂料也有很多的選擇:如剛玉砂、礦洛砂、鋼砂等。優選剛玉砂，噴砂壓力在0.6Mpa,砂料尺寸在0.5-1.5mm ；
[0044](2)將鋅鋁合金材料熱噴涂到基體表面，堆積形成防腐層，進行熱噴涂方法為:通過火焰將鋅鋁合金材料融化，通過壓縮空氣將融化后的金屬液霧化并噴射到基體表面，堆積形成涂層。
[0045](3)對防腐層進行封閉處理，進行封閉處理一般使用的封閉劑為液體類涂料。可使用刷涂、滾涂、空氣噴涂、無氣噴涂等方式，可參考資料IS012944。[0046]本實施例中，基體為60 X 40 X 3mm3的A3鋼。
[0047]對TJPTZAlfl合金絲、TJPTZA2#合金絲、TJPTZA3#合金絲、TJPTZA4#合金絲噴涂到基體上以后的耐腐蝕性能進行研究。
[0048]1、耐海水腐蝕的試驗和結果:
[0049]試驗方法和試樣制備:
[0050]試驗方法:根據GB9794-88，GB9796-88所規定的中性鹽霧試驗法設計實驗。將18塊試樣(每組3塊，共6組)豎直浸潰在5000ml的塑料容器內，使用濃度為0.5mol/L的氯化鈉(分析純)溶液，每天更換一次溶液，在試驗周期內，除更換試液，測量質量可中斷外，試樣一般連續浸潰。試樣每天充分水洗，烘干，并用分析天平測其質量。
[0051]試樣制備:實驗采用線材火焰熱噴鋅、鋁及其TJPTZA系列合金絲，在基體為60X40X 3mm3的A3鋼上噴涂鋅鋁合金，分析其在海水腐蝕環境下的腐蝕情況，為了便于分析，我們在同等條件下噴涂純鋅、純鋁，以觀察同等條件下，噴涂鋅鋁合金與噴涂純鋅、純鋁相比，其腐蝕性能的優劣。
[0052]由于所用鋅鋁合金共有4種成分，別外加上純鋅、純鋁兩種材料，本實驗共分為6組,每組6塊，實驗所用噴槍為QX-1型火焰線材噴涂槍。
[0053]噴涂試樣的參數為:乙炔壓力為0.1kg ;氧氣壓力為0.5kg ;空氣壓力為4.5kg ;試樣離噴槍15~20cm ;噴涂厚度一般在0.020cm。
[0054]首先進行基體表面預處理:
[0055]一般采用噴砂工藝進行表面預處理，所用砂子為干燥而無泥土的石英砂或銅礦砂，粒度為6~12目，其具有堅硬而有棱角的特點。噴砂時空氣壓力為5~6X105Pa。噴嘴到工件表面的距離為15~20cm，噴射角一般為70°左右，過大或過小均會降低噴砂效率。經噴砂處理后的工件要求達到均勻粗糙，呈金屬光澤，無銹跡、污跡和水分。
[0056]噴涂材料:
[0057]鋅應符合GB470-83中的Zn-1的質量要求，Zn ^ 99.99% ；
[0058]鋁應符合GB3190-82中的L-1的質量要求，Al ^ 99.5% ；
[0059]鋅鋁合金中鋅的成分應為特I號；鋁的成分應為AOO號；
[0060]熱噴涂:
[0061]經噴砂處理后的工件，要立即進行熱噴涂，噴涂時一般將氧氣壓力控制在4~6 X IO5Pa,乙炔壓力控制在0.6~0.9 X IO5Pa,壓縮空氣壓力控制在5~6 X IO5Pa,噴射距離為12~15cm。為縮短試驗周期，參照有關標準，采用噴涂后不作封閉處理直接置于鹽水中浸泡的方法。
[0062]金屬腐蝕程度的大小，根據腐蝕破壞形式的不同，有各種不同的方法，對于全面腐蝕來說，通常用平均腐蝕速度來衡量。測量腐蝕速度最常用的方法是失重法(或增重法)。
[0063]失重法就是根據腐蝕后試樣質量的減小，用下式計算腐蝕速度:
[0064]Vife= (Hi0-Hi1)/S.t (I)
[0065]式中V為腐蝕速度(g/m2.h), m0為試樣腐蝕前的質量(g)，Hi1為試樣清除腐蝕產物后的質量(g)，S為試樣表面積(m2)，t為腐蝕時間(h)。這種方法適用于均勻腐蝕，而腐蝕產物完全脫落或很容易從試樣表面清除掉的情況。
[0066]當腐蝕后試樣質量增加且腐蝕產物完全牢固地附著在試樣表面時，可用增重法，用下列公式計算腐蝕速度:
[0067]V 增=(m2_m0)/S.t (2)
[0068]式中V J1為腐蝕速度(g/m2.h)，m2為帶有腐蝕產物的試樣的質量(g)
[0069]金屬的腐蝕速度一般隨時間而變化。腐蝕試驗時，應測定腐蝕速度隨時間的變化，選擇合適的時間以測得穩定的腐蝕速度。
[0070]考慮到本實驗中試樣的尺寸基本上相同，每天測量一次，即S 相差不大，故以式(2—3)來標定金屬的腐蝕情況:
[0071]Ami=IniIci (3)
[0072]式中Ami為第i天試樣腐蝕的質量變化量，m0為試樣未浸潰時的質量，Hii為第i天試樣的質量。
[0073]實驗數據及分析結果:
[0074]基體表面噴涂鋅、鋁及其TJPTZA系列合金絲后，試樣浸潰的質量變化量如表1~表6所示，并根據表1~表6，分別繪制不同試樣的腐蝕曲線圖，如圖1~圖6所示。
[0075]表1表面噴涂TJPTZAIs試樣浸潰的質量變化量的數據
[0076]
【權利要求】
1.一種熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用，其特征在于，采用熱噴涂工藝將鋅鋁合金材料噴涂到風力發電機的發電構件上，形成防腐層。
2.根據權利要求1所述的一種熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用，其特征在于，所述的鋅鋁合金材料的制備方法為: (1)將重量比為(15~40): (85~60)的鋅和鋁坯料進行熔煉； (2)將熔煉得到的金屬液體倒入模具中，進行鑄錠； (3)對得到的鑄錠進行熱處理，使其組織成分均勻化； (4)將經過熱處理的鑄錠通過熱擠壓的方法擠壓成線材粗坯； (5)對線材粗坯進行反復結晶處理，消除材料的微觀組織缺陷并使組織均勻，并進行熱擠壓成材； (6)最后進行退火處理，得到熱噴涂用鋅鋁合金材料。
3.根據權利要求2所述的一種熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用，其特征在于，進行熱處理的條件為:在334°C至380°C范圍內固溶強化3到10小時，然后水淬后，在100至180°C條件下時效1.5到8小時。
4.根據權利要求2所述的一種熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用，其特征在于，熱擠壓時，熱擠壓溫度為380~420°C，速度為15~30m/min。
5.根據權利要求2所述的一種熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用，其特征在于，進行反復結晶處理的具體方法為: 將線材粗坯加熱到700°C，保溫一個小時，然后進行淬火處理，再在275°C到382°C范圍內進行固溶處理，將以上過程反復進行5到10次。
6.根據權利要求2所述的一種熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用，其特征在于，退火處理的條件為:將合金材料加熱到280到310°C保溫0.5到2小時，進行退火處理。
7.根據權利要求1所述的一種熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用，其特征在于，用熱噴涂工藝將鋅鋁合金材料噴涂到風力發電機的發電構件上具體包括以下步驟: (1)對風力發電機的發電構件表面進行除油、噴砂處理； (2)將鋅鋁合金材料熱噴涂到風力發電機的發電構件表面，堆積形成防腐層； (3)對防腐層進行封閉處理。
8.根據權利要求7所述的一種熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用，其特征在于，對基體表面進行噴砂達到Sa3級。
9.根據權利要求7所述的一種熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用，其特征在于，進行熱噴涂方法為:通過火焰或電弧將鋅鋁合金材料融化，通過壓縮空氣將融化后的金屬液霧化并噴射到基體表面，堆積形成涂層； 通過火焰噴涂的工藝條件為:
丙烷:0.13-0.15Mpa ；
氧氣:0.5-0.6Mpa ；
空氣:0.5-0.6Mpa ； 送絲速度:12-13轉；噴涂距離:150-180_ ； 噴涂角度:90° ±10° ; 通過電弧噴涂的工藝條件為: 電壓值:22-32伏； 電流值=140-220安； 噴涂距離:150-180_ ； 噴涂角度:90° ±10°。
10.根據權利要求1所述的一種熱噴涂工藝在風力發電機的發電構件上的防腐應用，其特征在于，防腐層的厚度為0.02~0.04cm。
【文檔編號】C23C4/12GK103981479SQ201410196854
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月12日 優先權日:2014年5月12日
【發明者】嚴彪, 張晴, 嚴鵬飛 申請人:同濟大學