CN116356247B - 一种具有高耐蚀性的风电用紧固件及其生产方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种具有高耐蚀性的风电用紧固件及其生产方法

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。

通过检索申请号202010731641.X“一种高强度海洋风电用耐蚀紧固件用钢及生产方法”；申请号201811431401.7“一种高纯净度风电紧固件的制备方法”；申请号202010597125.2“一种12.9级大规格高韧性风电螺栓用钢及生产方法”；申请号202110879158.0“一种高强度和高韧性大规格风电螺栓用圆钢及其制造方法”，各自公布了风电螺栓用钢及其生产方法，主要是采用常规的高纯净质化冶炼-连铸-轧制技术，然后机加工、热处理，表面防腐处理，均未提及风电螺栓高耐蚀性能的表面涂镀层专利技术。

发明专利CN102127732A公开了一种多元合金共渗剂，以质量百分比计，多元合金共渗剂包括：锌粉12.50％-27％，铝粉4.80％-6.80％，氧化铝粉56.8％-76.6％，氢氧化镧粉6.00％-8.50％，氯化铵0.10％-0.40％，通过将所述共渗剂和经过表面预处理、喷丸处理的工件均置于热渗锌转炉内，转速为4-6转/分钟、温度为360-460℃，加热共渗2-4小时，使得工件表面获得锌-铝-铁-镧多元合金共渗层，上述工件适用于铁路轨道设备、螺栓、道钉、轨道扣件和接触网金具；然而，将此多元合金共渗剂在Q235钢带螺纹(M16×860)表面制备共渗层，其共渗层的厚度达到100±5μm，中性盐雾试验仅达到680h不生锈，远达不到风电紧固件表面防腐的工艺要求。

发明专利CN107022734A公开了一种高活性、快渗速的粉末渗锌剂，以重量份为单位，包括以下原料：锌粉60-100份，海泡石粉2-6份，铝粉3-5份，氧化铝粉1-2份，镁粉1-3份，钴粉0.6-2份，铅粉0.4-1.5份，硬脂酸铝粉0.8-1.4份，氮化硼粉0.2-0.5份，二氧化硅粉0.5-1份，石墨烯粉0.6-1.2份，强化剂0.1-0.3份，分散剂0.2-0.4份，调节剂0.3-0.6份，活化剂0.8-1.2份，催渗剂0.6-0.9份，稳定剂0.3-0.6份，其中，分散剂以重量为单位，包括以下原料：Bi₂O₃ 8-12份，氨丙基三乙氧基硅烷9-15份，碳化铝16-20份，Nb₂O₅ 8-15份，硫酸镁15-22份，活化剂为氯化铵，催渗剂为醋酸镱；然而这种渗锌剂成分以及制备工艺复杂，且并未明确报导其使用范围和使用效果；其实施案例中渗层厚度达到180～220μm，渗层厚度并不能说明防腐效果，且并未明确中性盐雾试验效果如何，风电紧固件的普遍要求是渗层厚度在8～60μm之间，防腐效果要达到中性盐雾试验1500h以上，上述渗锌剂并不能满足风电紧固件表面防腐的工艺要求。

发明内容

针对现有技术存在的不足及缺陷，本发明旨在提供一种具有高耐蚀性的风电用紧固件及其生产方法。本发明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，通过采用多元合金共渗粉剂对预处理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的具有高耐蚀性的风电用紧固件，其具有中性盐雾试验达到1500h及以上的防腐能力。

本发明第一方面提供了一种多元合金共渗粉剂，采用如下的技术方案：

一种多元合金共渗粉剂，以重量份数计，所述多元合金共渗粉剂的原料包括：锌粉180-220份(比如185份、190份、195份、200份、205份、210份、215份)，铝粉10-15份(比如10.5份、11份、12份、12.5份、13份、14份、14.5份)，锰粉2-4份(比如2.2份、2.5份、2.8份、3份、2.2份、3.5份、3.8份)，钴粉1-2.5份(比如1.2份、1.3份、1.5份、1.7份、1.9份、2份、2.2份)，铬粉0.8-1.8份(比如0.9份、1.0份、1.1份、1.3份、1.4份、1.5份、1.7份)，镍粉1-2.5份(比如1.2份、1.3份、1.5份、1.7份、1.9份、2份、2.2份)，氧化铝粉3-4份(比如3.1份、3.2份、3.3份、3.5份、3.6份、3.7份、3.9份)，硬脂酸铝粉1.2-2份(比如1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份)，氮化硼粉0.6-1份(比如0.65份、0.7份、0.75份、0.8份、0.85份、0.9份、0.95份)，二氧化硅粉1.3-1.6份(比如1.35份、1.4份、1.45份、1.5份、1.52份、1.55份、1.58份)，分散剂0.3-0.5份(比如0.32份、0.35份、0.38份、0.4份、0.42份、0.45份、0.48份)，氯化铵2-3份(比如2.1份、2.2份、2.3份、2.5份、2.6份、2.7份、2.9份)，氢氧化镧粉0.2-0.4份(比如0.22份、0.25份、0.28份、0.3份、0.32份、0.35份、0.38份)。

本发明通过在多元合金共渗粉剂的原料中加入铬粉、镍粉，能够在后续热渗处理的过程中利用金属原子的热扩散作用，在风电用紧固件的表面形成Fe-Zn、Fe-Cr、Fe-Ni等合金保护渗层，在海洋大气、恶劣的工业大气等多种环境下，通过多元合金共渗粉剂形成的合金共渗涂层相比于单一的Fe-Zn渗层的耐蚀性大幅度提高，中性盐雾试验在1500h以上，能够满足风电紧固件表面防腐的工艺要求。若铬粉、镍粉的质量加入过多，则会导致多元合金共渗粉剂造成浪费，成本过高；若铬粉、镍粉的质量加入过少，则形成Fe-Cr、Fe-Ni等合金保护渗层的效果不明显，相应起不到多种合金共渗实现化学平衡的作用；多元合金共渗粉剂的原料中加入锰粉、钴粉、铝粉能够起到防粘、催化作用，有利于形成厚度均匀性好以及耐蚀性能好的共渗涂层。

在上述多元合金共渗粉剂中，作为一种优选实施方式，以重量份数计，所述分散剂的原料包括：Bi₂O₃ 16-20份(比如16.5份、17份、17.5份、18份、18.5份、19份、19.5份)，碳化铝13-17份(比如13.5份、14份、14.5份、15份、15.5份、16份、16.5份)、Nb₂O₅ 6-10份(比如6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份)、硫酸镁6-10份(比如6.5份、7份、7.5份、8份、8.5份、9份、9.5份)。

在上述多元合金共渗粉剂中，作为一种优选实施方式，所述锌粉的粒径为250-300目，所述铝粉的粒径为250-300目，所述锰粉的粒径为250-300目，所述钴粉的粒径为250-300目，所述铬粉的粒径为250-300目，所述镍粉的粒径为250-300目；

优选地，所述氧化铝粉的D50粒径为60-100nm(比如65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm)；所述硬脂酸铝粉的D50粒径为2-10μm(比如3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm)，所述氮化硼粉的D50粒径为0.8-10μm(比如1μm、2μm、4μm、5μm、7μm、8μm、9μm)，所述二氧化硅粉的D50粒径为2-10μm(比如3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm)，所述氢氧化镧粉的D50粒径为2-10μm比如3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm)。

在上述多元合金共渗粉剂中，作为一种优选实施方式，所述多元合金共渗粉剂是将所述多元合金共渗粉剂的原料进行球磨处理制得的；

优选地，所述球磨处理于机械球磨机中进行，球磨温度为50-60℃(比如52℃、55℃、58℃)，微波功率为400-600W(比如420W、450W、500W、520W、550W、580W)，球磨时间为18-25min(比如19min、20min、21min、22min、23min、24min)。

本发明第二方面提供一种具有高耐蚀性的风电用紧固件的生产方法，包括：

S1、将机加工后的风电用紧固件(母材)进行表面清洗处理、抛丸除锈处理、钢制工装固定处理后得到预处理风电用紧固件；

S2、将预处理风电用紧固件与锌粉、上述多元合金共渗粉剂、石英砂混合后于热处理炉中进行热渗处理，得到热渗处理风电用紧固件；

S3、将热渗处理风电用紧固件进行抛光处理、水洗处理、钝化处理、固化处理，得到风电用紧固件。

本发明通过将机加工后的风电用紧固件进行表面清洗处理、抛丸除锈处理除去表面的铁锈，再将其用钢制工装进行固定，得到预处理风电用紧固件，然后将其与锌粉、多元合金共渗粉剂以及石英砂填充在不锈钢容器中，石英砂的加入能够防止多元合金共渗粉剂粘连，并将不锈钢容器放置在热处理炉中进行热渗处理，利用金属原子的热扩散作用，在风电用紧固件的表面形成Fe-Zn、Fe-Cr、Fe-Ni等合金保护渗层。

其中，热渗处理中热处理炉的炉胆在不断旋转下进行加热处理，利用多元合金共渗粉剂、锌粉以及工件之间的机械摩擦、冲击作用，不仅有利于多元合金共渗粉剂与被处理界面的紧密接触，而且使被加热介质温度场均匀化，并有效促进冶金扩散化学反应。热渗处理的原理为利用运动的粉末粒子冲击被加热的工件表面，粒子动能激活工件表面点阵原子，使其脱位形成空位等点阵缺陷，从而实现了动能和热能的结合，改变了扩散机制，将纯热能扩散的点阵扩散变为点阵缺陷扩散，扩散激活能的减小，使得扩散温度大幅度降低，扩散时间明显缩短，节能效果十分显著。

在上述具有高耐蚀性的风电用紧固件的生产方法中，作为一种优选实施方式，在步骤S1中，所述表面清洗处理为依次使用水剂清洗溶液进行水剂超声粗洗工序、使用水剂防锈溶液进行超声漂洗工序、使用碳氢水化合物进行超声精洗工序、进行蒸汽浴洗工序、进行真空干燥工序；优选地，所述水剂超声粗洗工序的温度为45-65℃(比如50℃、55℃、60℃)；优选地，所述超声漂洗工序的温度为45-65℃(比如50℃、55℃、60℃)；优选地，所述超声精洗工序的温度为35-45℃(比如38℃、40℃、42℃)；优选地，所述蒸汽浴洗工序的温度为25-83℃(比如30℃、50℃、70℃)。

在上述具有高耐蚀性的风电用紧固件的生产方法中，作为一种优选实施方式，在步骤S2中，所述预处理风电用紧固件与所述锌粉的质量比为45-55：1(比如46:1、48:1、50:1、52:1、54:1)；

优选地，所述预处理风电用紧固件与所述多元合金共渗粉剂的质量比为2400-2600：1(比如2450:1、2480:1、2500:1、2550:1、2580:1)；

优选地，所述预处理风电用紧固件与所述石英砂的质量比为490-510(比如495:1、500:1、502:1、505:1、508:1)；所述石英砂的粒径为1-2mm(比如1.2mm、1.5mm、16.mm、1.8mm)。

在上述具有高耐蚀性的风电用紧固件的生产方法中，作为一种优选实施方式，在步骤S2中，所述热渗处理为：热处理炉的炉胆以2-5rpm(比如2.5rpm、3rpm、3.5rpm、4rpm、4.5rpm)进行旋转，按照280-300℃/h(比如282℃/h、285℃/h、290℃/h、292℃/h、295℃/h、298℃/h)的升温速率升温至300-380℃(比如320℃、330℃、350℃、360℃、370℃)并保温2-2.5h(比如2.1h、2.2h、2.3h、2.4h)；

优选地，保温后热处理炉的炉胆继续保持旋转并在空气中自然冷却，冷却至220-240℃时打开热处理炉的炉盖，取出热渗处理风电用紧固件。

本发明第三方面提供一种通过上述生产方法制得的具有高耐蚀性的风电用紧固件，所述风电用紧固件包括：风电螺栓和风电螺套；

优选地，所述风电螺栓的尺寸为M36-M64mm(比如M40mm、M45mm、M50mm、M55mm、M60mm)，长度200-4000mm(比如500mm、800mm、1000mm、2000mm、3000mm)，所述风电螺栓的共渗涂层厚度为8-60μm(比如10μm、20μm、30μm、40μm、50μm)，显微硬度为350-550HV(比如360HV、400HV、450HV、500HV、520HV)，表面层拉伸强度为300-350Kg/mm²(比如310Kg/mm²、320Kg/mm²、330Kg/mm²、340Kg/mm²、345Kg/mm²)，与母材界面的拉伸强度为600-700Kg/mm²(比如620Kg/mm²、640Kg/mm²、650Kg/mm²、670Kg/mm²、690Kg/mm²)；

优选地，所述风电螺套的尺寸为Φ65-Φ100mm(比如Φ70mm、Φ75mm、Φ80mm、Φ85mm、Φ90mm、Φ95mm)，长度300-600mm(比如350mm、400mm、450mm、500mm、550mm)，所述风电螺套的共渗涂层厚度为8-60μm(比如10μm、20μm、30μm、40μm、50μm)，显微硬度为350-550HV(比如360HV、400HV、450HV、500HV、520HV)，表面层拉伸强度为300-350Kg/mm²(比如310Kg/mm²、320Kg/mm²、330Kg/mm²、340Kg/mm²、345Kg/mm²)，与母材界面的拉伸强度为600-700Kg/mm²(比如620Kg/mm²、640Kg/mm²、650Kg/mm²、670Kg/mm²、690Kg/mm²)。

本发明采用多元合金共渗粉剂对风电用紧固件进行热渗处理，与现有的达克罗、热浸镀锌相比，具有如下技术优点：

(1)本发明制得的风电用紧固件表面的共渗涂层厚度均匀性好；合金共渗涂层的厚度取决于热渗处理的加热温度和保温时间，通过将热渗处理的加热温度控制在300-380℃，保温时间控制在2-2.5h，能够获得厚度为8-60μm(优选为8-15μm)的共渗涂层，通过进一步限定升温速率以及冷却速率，能够获得厚度均匀性好的共渗涂层。

(2)本发明制得的风电用紧固件表面的共渗涂层的硬度最高，耐磨损和抗划伤能力最强，其显微硬度为350-550HV，而热浸镀锌工艺形成的涂层的硬度为75-88HV，达克罗工艺形成的涂层的硬度为2-6H(H为铅笔硬度测量单位)；涂层的硬度越高，则耐磨损性能越好，抵抗表面划伤的能力也越强。

(3)本发明制得的风电用紧固件表面的共渗涂层与基体金属的结合强度最高，通过多元合金共渗粉剂对预处理风电用紧固件进行热渗处理得到的多元合金共渗层为扩散冶金结合，具有很好的附着强度，耐磨损抗划伤，涂层很难剥离，只有化学酸洗才能去除，其涂层与母材的界面拉伸强度为600-700Kg/mm²，涂层表面层拉伸强度为300-350Kg/mm²。

(4)本发明制得的风电用紧固件表面的共渗涂层主要为Fe-Zn、Fe-Cr、Fe-Ni等合金组织，在海洋大气、恶劣的工业大气等多种环境下，合金共渗涂层的耐蚀性远高于达克罗、热浸镀锌工艺形成的涂层，其耐腐蚀性提高2～4倍。合金共渗涂层对大气腐蚀、海水腐蚀、流动水腐蚀、高温腐蚀具有良好的耐腐蚀性能，在工业大气、海水中耐腐蚀性能优于不锈钢。

(5)本发明的热渗处理温度低，没有氢脆现象，产生氢脆往往是由于表面处理过程中伴随有H+→H-e反应发生。反应析出的H原子进入钢基体造成氢脆。热渗处理的温度为300-380℃，处理时间较长，此温度下吸入钢基体的氢原子已扩散逸出，因此在应用中没有氢脆的危害。

(6)本发明的热渗处理无环境污染，合金共渗为固态热扩散过程，工件与多元合金共渗粉剂在密闭的容器中进行扩散和分离，没有锌蒸气产生，热处理炉用电、燃油或燃气作为能源，对周围环境没有污染。而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，目前国外已限制达克罗涂层的工业应用。

附图说明

图1为本发明实施例1得到的风电叶根螺栓、实施例5得到的风电螺套的实物图；

图2为本发明实施例1得到的风电叶根螺栓的断面扫描电镜图。

附图标记说明：1-钢制基体；2-固溶Zn；3-Fe₁₁Zn₄₀富锌层；4-FeZn₇；5-FeZn₇+Zn。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本发明的实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，下列实施例中未注明具体条件的工艺参数，通常按照常规条件。

在本发明中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本发明中具体公开。

本发明中，除非另有规定和/或说明，自始至终，所有涉及组分用量的数值均为“重量份”。下列实施例中未注明具体条件的工艺参数，通常按照常规条件。以下实施例中所述的原料均可从公开商业途径获得。

实施例1一种风电叶根螺栓的生产方法，包括：

(1)采用市场主流风电螺栓用钢42CrMoA制成的钢棒(钢棒成分也可为42CrMo(Ni)、B7、SCM440)，按图纸M36×751进行常规风电螺栓机加工：定尺锯切+内外表面按图机加工；

(2)热处理：工艺为880～910℃淬火+550～600℃回火；热处理后在风电叶根螺栓中心部按GB/T 228.1-2021取拉伸试样，力学性能达到Rm≥1040MPa，Rp0.2≥940MPa，A≥9％，Z≥48％；按GB/T 229-2020取样进行低温冲击试验，-45℃KV2冲击韧性值≥27J；按JY/T 0584-2020进行扫描电镜观察，金相组织为回火索氏体，达到NB/T 31082-2016规定的10.9级螺栓的要求；

(3)按NB/T 31082-2016规定对风电螺栓进行滚丝，达到M36×751图纸要求，得到机加工后风电叶根螺栓；

(4)以重量份数计，分别称取锌粉200份、铝粉12份、锰粉3份、钴粉2份、铬粉1份、镍粉2份、氧化铝粉3份、硬脂酸铝粉1.5份、氮化硼粉0.8份、二氧化硅粉1.5份、分散剂0.4份、氯化铵2份、氢氧化镧粉0.3份；其中，所述锌粉、铝粉、锰粉、钴粉、铬粉、镍粉的粒径均为250～300目；氧化铝粉的D50粒径为60～100nm，硬脂酸铝粉的D50粒径为2～10μm，氮化硼粉的D50粒径0.8～10μm，二氧化硅粉的D50粒径2～10μm，氢氧化镧粉的D50粒径为2～10μm。以重量份数计，所述分散剂的原料包括：Bi₂O₃18份，碳化铝15份，Nb₂O₅ 8份，硫酸镁8份(通过将分散剂的原料直接混合得到分散剂)；将多元合金共渗粉剂的原料混合均匀，利用机械球磨机，在温度为50～60℃，微波功率为500W下球磨20min，制得多元合金共渗粉剂；

(5)将机加工后风电叶根螺栓进行表面清洗处理，具体为：

第一步：使用水剂清洗液+纯水，在温度45～65℃范围内进行水剂超声粗洗；

第二步：使用水剂防锈液+纯水，在温度45～65℃范围内进行超声漂洗；

第三步：使用碳氢水化合物，在温度40℃±5℃范围内进行超声精洗；

第四步：RT～80℃±3℃进行蒸汽浴洗；

第五步：真空干燥；

(6)将清洗后的风电叶根螺栓进行抛丸除锈处理；

风电螺栓等钢铁制件在常温的储存中表面产生锈迹，这些钢铁的氧化产物为FeO、Fe₂O₃和复合物Fe₃O₄，这些氧化物都将阻碍渗锌，所以在渗锌之前将这些氧化物去除，渗锌前处理中主要采用常用抛丸或喷砂除锈；

(7)将抛丸除锈处理后的风电叶根螺栓采用钢制工装进行固定得到预处理风电叶根螺栓，注意防止螺栓螺纹部分不要磕碰，连同钢制工装一起放入热处理炉的炉胆内，按每500kg的预处理风电叶根螺栓用10kg的锌粉、200克上述步骤四制得的多元合金共渗粉剂、1kg粒径约1～2mm的石英砂，均匀填至炉胆内腔体积约80％，将炉胆封闭；

(8)打开排气阀，进行热渗处理，具体为：热处理的炉胆按照3rpm进行旋转，以升温速率300℃/h将炉胆加热至380℃，保温2小时，然后将炉胆推出继续保持旋转在空气中自然冷却，冷却至230℃时打开炉盖，取出，得到热渗处理后风电叶根螺栓；

(9)将热渗处理后风电叶根螺栓装入滚桶抛光机进行清灰抛光、水洗，为钝化作好准备；

(10)经过振动研磨抛光处理后，进入钝化工序；钝化的目的是在工件的表层增加保护层，钝化采用三价铬钝化，钝化液为植酸、植酸盐、聚乙烯醇等，浓度为0.4％～0.6％(钝化液为本领域常规钝化液)。钝化槽槽液不更换，仅定期添加钝化剂和纯水，保持槽液浓度，工件出钝化槽及时烘干；

(12)经钝化烘干后的工件，进入封闭固化槽进行固化，固化槽内添加水性封闭剂(水性封闭剂为本领域常规封闭剂)。封闭剂是由有机缓蚀剂、表面活性剂、水溶性高分子聚合物等材料组成，具有良好的分散性、成膜性和封闭能力，金属浸涂后经固化成膜，膜层平整丰满、透明、耐磨耐蚀，从而有效地隔绝环境中的浸蚀性介质对金属零件的腐蚀，工件出槽及时烘干，得到风电叶根螺栓(图2为实施例1得到的风电叶根螺栓的断面扫描电镜图，从下到上依次为钢制基体、固溶Zn、Fe₁₁Zn₄₀富锌层、FeZn₇、FeZn₇+Zn层)，从共渗层中可见微量的铬、镍，铬耐腐蚀、镍在常温下不易被氧化，均具有很好的抗腐蚀效果。

实施例2

实施例2与实施例1的区别在于，实施例2的多元合金共渗粉剂的原料，以重量份数计，包括：锌粉180份、铝粉10份、锰粉2份、钴粉1份、铬粉0.8份、镍粉1份、氧化铝粉3份、硬脂酸铝粉1.2份、氮化硼粉0.6份、二氧化硅粉1.3份、分散剂0.3份、氯化铵2份、氢氧化镧粉0.2份；其余均与实施例1相同。

实施例3

实施例3与实施例1的区别在于，实施例3的多元合金共渗粉剂的原料，以重量份数计，包括：锌粉220份、铝粉15份、锰粉4份、钴粉2.5份、铬粉1.8份、镍粉2.5份、氧化铝粉4份、硬脂酸铝粉2份、氮化硼粉1份、二氧化硅粉1.6份、分散剂0.5份、氯化铵3份、氢氧化镧粉0.4份；其余均与实施例1相同。

实施例4

实施例4与实施例1的区别在于，实施例4的多元合金共渗粉剂的原料，以重量份数计，包括：锌粉210份、铝粉14份、锰粉3.5份、钴粉1.5份、铬粉1.5份、镍粉1.6份、氧化铝粉3.5份、硬脂酸铝粉1.7份、氮化硼粉0.8份、二氧化硅粉1.4份、分散剂0.4份、氯化铵2.5份、氢氧化镧粉0.3份；其余均与实施例1相同。

实施例5

实施例5与实施例1的区别在于，将实施例1的机加工后风电叶根螺栓替换为机加工后风电螺套，尺寸为Φ65mm×400mm(机加工为本领域常规机加工过程)；多元合金共渗粉剂的原料，以重量份数计，包括锌粉210份、铝粉13份、锰粉3份、钴粉2份、铬粉1.5份、镍粉2份、氧化铝粉3.6份、硬脂酸铝粉1.6份、氮化硼粉0.8份、二氧化硅粉1.5份、分散剂0.4份、氯化铵2.5份、氢氧化镧粉0.3份；其余均与实施例1相同。

对比例1

对比例1与实施例1的区别在于，多元合金共渗粉剂的原料中不加入铬粉；其余均与实施例1相同。

对比例2

对比例2与实施例1的区别在于，多元合金共渗粉剂的原料中不加入镍粉；其余均与实施例1相同。

对比例3

对比例3与实施例1的区别在于，多元合金共渗粉剂的原料中不加入铬粉和镍粉；其余均与实施例1相同。

性能测试

将通过多元合金共渗粉剂进行热渗处理后得到的风电用紧固件放入盐雾试剂箱，按GB/T 10125-2012/ISO9227:2006标准进行中性盐雾(NSS)试验，按GB/T4340.1-2009进行维氏硬度测试，按照ISO4624进行附着力测试，试验结果如表1所示。

表1

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均在本发明待批权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多元合金共渗粉剂，其特征在于，以重量份数计，所述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。

2.根据权利要求1所述的多元合金共渗粉剂，其特征在于，以重量份数计，所述分散剂的原料包括：Bi₂O₃ 16-20份，碳化铝13-17份、Nb₂O₅ 6-10份、硫酸镁6-10份。

3.根据权利要求1或2所述的多元合金共渗粉剂，其特征在于，所述锌粉的粒径为250-300目，所述铝粉的粒径为250-300目，所述锰粉的粒径为250-300目，所述钴粉的粒径为250-300目，所述铬粉的粒径为250-300目，所述镍粉的粒径为250-300目；

和/或，所述氧化铝粉的D50粒径为60-100nm，所述硬脂酸铝粉的D50粒径为2-10μm，所述氮化硼粉的D50粒径为0.8-10μm，所述二氧化硅粉的D50粒径为2-10μm，所述氢氧化镧粉的D50粒径为2-10μm。

4.根据权利要求1所述的多元合金共渗粉剂，其特征在于，所述多元合金共渗粉剂是将所述多元合金共渗粉剂的原料进行球磨处理制得的；

和/或，所述球磨处理于机械球磨机中进行，球磨温度为50-60℃，微波功率为400-600W，球磨时间为18-25min。

5.一种具有高耐蚀性的风电用紧固件的生产方法，其特征在于，包括：

S1、将机加工后的风电用紧固件进行表面清洗处理、抛丸除锈处理、钢制工装固定处理后得到预处理风电用紧固件；

S2、将预处理风电用紧固件与锌粉、如权利要求1-4中任一项所述的多元合金共渗粉剂、石英砂混合后于热处理炉中进行热渗处理，得到热渗处理风电用紧固件；

S3、将热渗处理风电用紧固件进行抛光处理、水洗处理、钝化处理、固化处理，得到风电用紧固件。

6.根据权利要求5所述的具有高耐蚀性的风电用紧固件的生产方法，其特征在于，在步骤S1中，所述表面清洗处理为依次使用水剂清洗溶液进行水剂超声粗洗工序、使用水剂防锈溶液进行超声漂洗工序、使用碳氢水化合物进行超声精洗工序、进行蒸汽浴洗工序、进行真空干燥工序；

和/或，所述水剂超声粗洗工序的温度为45-65℃；

和/或，所述超声漂洗工序的温度为45-65℃；

和/或，所述超声精洗工序的温度为35-45℃；

和/或，所述蒸汽浴洗工序的温度为25-83℃。

7.根据权利要求5或6所述的具有高耐蚀性的风电用紧固件的生产方法，其特征在于，在步骤S2中，所述预处理风电用紧固件与所述锌粉的质量比为45-55：1；

和/或，所述预处理风电用紧固件与所述多元合金共渗粉剂的质量比为2400-2600：1；

和/或，所述预处理风电用紧固件与所述石英砂的质量比为490-510：1；所述石英砂的粒径为1-2mm。

8.根据权利要求5所述的具有高耐蚀性的风电用紧固件的生产方法，其特征在于，在步骤S2中，所述热渗处理为：热处理炉的炉胆以2-5rpm进行旋转，按照280-300 ℃/h的升温速率升温至300-380℃并保温2-2.5h；

和/或，保温后热处理炉的炉胆继续保持旋转并在空气中自然冷却，冷却至220-240℃时打开热处理炉的炉盖，取出热渗处理风电用紧固件。

9.一种通过权利要求5-8中任一项所述的生产方法制得的具有高耐蚀性的风电用紧固件，其特征在于，所述风电用紧固件包括：风电螺栓和风电螺套。

10.根据权利要求9所述的具有高耐蚀性的风电用紧固件，其特征在于，所述风电螺栓的尺寸为M36-M64mm，长度200-4000mm，所述风电螺栓的共渗涂层厚度为8-60μm，显微硬度为350-550HV，表面层拉伸强度为300-350Kg/mm²，与母材界面的拉伸强度为600-700Kg/mm²；

和/或，所述风电螺套的尺寸为Φ65-Φ100mm，长度300-600mm，所述风电螺套的共渗涂层厚度为8-60μm，显微硬度为350-550HV，表面层拉伸强度

为300-350Kg/mm²，与母材界面的拉伸强度为600-700Kg/mm²。