风能是国家能源体系的重要组成部分， 开发利用风能已经成为世界各国保障能源安全、保护环境的重要措施之一。风能的有效利用离不开大型风力发电设备。
要想实现风电设备安全运行15 甚至25 年以上，必须重视其钢结构件的防腐，根据其运行环境腐蚀等级的高低，需要使用不同的防腐结构和不同种类的涂料体系。
粉末涂料是一种环保绿色涂料，应用于风电设备钢结构件有其天生优势，如环保、易厚涂、利用率高、综合成本低等特点。
本文依据ISO 9223~9226—2012、ISO12944—2018、Qualisteelcoat 4.1—2019 中大气腐蚀等级的划分及测试方法，提出了风电设备地上部分的钢结构件在不同大气腐蚀等级下的防腐技术和粉末涂装的实施方案。
1 风电设备以及所处的腐蚀环境
1.1 风电行业简介
风能与水能、太阳能、生物能、地热能和海洋能一样属于可再生能源。具有资源分布广，开发潜力大、环境影响小、可持续利用等特点。
近年来，随着风电技术水平的不断提高， 世界各国风电装机容量迅速增长，图1 所示为近年来全球风电的装机容量[1]。
截止2018年底，全球风电累计装机容量已达590.8 GW，其中中国、美国、德国装机容量分别位居前3。虽然近年来新增装机容量略有下降，但风电行业依然处于高速发展阶段，已经连续第五年超过50GW，我国风电行业呈现高速发展趋势。
图2 所示为我国近年来的风电装机容量（数据来自国家能源局和发改委网站）。截至2018年底，我国累计风电装机容量已达209.5 GW，占全球风电总装机容量的35.4%。
2018 年我国风电新增装机21.1 GW， 同比增长7.3%， 占全球新增风电容量的40.8%，近5 年基（专业各类喷涂线、喷漆线、喷砂房、喷漆房、喷涂设备、表面处理设备及废气治理设备厂家，长期供应各类喷砂房抛丸机配件、喷漆房配件、除尘器配件：樊13141458653微信同）本都在20 GW 以上。
我国2018 年风电发电量3 660 亿千瓦时， 占全部发电量的5.2%，比2017 年提高0.4 个百分点。根据发改委数据，2017 年投产的风电平均建设成本比2012 年降低了20%。
目前，在资源条件优良、建设成本低、投资和市场条件好的地区， 风力发电成本已达到燃煤标杆上网电价水平，具备了不需要国家补贴平价上网的条件。
2019 年，随着《关于建立健全可再生能源电力消纳保障机制的通知》等相关政策的陆续下发和落实，必将进一步引导可再生能源的开发和应用；
保障可再生能源的全额保障性收购， 引导能源结构转型升级，为我国风电规模扩大和成本下降提供更大的发展空间和更好的政策环境。
1.2 腐蚀环境分类及标准
目前我国风电行业发展迅速，大型风力发电场建设已经从“三北地区”向沿海、内陆地区发展，并逐步开始进军海上，这就对风电设备的防腐提出了更高的要求。
国际标准化组织颁布了ISO 9223~9226 标准，根据金属标准试件在环境中自然暴露试验获得的腐蚀速率及综合环境中大气污染物浓度和金属表面润湿时间，对大气腐蚀性进行了分类，具有广泛的适用性。
ISO9223—2012 将大气腐蚀性分为6 类，C1：腐蚀性很低；C2：低；C3：中；C4：高；C5：很高；CX：极高。ISO9223—2012 对大气腐蚀等级有两种评估分类方法：
方法一，综合考虑如环境因素、年润湿时间、二氧化硫年平均浓度和氯化物的年平均沉积量来评估。具体见表1。
方法二， ISO 9223—2012 根据标准样板暴露实验，即根据暴露了一年的低碳钢或锌标准样板的质量或厚度损失数据来评估定义腐蚀性类别，具体见表2。
ISO 12944—2018 直接引用了此表数据。此表的数据具体标本及其在暴露前后的处理参考ISO 9226—2012。
1.3 风电设备钢结构件防腐蚀所适用的标准
《ISO12944 色漆和清漆———防护涂料体系对钢结构的腐蚀保护》， 是目前钢结构的涂层防腐蚀领域公认的参考标准之一。
该标准论述了采用防护涂料体系对钢结构进行防腐蚀保护的内容，其应用领域由以下条件界定：钢结构类型、表面类型和表面处理类型、环境类型、防护涂料体系的类型、工作类型和防护涂料体系的耐久性。
钢结构类型定义了被保护钢结构基材的范围；表面类型和表面处理类型定义了钢结构的表面类型和它们的表面处理；
环境类型定义了6 种大气环境腐蚀性级别C1，C2，C3，C4，C5，CX 和4 种结构浸水或埋地腐蚀性级别Im1，Im2，Im3 和Im4；
防护涂料体系类型定义了不同的腐蚀性环境级别和耐久性要求下所适用的涂料体系，标准仅限于涂覆在环境条件下干燥或硬化的物质， 明确指出了不适用于粉末涂料、烤漆和热固化涂料；
工作类型指出了标准适用于新建涂装和维修涂装；防护涂料体系的耐久性定义了4 种不同的耐久性范围，分别为低（L）、中等（M）、高（H）和很高（VH），其实验室测试程序要求见表3。
ISO12944—2018 标准仅针对液体涂料， 并明确的将粉末涂料、烤漆、热固化涂料以及其他涂料体系排除在标准应用范围之外，Qualisteelcoat 弥补了这方面的缺口。
Qualisteelcoat 是一种用于有机涂层钢结构喷涂的国际质量认证标志。钢结构是在建筑和工业上使用最广泛的一种结构材料，使用时必须进行防腐蚀处理。
Qualisteelcoat 定义了涂料公司内部必须达到的质量水平和要求，以便能够作为Qualisteelcoat 许可的公司在市场上提供其产品。
它包括了对涂料公司的质量要求的定义， 涂料系统和涂料的批准， 以及持有Qualisteelcoat 质量标签的涂料公司的定期外部质量控制。
由于ISO12944-2 中的大气腐蚀等级被很多规范广泛地认同和参考，Qualisteelcoat 把大气腐蚀等级运用融合在所有类型的有机涂层中。
ISO 12944-2 定义了C1 到C5 和CX 6 个大气腐蚀等级， 这些腐蚀等级和预期使用寿命H （15 ~25 a） 一起组成了Qualisteelcoat 的涂装系统和喷涂厂认证的基础。
另外，ISO 12944—2018 较为注重的是防腐性能，即关注点在钢结构能否安全的达到预期使用年限上；
而Qualisteelcoat 不仅仅是要求防腐性能，它还包括了工件达到了预期的使用年限后，涂膜表面还能保持一定的装饰性能，即包含了涂膜耐候性的内容。
2 钢结构件粉末涂装工艺简介
2.1 涂装体系
涂装体系是涂装过程中所涉及到的整个流程，从原材料到最终的成品。Qualisteelcoat 根据基材， 前处理，有机涂料的类型定义涂装系统（见图3）。
完整的涂装体系应包括：
（1） 基材
基材包括各种钢材，包括各种表面含有金属涂层的钢材，也包括电泳后的钢材。当然，钢材进行金属喷涂、浸涂或电泳等之前也需要进行物理或化学的前处理，以保证金属涂层或电泳层与钢材之间的结合力；
（2） 前处理
前处理是指在涂料或金属喷涂前对基材进行的表面处理，可以是单一的化学或物理前处理，也可以两者兼有。前处理的目的是除去基材表面油污、增加基材表面粗糙度、或者形成一层较薄的保护膜增加与涂层的结合力，进而提升防腐蚀效果；
（3） 有机涂层
包括各种粉末涂料或者液体涂料喷涂之后形成的有机涂层，可以是单层喷涂，也可以是多层喷涂。
ISO 12944-5—2018 仅定义了基于液体涂料的涂装系统， 没有关于粉末涂料和电泳的规范和推荐。
Qualisteelcoat 根据不同的基材开发了下面的表格，定义了粉末涂料体系和电泳在不同的涂装系统中能达到的腐蚀等级。
即Qualisteelcoat 认为，每一种基材都有它所能够达到的最高防腐等级（见表4），当然这是以合理的前处理和防护涂层为前提的。
2.2 粉末涂装工艺
根据客户需要达到的防腐等级和要求，我们可以通过表4 的推荐和喷涂现场工艺条件等来选择合适的基材、前处理和对应的粉末涂料。粉末涂装工艺也包括3 个方面，即基材、前处理和粉末涂料喷涂。
就基材来说，不同的基材所能达到的防腐等级不一样。单纯的钢基材所能达到的最高等级是C4H，如果想（专业各类喷涂线、喷漆线、喷砂房、喷漆房、喷涂设备、表面处理设备及废气治理设备厂家，长期供应各类喷砂房抛丸机配件、喷漆房配件、除尘器配件：樊13141458653微信同）做C5H 级别的防腐，必须选择其他经过金属喷涂或者电泳的钢基材。基材的选择要基于客户要求的防腐等级进行选择，具体可参照表4。
前处理是基材进行喷涂前的第一道工序，直接关系到基材与涂层之间的附着力和涂料体系的长期防腐蚀性能。
不同前处理所能达到的腐蚀等级也不一样，如基于铁系磷化的化学前处理或没有形成转化膜的化学前处理最高只能达到C3H。
前处理方式要根据防腐蚀等级的选择采用物理或（和）化学处理，而且要严格按照工艺文件的要求进行， 定期检测相关指标，并按照要求定期抽检前处理的质量情况。
前处理后的存储也十分关键，经过前处理的产品需在处理后尽快进行喷涂，防止基材再次被氧化或者污损，它们的最长存放时间见表5。
存储的状态是不允许产品表面有冷凝水产生的。所有的前处理岗位工人必须穿戴干净的棉纺手套以避免污染表面。
就粉末涂料来说，不同的粉末涂料防腐能力相差甚远，设计不同的防腐结构（涂层种类、层数），获得的防腐效果也截然不同。
粉末涂料体系在应用之前必须先进行相应腐蚀级别的测试， 且只有通过了测试，才被允许应用于对应腐蚀级别的环境中。涂料和涂装，主要需要考虑如下5 个方面：
（1）要选择符合基材、前处理和客户防腐等级要求的涂料体系；
（2）涂料体系的喷涂要注意厚度的控制，注意边角覆盖，实验室检测防腐性能再好的涂料体系，如果边角覆盖不好的话，在工件尖锐部位会很快地产生腐蚀点或线，尤其是没有金属涂覆物的基材；
（3）涂料体系的固化要满足涂料厂商要求的固化条件，只有固化完全的涂膜才是致密、结实的防腐蚀保护层，才能够起到长久的防腐蚀作用；
（4）如果是多层喷涂工艺，要严格控制各层的粉末类型和厚度，不能有用错或混用的情况发生，一般底层粉末侧重于防腐性能，面层粉末主要侧重于耐候性能；
（5）如果是多层粉末喷涂，除了涉及各层固化完全的问题，还要涉及各涂层间的层间附着力问题。一般多层喷涂会涉及“双涂双烤”或“三涂三烤”。
以“双涂双烤” 为例， 即喷涂底粉→烘烤预固化→喷涂面粉→固化完全（见图4）。其中底层预固化是非常关键的一环，过度烘烤会导致底层涂料完全固化，与面层结合力下降；烘烤不足则容易在二次固化时出现底粉部分上浮的现象。
另外底粉预固化后应该尽快进行面粉的涂装，如果放置时间过久，表面被破坏或者被污染的话，也可能导致层间附着力的下降。
3 高防腐蚀等级（C4H 及C5H）的粉末涂料解决方案
表3 为ISO12944-6 在C2 至C5 腐蚀级别的实验室测试要求，Qualisteelcoat 在防腐蚀性能的实验上，也完全采用了此测试程序。
从表中可以看出，高腐蚀级别的实验室检测对基材、前处理和粉末涂料都有很高的要求。
实验主要难点在于ISO 12944-6 对中性盐雾试验的要求，C4H 要求盐雾实验720 h 后，单边锈蚀宽度要≤1mm，C5H 要求盐雾试验1 440 h 后，单边锈蚀宽度要≤1mm（Qualisteelcoat 的单边锈蚀宽度要求≤2mm）。
对此进行了大量的实验， 对比了不同的基材、不同的前处理和不同的粉末涂层体系在不同腐蚀级别的测试项目中的表现。
以我公司的环氧富锌粉末涂料作为底粉，搭配耐候聚酯粉末涂料作为面粉，可以满足C4H 的测试要（专业各类喷涂线、喷漆线、喷砂房、喷漆房、喷涂设备、表面处理设备及废气治理设备厂家，长期供应各类喷砂房抛丸机配件、喷漆房配件、除尘器配件：樊13141458653微信同）求。以我公司的超高防腐环氧粉末涂料作为底粉， 搭配高耐候聚酯粉末涂料作为面粉，可以满足C5H 的测试要求。
我公司与风电设备厂商合作， 共同开发的产品已经通过SGS 对于C4H 和C5H的各种项目测试，取得了相关报告。
ISO12944-6—2018 中C4H/C5H 测试要求初始漆膜附着力≥2.5 MPa，中性盐雾试验720 h/1 440 h，冷凝测试480 h/720 h，盐雾和冷凝测试完成后涂膜的附着力≥2.5 MPa，SGS 的检测方式实例图片如下（图5~9 摘自SGS C4H 和C5H 检测报告）。
4 结语
随着社会对环境问题的越加重视，绿色能源的开发和利用会越来越广泛，风电等绿色能源行业也会保持现有的高速发展。
风电设备的使用地域不再局限于内陆地区，在沿海等地区也有诸多的应用，潮湿高盐的使用环境对风电设备防腐的要求也越来越高。
粉末涂料相比液体涂料具有绿色环保的特性，应用于风电设备防腐有其诸多的优势。粉末涂料应用于风电设备防腐工作的研究，近年来也越来越多。
我们只有从基材、前处理、防腐结构设计、涂料选择、涂装工艺等各方面严格控制， 才能保证风电设备在C4H 和C5H 高腐蚀环境下长效安全的运行。
