如何提高风电高铁行业高强度紧固件的防腐蚀性能？

发表时间：2024-04-25 14:30:00

高强度紧固件，特别是高强度螺栓的高性能抗腐蚀处理一直是各行业非常头疼的问题。到目前为止，仍然没有更具指导意义的表面防腐蚀处理标准或指南。
高强度紧固件的加工及表面防锈后处理首先必须考虑析氢腐蚀和晶体结构被恶意破坏。所以，具有强酸酸洗和电镀的处理工艺都不能采用。除锈只有机械除锈和极少氢脆的弱酸除锈。
强酸除锈和电镀工艺是绝对不能采用的。
目前采用较多的工艺为抛丸后涂装达克罗涂层，要求更高的再进行有机涂层涂覆。
所以下述工艺避免使用：
1）强酸酸洗除锈；
2）电镀和热镀锌；
3）高温发兰；
4）电解除油。
目前采用较多的工艺是：
1）抛丸或喷砂；
2）涂料涂层的物理防腐蚀，如无机达克罗、有机树脂等；
3）磷化等膜层的化学防腐蚀；
4）牺牲阳极等其他防腐蚀。
总结上述流行的处理方法，北京爱尔斯姆科技有限公司经过多年的实验经验，提出螺栓等紧固件长效抗腐蚀处理一系列工艺方法，供大家参考：
1）除油除锈工艺
①机械处理；
②化学处理：化学除油及添加BW-500P环保快速净洗剂的弱酸酸洗除锈工艺。
两种工艺对比：机械方法除油除锈不彻底，但更安全；化学处理更彻底，但需按工艺规范操作。
2）高温锰系磷化
虽然锰系磷化液为酸性，但由于其特殊的化学反应特性，即使在高温下也不会产生明显的强度下降。链条经过化学除油和弱酸酸洗活化，锰系磷化处理后，拉力测试结果显示完全符合要求，表明在上述工艺条件下，应力及氢脆没有明显的发生；而经过高温发兰处理后，拉力测试结果显示，拉伸强度下降20%以上。
在此我们具体要讨论高温锰系磷化的药液问题，并不是所有的锰系磷化都能在强度变化的合理范围。
① 北京爱尔斯姆科技研发生产的BW-240黑色锰系磷化液内严格控制杂质离子浓度，保持高质量的原料品质。高温下，氯离子、硫酸根离子、氟离子均会造成紧固件强度不同程度的下降。一些磷化液生产商甚至没有检测上述离子的手段和方法，无法保证原料的纯度，会造成磷化后紧固件强度大幅度下降，另外磷化液配方内可能选用了含有上述离子的添加剂，如硫酸镍等也会造成强度下降。
另外，选用去离子水漂洗和配制药液在北方或高盐分自来水地域显得非常重要。我们的经验表明，天津等沿海地区水中氯离子含量非常高，应采用水处理设备处理后，电导率低于100才能使用。
② 严禁采用磷化前予黑（或染黑）工艺，不仅抗蚀能力无法保证，而且会造成强度大幅度下降，该工艺是一种装饰性处理工艺，不能用于高性能防腐蚀。
③ 保证磷化膜的厚度不低于15μm，不要过分强调磷化膜的黑度，黑度和材质有非常大的关系。
④ 磷化层与基材的结合力至关重要，磷化膜的结晶状态和致密度也非常重要，可以通过折弯试验进行检查。非常致密的磷化层是不符合要求的，该膜层具有光亮的外观，但孔隙率太小。
3）封孔和再涂装
磷化后的封孔也是提高抗腐蚀能力的手段。在不同的应用条件下选用的封孔方法不同。高温条件下的封孔剂必须是高温不挥发的；要求表面洁净时，选用无油水性封闭剂。但无论什么封孔剂都必须具有较强的稳定性、抗酸碱性、缓蚀性、渗透性等性能。
封孔剂也叫封闭剂，具有脱水置换性，如T-701脱水封闭防锈油，如果没有脱水置换性能，在封孔前加热脱水，而此时磷化后的热水漂洗也很必要。
风电、高铁、电力及通讯铁塔、水电站以及跨海大桥等对抗腐蚀要求更高的紧固件仅仅采用封孔是无法达到质量要求的，此时应在封孔后进行有机涂层涂装，但封孔剂要求比较高，可采用BW-210涂装防锈交联成膜剂，可以达到更佳效果。
经过黑色锰系磷化及有机高性能涂层处理后，风电等设备的紧固件抗腐蚀能力可达到前所未有的高度。
这可以从理论上得到验证：
1）外部涂层具有很强的耐、酸、碱盐腐蚀的性能，同时疏水性能优良。但缺点也很明显，耐紫外线、抗氧化性能差；热膨胀比较高，涂层在膨胀收缩过程中产生的微孔会导致腐蚀性介质浸入并不断渗透；硬度低，耐摩擦划伤性能差。
2）内部涂层具有与有机涂层截然相差的特性。锰系磷化膜层为复杂的无机晶体结构，又不同于镀锌等金属晶体结构，不产生牺牲阳极腐蚀反应。该膜层具有无机涂料的诸多性能，同时具有比无机涂料更好的附着力。
当腐蚀性介质渗透到磷化层表面后，由于孔隙被封闭，无法进入磷化层内部，同时磷化膜的化学惰性较高，很难发生氧化还原反应，然后，腐蚀性介质会被释放出来。
一旦有机涂层老化，锰系磷化膜靠自身15μm左右的厚度仍能坚持相当长的时间（如6个月以上），抵抗较强的腐蚀。经验表明，经过防锈油封闭的锰系磷化膜在通常的工作环境下，8年不会产生腐蚀。
3）那么采用无机涂料是否比有机涂料能更好的提高耐腐蚀能力呢？特别是处于高浓度硝酸、SO₂、盐酸、氢氟酸、醋酸等环境下？
理论上是肯定的。但是性能优良、可操作性强的非金属纯无机涂料在国际上仍然是空白。不妨可以这样设计：磷化底层+无机非金属涂层+有机涂层。这样的结合可达到比较完美的结果，但可能存在操作复杂、成本较高的缺陷。
总之，高强度紧固件或其他材料在不同防腐蚀条件下，采用锰系磷化打底、无机有机涂层涂装后，可达到其他任何处理工艺无法达到的抗腐蚀寿命。该工艺尤其适用于风电、高铁、桥梁、轮船、各类通讯塔及其他高腐蚀环境的抗腐蚀处理等。
那么如何选择上述材料呢？我们认为坚持如下原则：
1）选择更具经验和专业知识的生产企业，并非体量大的企业就是更好的。
2）选择同时具有金属表面前处理和涂料生产的专业生产企业。
3）考验工艺方案的科学性和完整性。坚持询问企业自定的快速腐蚀检验手段，没有科学的快速强腐蚀检验方法很难保证生产的化学品达到质量要求。
4）生产企业的检测流程和检验方法是非常重要的考查指标。