绍兴市曹娥江大闸管理局 浙江绍兴 312000
摘要：在强涌潮和沿海重腐蚀区，液压系统外露活塞杆保护层极易受腐蚀破坏，从而导致液压系统密封失效，进而影响闸门正常启闭,目前国内尚无沿海地区成功案例。本文通过对曹娥江大闸挡潮泄洪闸液压启闭机陶瓷活塞杆局部锈蚀情况进行分析，查找原因，探索活塞杆防锈蚀新工艺，为同类工程选型提供借鉴。
关键词：强涌潮 沿海重腐蚀区 陶瓷活塞杆 锈蚀
一、工程概况
曹娥江大闸位于浙江省钱塘江下游南岸主要支流曹娥江河口地区，是一座兼具防潮（洪）、治涝、水资源开发，水环境改善、航运等综合效益的水利枢纽工程，为我国强涌潮地区第一河口大闸和浙东引水的重要枢纽工程。
曹娥江大闸为Ⅰ等工程，主要由挡潮泄洪闸、堵坝、导流堤、鱼道、闸上江道堤防等部分组成，挡潮泄洪闸为其主要组成部分，闸上正常蓄水位3.9m，相应设计库容1.46亿m3。
挡潮泄洪闸共设28孔，每孔净宽20m，总净宽560m，泄洪闸总宽697m，闸墩高12.0m，底槛高程-0.5m，闸墩顶高程11.5m。挡潮泄洪闸设28扇潜孔式双拱空间网架平面工作闸门，闸门启闭设备为28台额定容量2×1600kN液压式启闭机，液压启闭机活塞杆采用陶瓷活塞杆。
液压启闭机陶瓷活塞杆于2007年5月1日开始安装，2007年8月9日全部28套安装完成，2008年底下闸蓄水开始试运行。
二、液压启闭机陶瓷活塞杆的构造及锈蚀情况
（一）液压启闭机陶瓷活塞杆的基本构造
曹娥江大闸挡潮泄洪闸工作闸门液压启闭机所用的陶瓷活塞杆与液压缸组件结构示意图如下图所示。（图1）
三、陶瓷活塞杆锈蚀原因分析
根据陶瓷活塞杆所处环境及液压启闭机的布置，初步判断本工程液压启闭机油缸活塞杆陶瓷涂层的破坏可能源于以下几个方面因素。
1）工作环境恶劣：陶瓷杆下端处于浪花飞溅，潮位涨落区域。干湿交替、高含盐量（东海海水含盐量通常为6%）、供氧充足、日照充分及海水冲刷等综合因素导致了该区域环境对金属结构的腐蚀效果十分严重（根据试验显示：裸钢在干湿交替区的腐蚀速度是全浸状态的3倍左右）。此种环境状态无疑对活塞杆存在较大的腐蚀作用。
2）陶瓷材料化学腐蚀：不同的陶瓷材料适合不同的腐蚀环境，陶瓷材料选择不当或不够合理，其可能会同腐蚀介质中的某些成分产生化学反应造成陶瓷层腐蚀破坏，进而腐蚀内部金属层。
3）喷涂工艺的限制导致介质通过孔隙渗透腐蚀：陶瓷活塞杆的表面喷涂层由两层组成，基层是金属层，主要材质为镍铬合金（CrNi）；表面层为陶瓷层，通常采用化学稳定性强的金属氧化物（钝化，如Al2O3、ZrO2、Cr2O3等。基于碳钢基材的热喷涂技术，采用的是高速等离子喷涂，由于温度衰减非常迅速，速度也不算太高，所以喷涂层的孔隙率较大，一般高达15%，须采用适合的封孔剂渗透封堵孔隙。封孔剂的选择和封堵工艺非常重要，封孔剂材料选择不当则会溶于介质；渗透性不佳则不能深入封堵孔隙；机械性能不足，则可能会在外部机械作用下松动脱落；封孔剂所通常采用的树脂类材料容易受光线中的紫外线影响等等。上述任何一个因素都会导致孔隙封堵失效，介质渗入腐蚀基层及基体材料，造成涂层膨胀，甚至胀裂陶瓷层。本工程海水含沙量高（甚至可能携带较大的砂石），涌潮大、速度快，对活塞杆的冲击力较大，长期的冲刷作用可能导致一些孔隙封孔失效，从而造成点状腐蚀。
4）物理损伤：本工程地处强涌潮区，曹娥江河口涌潮传播速度可达6.5m/s，且海水含砂量大，甚至会携带较大的石子。液压启闭机的吊头处于潮位变幅区域，陶瓷杆经年受涌潮冲刷，而涌潮通常直接作用于孔口侧，因此陶瓷杆在孔口侧易受冲刷从而造成涂层破坏。根据对涂层破坏情况的检查来看，接近吊头处陶瓷涂层甚至出现了横向沟槽状破坏。
四、活塞杆优化选型探索
根据锈蚀原因分析，活塞杆应从增强表层密封效果和提升活塞杆基材自身耐海水腐蚀性能等方面进行优化。
1、改进喷涂工艺
随着等离子喷涂技术的日渐成熟，目前喷涂层的孔隙率可以控制在3%以下。后来发展了超音速喷涂技术，更可将喷涂的孔隙率控制在1%以下，与基材的结合力更强，涂层更致密，因而耐蚀性能更好。
2、优化工作环境
设置淡水冲淋系统，在退潮后对外露的活塞杆及吊头进行冲洗，洗掉活塞杆及吊头表面附着的海水、海生物及其排泄物、泥沙等强腐蚀介质，减轻对涂层的腐蚀。
3、采用耐腐蚀活塞杆基材
随着材料性能与工艺的提高，不锈钢材料表面热喷涂陶瓷材料结合强度已能满足要求，并且不锈钢材料的各项力学性能也能满足工程需要，具有较好的切削加工性能和硬度。同时也解决了电子传感器无法读取不锈钢行程的难题，较好的解决了基材本身的锈蚀问题。
四、结语
目前对于沿海地区活塞杆防腐工艺尚无成熟案例，曹娥江大闸通过对液压启闭机陶瓷活塞杆局部锈蚀情况进行分析，查找原因，积极探索活塞杆防锈蚀新工艺，为同类工程选型提供了较好的借鉴。
论文作者:马春波
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/8/3
标签：活塞杆论文; 陶瓷论文; 锈蚀论文; 孔隙论文; 基材论文; 液压论文; 涂层论文; 《基层建设》2016年10期论文;