風(fēng)能與水能、太陽能、生物能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽芤粯訉儆诳稍偕茉础＞哂匈Y源分布廣，開發(fā)潛力大、環(huán)境影響小、可持續(xù)利用等特點(diǎn)。近年來，隨著風(fēng)電技術(shù)水平的不斷提高，風(fēng)電設(shè)備的建設(shè)成本越來越低，世界各國風(fēng)電裝機(jī)容量迅速增長(zhǎng)，截止2018 年底，全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量已達(dá)590.8 GW，我國累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)209.5 GW。
要想實(shí)現(xiàn)風(fēng)電設(shè)備安全運(yùn)行15甚至25年以上，必須重視其鋼結(jié)構(gòu)件的防腐，根據(jù)其運(yùn)行環(huán)境腐蝕等級(jí)的高低，需要使用不同的防腐結(jié)構(gòu)和不同種類的涂料體系。粉末涂料是一種環(huán)保綠色涂料，涂裝時(shí)可以很容易獲得較厚的涂層，涂覆后的設(shè)備在運(yùn)輸及應(yīng)用中涂層不易被破壞，對(duì)基材的保護(hù)具有長(zhǎng)效性。另外粉末涂料還有利用率高，綜合成本低等特點(diǎn)，應(yīng)用于風(fēng)電設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)件有其天生優(yōu)勢(shì)。
本文依據(jù)ISO 9223~9226、ISO12944-2018、Qualisteelcoat 4.1-2019中大氣腐蝕等級(jí)的劃分及測(cè)試方法，提出了風(fēng)電設(shè)備地上部分的鋼結(jié)構(gòu)件在不同大氣腐蝕等級(jí)下的防腐技術(shù)、涂裝體系和粉末涂裝的解決方案。
1 風(fēng)電設(shè)備涂裝技術(shù)要求
1.1 風(fēng)電設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境
風(fēng)電設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境多種多樣，從平原到山區(qū)，從內(nèi)陸到沿海和海上，不同環(huán)境對(duì)設(shè)備的腐蝕能力要求差別很大，因此需要的防護(hù)體系也不同。目前我國風(fēng)電行業(yè)發(fā)展迅速，大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)建設(shè)已經(jīng)從“三北地區(qū)”向沿海、內(nèi)陸地區(qū)發(fā)展，并逐步開始進(jìn)軍海上，這對(duì)風(fēng)電設(shè)備的防腐提出了更高的要求。
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織頒布的ISO 9223~9226 標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)金屬標(biāo)準(zhǔn)試件在環(huán)境中自然暴露試驗(yàn)獲得的腐蝕速率及綜合環(huán)境中大氣污染物濃度和金屬表面潤(rùn)濕時(shí)間，對(duì)大氣腐蝕性進(jìn)行了分類，具有廣泛的適用性。ISO9223-2012將大氣腐蝕性分為6類，C1：腐蝕性很低；C2：低；C3：中；C4：高；C5：很高；CX：極高。標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)暴露了一年的低碳鋼或鋅標(biāo)準(zhǔn)樣板的質(zhì)量或厚度損失數(shù)據(jù)來評(píng)估定義腐蝕性類別，具體見表1。ISO 12944直接引用了此表數(shù)據(jù)。此表的數(shù)據(jù)具體標(biāo)本及其在暴露前后的處理參考ISO 9226。
表1 ISO9223-2012基于標(biāo)準(zhǔn)樣板暴露實(shí)驗(yàn)定義的大氣環(huán)境腐蝕性分類和典型環(huán)境案例
1.2 風(fēng)電設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)件涂裝實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)要求
ISO12944是目前鋼結(jié)構(gòu)的涂層防腐蝕領(lǐng)域公認(rèn)的參考標(biāo)準(zhǔn)之一，目前國內(nèi)外風(fēng)電設(shè)備的防腐蝕保護(hù)也主要參考次標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)論述了采用防護(hù)涂料體系對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐蝕保護(hù)的內(nèi)容，其應(yīng)用領(lǐng)域由以下條件界定：鋼結(jié)構(gòu)類型、表面類型和表面處理類型、環(huán)境類型、防護(hù)涂料體系的類型、工作類型和防護(hù)涂料體系的耐久性。鋼結(jié)構(gòu)類型定義了被保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)基材的范圍；表面類型和表面處理定義了鋼結(jié)構(gòu)的表面類型和它們的表面處理；環(huán)境類型定義了6種大氣環(huán)境腐蝕性級(jí)別C1，C2，C3，C4，C5，CX和4種結(jié)構(gòu)浸水或埋地腐蝕性級(jí)別Im1，Im2，Im3和Im4；防護(hù)涂料體系類型定義了不同的腐蝕性環(huán)境級(jí)別和耐久性要求下所適用的涂料體系，標(biāo)準(zhǔn)僅限于涂覆在環(huán)境條件下干燥或硬化的物質(zhì)，明確指出了不適用于粉末涂料、烤漆和熱固化涂料；工作類型指出了標(biāo)準(zhǔn)適用于新建涂裝和維修涂裝；防護(hù)涂料體系的耐久性定義了4種不同的耐久性范圍，分別為低（L）、中等（M）、高（H）和很高（VH），其實(shí)驗(yàn)室測(cè)試程序要求見表2。
表2 ISO12944-6 C2至C5腐蝕性級(jí)別下,應(yīng)用于碳鋼、熱浸鍍鋅鋼和熱噴涂金屬的涂料體系的測(cè)試程序
根據(jù)ISO12944標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，只有通過相關(guān)腐蝕等級(jí)的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，該防護(hù)體系才能應(yīng)用在對(duì)應(yīng)的腐蝕環(huán)境中。
上文提到ISO12944標(biāo)準(zhǔn)明確說明是僅針對(duì)液體涂料，將粉末涂料以及其他涂料體系排除在標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范圍之外，Qualisteelcoat則彌補(bǔ)了這方面的缺口。Qualisteelcoat是一種用于有機(jī)涂層鋼結(jié)構(gòu)噴涂的國際質(zhì)量認(rèn)證標(biāo)志。Qualisteelcoat定義了涂料公司內(nèi)部必須達(dá)到的質(zhì)量水平和要求，以便能夠作為Qualisteelcoat許可的公司在市場(chǎng)上提供其產(chǎn)品。它包括了對(duì)涂料公司的質(zhì)量要求的定義，涂料系統(tǒng)和涂料的批準(zhǔn)，以及持有Qualisteelcoat質(zhì)量標(biāo)簽的涂料公司的定期外部質(zhì)量控制。由于ISO12944-2中的大氣腐蝕等級(jí)被很多規(guī)范廣泛地認(rèn)同和參考，Qualisteelcoat把大氣腐蝕等級(jí)運(yùn)用融合在所有類型的有機(jī)涂層中。ISO 12944-2定義了C1到C5和CX 6個(gè)大氣腐蝕等級(jí)，這些腐蝕等級(jí)和預(yù)期使用壽命H（15-25年）一起組成了Qualisteelcoat的涂裝系統(tǒng)和噴涂廠認(rèn)證的基礎(chǔ)。
另外，ISO 12944較為注重的是防腐性能，即關(guān)注點(diǎn)在鋼結(jié)構(gòu)能否安全的達(dá)到預(yù)期使用年限上，而Qualisteelcoat不僅僅是要求防腐性能，它還包括了工件達(dá)到了預(yù)期的使用年限后，涂膜表面還能保持一定的裝飾性能，即包含了涂膜耐候性的內(nèi)容。
2 粉末涂裝解決方案
2.1 涂裝防護(hù)體系
為實(shí)現(xiàn)風(fēng)電設(shè)備的長(zhǎng)效運(yùn)行，各結(jié)構(gòu)件的涂裝防護(hù)必須合理設(shè)計(jì)，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)材料和工藝參數(shù)執(zhí)行。涂裝體系是涂裝過程中所涉及到的整個(gè)流程，從原材料到最終的成品。Qualisteelcoat根據(jù)基材，前處理，有機(jī)涂料的類型定義涂裝系統(tǒng)（見圖1）。完整的涂裝體系應(yīng)包括：
圖1 Qualisteelcoat根據(jù)基材，前處理，有機(jī)涂料的類型定義涂裝系統(tǒng)
正如圖中所示，涂裝體系包括從基材到成品的整個(gè)過程：
基材
對(duì)于風(fēng)電設(shè)備來說，基材包括各種鋼材，包括各種表面含有金屬涂層的鋼材，也包括電泳后的鋼材。當(dāng)然，鋼材進(jìn)行金屬噴涂、浸涂或電泳等之前也需要進(jìn)行物理或化學(xué)的前處理，以保證金屬涂層或電泳層與鋼材之間的結(jié)合力。
前處理
前處理是指在涂料或金屬噴涂前對(duì)基材進(jìn)行的表面處理，可以是單一的化學(xué)或物理前處理，也可以兩者兼有。前處理的目的是除去基材表面油污、增加基材表面粗糙度、或者形成一層較薄的保護(hù)膜增加與有涂層的結(jié)合力，進(jìn)而提升防腐蝕效果。
有機(jī)涂層
包括各種粉末涂料或者液體涂料噴涂之后形成的有機(jī)涂層，可以是單層噴涂，也可以是多層噴涂。
Qualisteelcoat根據(jù)不同的基材開發(fā)了下面的表格，定義粉末涂料體系和電泳在不同的涂裝系統(tǒng)中能達(dá)到的腐蝕等級(jí)。即Qualisteelcoat認(rèn)為，每一種基材都有它所能夠達(dá)到的最高防腐等級(jí)（見表3），當(dāng)然這是以合理的前處理和防護(hù)涂層為前提的。
表3 粉末涂料體系根據(jù)不同涂裝系統(tǒng)能達(dá)到的腐蝕等級(jí)
2.2 粉末涂裝工藝
根據(jù)客戶需要達(dá)到的防腐等級(jí)和要求，我們可以通過表3的推薦和噴涂現(xiàn)場(chǎng)工藝條件等來選擇合適的基材、前處理和對(duì)應(yīng)的粉末涂料。風(fēng)電設(shè)備的各部分存在材質(zhì)、薄厚、形狀等各種差異，因此不同部件的涂裝需要設(shè)計(jì)不同的工藝流程。粉末涂裝工藝需要從基材選擇、前處理和噴涂等三個(gè)方面入手，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。
就基材來說，不同的基材所能達(dá)到的防腐等級(jí)不一樣。單純的鋼基材，它所能達(dá)到的最高等級(jí)是C4H，如果想做C5H級(jí)別的防腐，需要選擇其他經(jīng)過金屬噴涂或者電泳的鋼基材。基材的選擇要基于客戶要求的防腐等級(jí)，選擇合適的基材，具體可參照上文表3。
前處理是噴涂前的第一道工序，直接關(guān)系到基材與涂層之間的附著力和涂料體系的長(zhǎng)期防腐蝕性能。不同前處理所能達(dá)到的腐蝕等級(jí)也不一樣，如基于鐵系磷化的化學(xué)前處理或沒有形成轉(zhuǎn)化膜的化學(xué)前處理最高只能達(dá)到C3H。前處理方式要根據(jù)防腐蝕等級(jí)的選擇采用物理或（和）化學(xué)處理，而且要嚴(yán)格按照工藝文件的要求進(jìn)行，定期檢測(cè)處理液的相關(guān)指標(biāo)和化學(xué)膜的質(zhì)量。
值得一提的是，經(jīng)過前處理的產(chǎn)品需在處理后盡快進(jìn)行噴涂，防止基材再次被氧化或者污損，它們的最長(zhǎng)存放時(shí)間見表4。存儲(chǔ)的狀態(tài)是不允許產(chǎn)品表面有冷凝水產(chǎn)生的，所有的前處理崗位工人必須穿戴干凈的棉紡手套以避免污染表面。
表4 Qualisteelcoat規(guī)定的前處理工件存儲(chǔ)時(shí)間
選擇合適的粉末涂料對(duì)防護(hù)體系至關(guān)重要，不同的粉末涂料防護(hù)能力相差甚遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)不同的防腐結(jié)構(gòu)（涂層種類、層數(shù)），獲得的防腐效果也截然不同。粉末涂料體系在應(yīng)用之前必須先進(jìn)行相應(yīng)腐蝕級(jí)別的測(cè)試，且只有通過了測(cè)試，才被允許應(yīng)用于對(duì)應(yīng)腐蝕級(jí)別的環(huán)境中。粉末涂裝時(shí)需要根據(jù)工件的外形與特性設(shè)計(jì)不同的懸掛方式、噴涂參數(shù)、烘烤固化參數(shù)等，以保證無漏噴、固化完全。
涂料和涂裝主要需要考慮如下5個(gè)方面：
1）根據(jù)基材類型、前處理前處理方式和防腐等級(jí)要求，選擇合適的粉末涂料體系
2）粉末涂裝要注意厚度的控制和邊角覆蓋，實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)防腐性能再好的涂料體系，如果邊角覆蓋不好的話，在工件尖銳部位會(huì)很快產(chǎn)生腐蝕點(diǎn)或線，尤其是沒有金屬涂覆物的基材。
3）涂料體系的固化要滿足涂料廠商要求的固化條件，只有固化完全的涂膜才是致密、結(jié)實(shí)的防腐蝕保護(hù)層，才能夠起到長(zhǎng)久的防腐蝕作用。
4）如果是多層噴涂工藝，要嚴(yán)格控制各層的粉末類型和厚度，不能有用錯(cuò)或混用的情況發(fā)生，一般來說，底層粉末側(cè)重于防腐性能，面層粉末主要側(cè)重耐候性能。
5）如果是多層噴涂工藝，除了涉及各層固化完全的問題，還要涉及各涂層間的層間附著力問題。一般多層噴涂會(huì)涉及“雙涂雙烤”或“三涂三烤”。以“雙涂雙烤”為例，即噴涂底粉→烘烤預(yù)固化→噴涂面粉→固化完全（見圖2）。其中底層預(yù)固化是非常關(guān)鍵的一環(huán)，過度烘烤會(huì)導(dǎo)致底層涂料完全固化，與面層結(jié)合力下降；烘烤不足則容易在二次固化時(shí)出現(xiàn)底粉上浮的現(xiàn)象。另外底粉預(yù)固化后應(yīng)該盡快進(jìn)行面粉的涂裝，如果放置時(shí)間過久，表面被破壞或者被污染的話，也可能導(dǎo)致層間附著力的下降。
圖2 “雙涂雙烤”噴涂工藝流程簡(jiǎn)圖
2.3 高腐蝕等級(jí)（C4H和C5H）環(huán)境用粉末涂料的解決方案
C4H和C5H是目前風(fēng)電設(shè)備實(shí)際運(yùn)行中所涉及較多、較為苛刻的環(huán)境腐蝕等級(jí)。ISO12944-6 2018中C4H/C5H測(cè)試要求初始漆膜附著力≥2.5MPa，中性鹽霧試驗(yàn)720h/1440h，冷凝測(cè)試480h/720h，鹽霧和冷凝測(cè)試完成后涂膜附著力≥2.5MPa，鹽霧試驗(yàn)后單邊銹蝕寬度要≤1mm（Qualisteelcoat的單邊銹蝕寬度要求≤2mm）。
對(duì)此我們進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，對(duì)比了不同的基材，不同的前處理和不同的粉末涂層體系在不同腐蝕級(jí)別的測(cè)試項(xiàng)目中的表現(xiàn)。針對(duì)高腐蝕等級(jí)的C4H和C5H，我們參照Qualisteelcoat的相關(guān)要求，采用雙涂層結(jié)構(gòu)，兩涂?jī)煽竟に嚕赃_(dá)到高防腐、高耐候的要求。以我們的環(huán)氧富鋅粉末涂料作為底粉，搭配耐候聚酯粉末涂料作為面粉，可以滿足C4H的測(cè)試要求。以我們開發(fā)的超高防腐環(huán)氧粉末涂料作為底粉，搭配高耐候聚酯粉末涂料作為面粉，可以滿足C5H的測(cè)試要求。我公司與風(fēng)電設(shè)備廠商合作，共同開發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)通過SGS對(duì)于C4H和C5H的各種項(xiàng)目測(cè)試，取得了相關(guān)報(bào)告。
檢測(cè)實(shí)例圖片如下（圖3~4摘自SGS C4H和C5H檢測(cè)報(bào)告）：
圖3鹽霧試驗(yàn)測(cè)試2
圖4冷凝測(cè)試2
3 總結(jié)
隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境問題越來越重視，綠色能源的開發(fā)和利用會(huì)越來越廣泛，風(fēng)電等綠色能源行業(yè)也會(huì)保持現(xiàn)有的高速發(fā)展。風(fēng)電設(shè)備的使用地域不再局限于內(nèi)陸地區(qū)，在沿海等地區(qū)也有諸多的應(yīng)用，潮濕高鹽的使用環(huán)境對(duì)風(fēng)電設(shè)備防腐的要求也越來越高。粉末涂料相比液體涂料具有綠色環(huán)保的特性，應(yīng)用于風(fēng)電設(shè)備防腐有其諸多的優(yōu)勢(shì)。粉末涂料應(yīng)用于風(fēng)電設(shè)備防腐工作的研究，近年來也越來越多。只有從基材、前處理、防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、涂料選擇、涂裝工藝等各方面嚴(yán)格控制，才能保證風(fēng)電設(shè)備在C4H和C5H高腐蝕環(huán)境下長(zhǎng)效安全的運(yùn)行。
（作者：楊治強(qiáng)，劉玉昆，石俊秀，崔志剛 供職于廊坊艾格瑪新立材料科技有限公司）
