[发明专利]一种具有高耐蚀性的风电用紧固件及其生产方法

说明书

本发明提供一种具有高耐蚀性的风电用紧固件及其生产方法，通过改变目前风电用紧固件达克罗或热浸镀锌的生产工艺，采用多元合金共渗粉剂对风电用紧固件进行热渗处理，获得表面共渗涂层厚度为8‑60μm的具有高耐蚀性风电用紧固件，其具有中性盐雾试验达到1500h及以上的防腐能力，其中，以重量份数计，多元合金共渗粉剂的原料包括：锌粉180‑220份，铝粉10‑15份，锰粉2‑4份，钴粉1‑2.5份，铬粉0.8‑1.8份，镍粉1‑2.5份，氧化铝粉3‑4份，硬脂酸铝粉1.2‑2份，氮化硼粉0.6‑1份，二氧化硅粉1.3‑1.6份，分散剂0.3‑0.5份，氯化铵2‑3份，氢氧化镧粉0.2‑0.4份。

技术领域

本发明属于风电设备行业高强度大直径紧固件领域，具体涉及一种具有高耐蚀性的风电用紧固件及其生产方法。

背景技术

随着节能减排需求的提升以及可再生能源发电成本的降低，全球风能等新能源发电行业快速发展。我国是世界上最大的能源需求国之一，工业持续发展加速能源需求增长背景下，叠加目前国内煤炭能源仅供消耗四十年左右，能源结构改变势在必行，政策主导下，我国风电累计装机量持续增长，数据显示，2021年中国风电累计装机量达328.5GW，占比国内发电装机总量的13.8％，仅次于水电和火电。中国风电新增、累计装机量连续多年位居全球首位，中国风电已经逐渐成为全球风电行业的领导者。《中国风电发展路线图2050》提出未来30年，我国陆地、近海、远海风电都有不同程度的发展，到2030～2050年，每年新增装机约3000万千瓦，占全国新增装机的一半左右。

风电机组一般包括风轮、发电机和塔筒三个部分，风电机组设备之间的连接有相当大一部分是通过螺栓连接副来实现的。目前，在机组中使用的高强风电螺栓主要包括塔筒螺栓、整机螺栓和叶片螺栓三类。在实际使用过程中，螺栓的质量、安装方法、润滑等都会对螺栓连接的可靠性产生影响，一旦螺栓失效会对风电机组造成难以想象的破坏。风机通常在低温、风沙、潮湿、腐蚀、交变载荷等极端恶劣的环境之下运行服役25年以上，这对螺栓连接的可靠性提出了更为严格的要求。螺栓在长期运行服役过程中，主要是疲劳破坏和锈蚀，在配合部位容易发生严重的缝隙腐蚀，范围在几十微米，如果缝隙内进入溶液会处于滞留状态，促使腐蚀溶液浓缩，缝隙内部加速腐蚀进而导致金属破坏，进而影响紧固件的耐腐蚀性能，严重破坏整个结构的使用寿命。改善风电螺栓的防护性能延长其使用寿命一般选择表面涂层处理技术，提高材料在各种环境中的使用性能。通常情况下风电螺栓在使用安装过程中旋合要求高，其表面涂层需具备良好的均匀性，减少装配时的误差。使用环境多样且复杂如高温湿热环境等，一般要求涂层有较好的耐腐蚀性能、耐高温氧化性能等。螺栓在装卸过程中容易受到机械破坏，还要求具有良好的力学性能如耐摩擦性能、涂层与基体的结合力好、不易脱落等。其次螺栓表面涂层的生产工艺要有一定的生产效率和经济价值且工艺流程要环保，在涂层外观上要有良好的色泽等。

按NB/T 31082-2016《风电机组塔架用高强度螺栓连接副》的要求，螺栓表面处理采用非电解锌片涂层(达克罗)，应符合GB/T 5267.2的规定，采用热浸镀锌应符合GB/T5267.3的规定。螺栓镀层应进行铬酸盐钝化，最小厚度应大于或等于8μm，镀层均匀、无气泡。陆地风电场用螺栓经720h盐雾试验、沿海或海上风电场用螺栓经1000h盐雾试验后，基本无红锈；表面处理后的扭矩系数平均值Km应在0.11～0.15(达克罗)之间、0.1～0.23(热浸镀锌)之间。目前全球风电巨头为了降低风电的度电成本，提升产品盈利能力，均确立了风电叶片大型化、轻量化的发展目标，并不断向海上进军，对风电紧固件耐腐蚀性提出了更高的要求，主机厂家普遍要求螺栓盐雾试验1500h以上。然而，现有达克罗、热浸镀锌在金属表面镀层厚度不易控制、厚度均匀性较差，镀层特性为氧化结合(达克罗)或机械结合(热浸镀锌)，因此表面硬度较低，同时热浸镀锌有锌废料和锌蒸汽等污染，达克罗涂层由于存在“Cr⁶⁺”对环境产生严重污染，在欧洲已被限制使用，因此，现有风电紧固件表面防腐方法已不适应行业发展的需要，远达不到盐雾试验1500h以上。