CN104253577A - 一种耐候金属支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种耐候金属支撑结构，其特征在于，所述耐候金属支撑结构的外表面具有自愈合防护涂层，应用于有尺寸精度要求或外观要求的支架体系。本发明提供的耐候金属支撑结构可良好地应用于多种支架体系户外耐候使用过程中，制作方便，成本低廉，具有自修复功能，具有良好的户外防护功能，使用寿命长，可大范围推广使用。

Description

一种耐候金属支撑结构

技术领域   

    本发明涉及一种耐候金属支撑结构技术领域，尤其涉及有尺寸精度要求或外观要求的支架体系,如太阳能装置支架。

背景技术

太阳能利用系统中，通常在太阳能支架内安装有太阳能光伏板组件，通过太阳能光伏板组件吸收太阳能进行利用，或者将太阳能支架用于支撑聚光反射镜，通过反射镜反射太阳光于集热器构件上，将太阳光转化成热能进行利用。为实现高效率、低成本的利用太阳能，通常需要将太阳能构件规模化，因此需要巨大的接收面积和众多的太阳能支架用以支撑光伏电池组件或聚光反射镜。太阳能支架都布置于户外，外部腐蚀比较厉害，需要在支架表面进行表面处理，提高其耐候性能，传统处理工艺为镀铝、镀锌或喷防锈漆等，但防护效果并不理想，且在机械运转的过程或维修期间不可避免的出现表面磕碰现象，造成外表面防护层的破坏；更为重要的是，太阳能支架系统对尺寸精度具有较高的要求，常规的钢材加工后（无论冷热加工），目前通常需要进行热浸锌处理才可满足常年露天使用环境，不但效率低成本高，还会造成环境污染，更重要的是造成结构明显变形，精度或外观无法保证，必须进行二次修正；或者对常规的钢材进行喷涂或者电镀锌等工艺处理；前者防护效果不佳，后者工艺处理过程中对环境污染较大；种种因素都无形中增加了耐候金属支撑结构的加工成本。

再者，户外常见一些对外观要求较高的支撑结构，对其进行常规的金属构件防护处理同样出现上述问题。分布式光伏、光热装置，一般靠近生活生产区域安装，其一般使用的碳钢金属支架发生腐蚀后，会产生红锈斑并持续发展，污染到附近安装区域，影响环境美观。

发明内容

本发明提供一种耐候金属支撑结构，其特征在于，所述耐候金属支撑结构的金属材料外表面具有自愈合防护涂层，应用于有尺寸精度要求或外观要求的支架体系。

进一步地，所述自愈合防护涂层为锌铝镁涂层,成分为锌、铝、镁及少量其它添加元素。

优选地，所述添加元素主要为硅，镁硅元素的复合效果可进一步提高腐蚀抑制效率。

进一步地,所述自愈合防护涂层为在常规种类的镀锌或镀锌铝等涂层钢材上再二次涂镀镁或镁合金涂层所形成的复合涂层。

进一步地，所述的镁合金涂层为镁铝或镁硅或镁铝硅合金。

优选地，所述的二次涂镀复合涂层后再进行热处理,以改善涂层防护效果。

进一步地，所述耐候金属支撑结构应用于有精度要求的太阳能聚光光热系统支架或太阳能聚光光伏系统支架或分布式光伏、光热支架。

进一步地，所述耐候金属支撑结构应用于有外观要求的户外设施金属件，例如标牌或护栏等。

该耐候金属支撑结构的表面涂有锌铝镁涂层，其防护性能是普通镀锌钢板的10~20倍，使用寿命更是比镀锌钢板和镀铝锌板长得多，且锌铝镁涂层具有切口保护功能，即自愈合功能(镀有锌铝镁硅涂层的钢板端部、切口断面及涂层破坏处，由于能够被含有Zn、Mg的腐蚀生成物所逐步覆盖，形成新的稳定的保护膜，在长时间段内并无腐蚀现象继续发生，具有自愈合防护功能)，不需后续高温度的表面处理工序也有很好的腐蚀防护能力，能有效保持结构的加工精度或外观平整度，特别适合有精度或外观要求的金属结构，如太阳能聚光光热系统支架，聚光光伏支架，分布式光伏系统支架，市政设施金属件（标牌，护栏等等）。采用上述涂层材料，传统的剪切焊铆各种工艺对其加工面的涂层所造成的破坏能够在一定时间内覆盖愈合，不会产生持续大面积的严重腐蚀，保持支撑结构的机械强度。另外，此类自愈合涂层，能有效避免金属材料上各腐蚀点产生的红锈持续生长扩大，防止锈迹污染附近安装区域，保持美观，适合日常可见的市政结构、分布式光伏、光热等装置的安装使用。

具体实施方式

太阳能聚光光热系统的支架，要求尺寸精度高，户外使用寿命需要达到25年，因此支架金属外表面需要很好的腐蚀防护，一般情况下，机加后再热浸锌，成本高，环境污染严重，尺寸精度无法保证。采用镀锌铝镁硅的板材即使加工过程包括剪切、打孔、焊接等多种工序，对涂镀表面有很多破坏点，后续不再进行表面热涂镀处理以保持加工精度，但各项测试显示产品仍能有效保证使用寿命。而采用镀锌铝镁硅，即所述自愈合防护涂层的板材制成耐候金属支撑结构后作为太阳能聚光光热系统的支架，具有很好的耐候性能，可以满足太阳能聚光系统支架户外寿命使用要求。所述耐候金属支撑结构的金属材料外表面具有自愈合防护涂层，所述自愈合防护涂层为锌铝镁涂层,成分为锌、铝、镁及少量其它添加元素，优选地，所述添加元素主要为硅，镁硅元素的复合效果可进一步提高腐蚀抑制效率。所述自愈合防护涂层为在常规种类的镀锌或镀锌铝等涂层钢材上再二次涂镀镁或镁合金涂层所形成的复合涂层。所述的镁合金涂层为镁铝或镁硅或镁铝硅合金。所述的二次涂镀复合涂层后再进行热处理,以改善涂层防护效果。所述耐候金属支撑结构也可应用于太阳能聚光光伏支架、分布式光伏支架、市政结构等支架体系，同时还可将所述耐候金属支撑结构应用于有外观要求的户外设施金属件，例如标牌或护栏等，也可达到相同效果。

经过实测结果表明，采用的具有自愈合功能的防护涂层为锌铝镁涂层,成分为锌82-85%、铝10-12%、镁3-5%及其它添加元素如硅时，盐水喷雾实验中，镀有该锌铝镁硅涂层的样件母材及修补部位在1500小时内几乎不产生红锈，传统镀锌母材的红绣发生面积率已达3%，传统镀锌母材的修补部位的红锈发生面积率已经达到23%。中性盐水周期实验中，镀有锌铝镁硅涂层的样件母材及修补部位在150周期内几乎不产生红锈，而传统镀锌母材的红绣发生面积率已达100%；同时能够保证深冲部位的防腐蚀性能，能够保证在60周期后不生锈。

其耐酸碱性能比较优异，在5%Nacl溶液24小时浸渍时的镀层溶解量低于20g/m2，而其他材料（普通镀锌钢板以及普通钢板，以及热镀锌钢板）的溶解量皆高于20g/m2；其耐碱性能尤其优异，强碱条件下，在350小时的同样溶液的浸渍时间内，溶解量保持在20g/m2，没有继续发展，而其他材料（镀锌钢板以及热镀锌钢板）在相同的时间内溶解量高达140g/m2。

并且，镀有锌铝镁硅涂层的钢板端部及断面由于被含有Zn、Mg的腐蚀生成物所覆盖，形成稳定的保护膜，在长时间段内并无腐蚀现象发生，具有自愈合防护功能。

在复合腐蚀试验性能中，与不锈钢钢板相比，由于镀有锌铝镁硅涂层，90周期后只会出现白锈，而不锈钢钢板不仅在30周期时出现红锈，且还有不断发展的趋势。

除了具有良好的防腐蚀性能，同时具有优越的焊接性能。以点焊为例，在拉伸抗剪试验中，钢板厚度0.4mm时，点焊部位的拉伸抗剪强度可以满足1.3kN的目标值，钢板厚度3.2mm时，点焊部位的拉伸抗剪强度可以满足30kN的目标值，钢板厚度9.0mm时，点焊部位的拉伸抗剪强度可以满足100kN的目标值。同时对宏观断面观察表明，此时的焊点直径为3.7mm，满足了目标焊点直径3.2mm。这两点可以确认其具有良好的焊缝性能。同时，涂镀钢板进行点焊时，焊接部位的钢板呈熔融状态，但低熔点的镀层在此以前就被挤出到焊接部周边。因此，镀层基本上从焊接部被排除，焊接性能不会受到影响。有时焊接金属中有气孔等残留下来，但被确认在合适的条件下进行焊接时，焊接接缝强度不会劣化。

另外，目前市场上常规的镀锌或镀锌铝合金层钢板数量巨大，产能过剩，价格低廉，可通过在此类钢板上再增加涂镀镁或镁合金涂层的二次复合涂层方式，获得具有自愈合防护功能的复合涂层，可以降低成本，充分利用过剩产能。在此类加工方式中，对复合涂层进行热处理，将进一步增强复合涂层的防护能力。

显而易见，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下，在此描述的本发明可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说可以预见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保护的范围由所述的权利要求书进行限定。

Claims (9)

1.一种耐候金属支撑结构，其特征在于，所述耐候金属支撑结构的金属材料外表面具有自愈合防护涂层，应用于有尺寸精度要求或外观要求的支架体系。

2.根据权利要求1所述的一种耐候金属支撑结构，其特征在于，所述自愈合防护涂层为锌铝镁涂层,成分为含锌、铝、镁及其它添加元素。

3.根据权利要求2所述的一种耐候金属支撑结构，其特征在于，所述其它添加元素主要为硅。

4.根据权利要求3所述的一种耐候金属支撑结构，其特征在于，所述自愈合防护涂层为在常规种类的镀锌或镀锌铝等涂层钢材上再二次涂镀镁或镁合金涂层所形成的复合涂层。

5.根据权利要求4所述的一种耐候金属支撑结构，其特征在于，所述的镁合金涂层为镁铝或镁硅或镁铝硅合金。

6.根据权利要求5所述的一种耐候金属支撑结构，其特征在于，所述的二次涂镀复合涂层后再进行热处理,。

7.根据权利要求1所述的一种耐候金属支撑结构，其特征在于，所述耐候金属支撑结构应用于有精度要求的太阳能聚光光热系统支架或太阳能聚光光伏系统支架或分布式光伏、光热支架。

8.根据权利要求1所述的一种耐候金属支撑结构，其特征在于，所述耐候金属支撑结构应用于有外观要求的户外设施金属件。

9.根据权利要求1所述的一种耐候金属支撑结构，其特征在于，所述设施金属件为标牌或护栏。