CN111850347A

CN111850347A - 一种热镀锌铝镁光伏支架及其制作方法

Info

Publication number: CN111850347A
Application number: CN202010636023.7A
Authority: CN
Inventors: 张青鱼; 周绍成; 陈金国
Original assignee: Tianjin Xinrun Hengxin New Energy Technology Development Co ltd
Current assignee: Tianjin Xinrun Hengxin New Energy Technology Development Co ltd
Priority date: 2020-07-04
Filing date: 2020-07-04
Publication date: 2020-10-30

Abstract

本发明公开了一种热镀锌铝镁光伏支架及其制作方法，涉及太阳能光伏支架技术领域。热镀锌铝镁光伏支架包括多个热镀锌铝镁支架型钢，热镀锌铝镁支架型钢是由热镀锌铝镁钢带经冷弯成型加工后再经过冲孔加工制得的，热镀锌铝镁钢带包括型材和包裹在芯材外表面的镀层，镀层为锌铝镁合金镀层，锌铝镁合金镀液是在热镀锌液中加入一定量的铝和镁制成的；热镀锌铝镁光伏支架的制作方法包括对热镀锌铝镁钢带进行放料，经定型后进行纠偏矫直，并定长切断，然后冲压连接孔，形成热镀锌铝镁支架型钢，最后将多个热镀锌铝镁型钢拼装成型，即可制得热镀锌铝镁光伏支架。热镀锌铝镁光伏支架具有耐腐蚀性强、硬度高、加工工艺简单、加工成本低的特点。

Description

一种热镀锌铝镁光伏支架及其制作方法

技术领域

本发明涉及太阳能光伏支架技术领域，尤其涉及一种热镀锌铝镁光伏支架及其制作方法。

背景技术

1839年，法国科学家贝克雷尔发现光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差，这种现象后来称为“光生伏特效应”，简称“光伏效应”。1954年，在美国贝尔实验室诞生了将太阳能转化为电能的实用光伏发电技术。太阳能是取之不尽、用之不竭、无污染的重要能源。中国太阳能光伏发电潜力巨大，配合积极稳定的政策扶持，到2030年光伏装机容量将达1亿千瓦，年发电量可达1300亿千瓦时，相当于少建30多个大型煤电厂。

光伏发电主要设备包括太阳能电池组件、逆变器、汇交箱、光伏支架等。其中光伏支架起到摆放、安装、固定太阳能电池组件的作用。目前常采用不锈钢材制作光伏支架，但是以不锈钢制作的光伏支架成本高，在盐碱环境中其耐腐蚀性较差。

专利公告号为CN102945870B的中国专利，提出了铝合金太阳能电池支架及制作方法，其制作方法为：按已设计好的铝合金折叠方式沿折叠线切割，将切割好的铝合金板经折叠后选用螺丝连接或铆接而成。此方法制成的铝合金太阳能电池支架由于铝型材表面形成氧化膜具有一定的耐腐蚀性，但是氧化膜被硬物破坏后，铝型材的暴露部分会受到严重腐蚀，并成为腐蚀和应力的集中点，严重影响装置的使用寿命。

申请公布号为CN110527216A的中国专利，提出了一种耐低温塑料光伏支架，其组成包括聚氯乙烯、ABS、聚酰胺限位、玻璃纤维、四硫化双五亚甲基秋兰姆、石棉粉、纳米碳酸钙、贝壳粉、抗氧剂和抗裂增韧剂。该种光伏支架不采用金属材料成本较低，但是塑料本身硬度低，耐久性差。

根据以上所述，目前虽然有采用其他材料取代不锈钢制作光伏支架的方法，但操作步骤较为复杂，且制成的光伏支架耐腐蚀性较差，硬度较低，造成光伏支架耐久性不良。因此，使用耐腐蚀性良好、硬度较高的材料制作光伏支架是提高光伏支架耐久性的有效途径。

发明内容

本发明的目的一是提供一种热镀锌铝镁光伏支架，具有耐腐蚀性强、硬度高的特点。

本发明是通过以下技术方案得以实现的：

一种热镀锌铝镁光伏支架，包括多个热镀锌铝镁支架型钢，所述热镀锌铝镁支架型钢由热镀锌铝镁钢带经冷弯成型后再经冲孔加工制成，所述热镀锌铝镁钢带包括芯材和包裹在所述芯材外表面的镀层，镀层为锌铝镁合金镀层，所述锌铝镁合金镀层按质量百分含量计：Mg的含量为1.08～3.0％，Al的含量为1.91～6.0％，其余为Zn和不可避免的杂质。

进一步设置为：所述芯材为合金钢，所述合金钢按质量百分含量计：Mn的含量为1～1.4％，C的含量为0.1～0.2％，Si的含量为0.025～0.035％，Cr的含量为0.015～0.022％，P的含量为0.012～0.027％，其余为铁以及不可避免的杂质。

进一步设置为：所述锌铝镁镀层按质量百分含量计：Mg的含量为1.5％，Al的含量为2.0％，其余为锌。

进一步设置为：所述镀层厚度为270～310g/m²单面。

通过采用上述技术方案，镀锌是最广泛采用的钢铁防腐蚀方法，锌具有优良的耐腐蚀和导电、导热性能，易于加工，尤其是具有牺牲阳极保护作为芯材的钢铁的作用，可大大延长芯材的使用寿命。铝的添加对镀锌过程以及铁锌合金产品均有重要影响，铝能够抑制铁和锌的反应，有利于镀锌过程中锌渣上浮；另一方面，铝能够提高镀层附着力，使芯材与镀层紧密结合，提高产品的冲压成型性能。镁的添加能大大提高锌合金的抗晶间腐蚀能力，提高镀层的耐腐蚀性能，并消除镀液中的杂质对镀层耐蚀性的不良影响。

本发明的目的二是提供一种热镀锌铝镁光伏支架的制备方法，包括以下步骤：

a.对所述芯材进行热浸镀后得到所述热镀锌铝镁钢带，所述热浸镀处理中，镀液的化学成分及其质量分数为：Mg：1.08～3.0％，Al：1.91～6.0％，其余为Zn和不可避免的杂质；

b.对所述热镀锌铝镁钢带进行放料，经冷弯成型后进行纠偏矫直，并对纠偏矫直后的所述热镀锌铝镁钢带进行定长切断，形成热镀锌铝镁支架型钢胚；

c.对步骤b的产品冲压连接孔，形成所述热镀锌铝镁支架型钢；

d.将多个所述热镀锌铝镁支架型钢拼装成型。

进一步设置为：所述热镀锌铝镁钢带在进行放料之前先进行预热处理，预热温度为375～465℃。

进一步设置为：对所述热镀锌铝镁钢带进行冷弯成型需要应用型钢冷弯成型机，所述型钢冷弯成型机包括多个压辊组，所述压辊组包括两个对应设置的成型辊，所述压辊组的数量不少于29个。

通过采用上述技术方案，对热镀锌铝镁钢带进行预热处理，便于后续对热镀锌铝镁钢带的弯折成型；由于热镀锌铝镁钢带硬度较高，普通冷弯成型机的压辊组为20组，不能满足对热镀锌铝镁钢带的冷弯成型要求。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

(1)热镀锌铝镁光伏支架耐腐蚀性强，热镀锌铝镁支架型钢的腐蚀产物可形成致密的保护层，且其具有端面防腐蚀机制，可延长热镀锌铝镁光伏支架的使用年限；

(2)热镀锌铝镁光伏支架硬度高，具有优异的耐刮痕性，适用于太阳能电池板的安装与移动，可抵抗一定的摩擦或磨损；

(3)热镀锌铝镁光伏支架制作方法简单，使用常规的型钢冷弯加工工艺即可制得；

(4)热镀锌铝镁光伏支架采用合金钢作为芯材，可降低生产成本。

附图说明

图1是本发明中热镀锌铝镁光伏支架的制作方法工艺步骤图；

图2是本发明中热镀锌铝镁光伏支架的整体结构示意图；

图3是本发明中型钢冷弯成型机的压辊组的结构示意图。

附图标记：1、热镀锌铝镁支架型钢；2、成型辊。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明进行清楚、完整地描述。

实施例一

一种热镀锌铝镁光伏支架，如图2所示，其制作方法如图1所示，包括以下步骤：

a.选取合金钢作为芯材，合金钢的成分按质量百分数计，Mn的含量为1.01％，C的含量为0.19％，Si的含量为0.03％，Cr的含量为0.02％，P的含量为0.015％，其余为铁以及不可避免的杂质，对芯材进行热浸镀得到热镀锌铝镁钢带，热浸镀处理中，镀液的化学成分及其质量分数为：Mg：1.5％，Al：2.0％，其余为Zn和不可避免的杂质，镀层附着量为290g/m²单面；

b.对热镀锌铝镁钢带依次进行预热、放料、冷弯成型、纠偏矫直和定长切断，形成热镀锌铝镁支架型钢胚，预热温度为420℃，冷弯成型过程中采用的冷弯成型机的压辊组为29组；

c.对步骤b的产品冲压连接孔，形成热镀锌铝镁支架型钢1；

d.将多个热镀锌铝镁支架型钢1拼装成型。

实施例二

一种热镀锌铝镁光伏支架，其与实施例一的不同之处在于：镀层附着量为270g/m²单面。

实施例三

一种热镀锌铝镁光伏支架，其与实施例一的不同之处在于：镀层附着量为310g/m²单面。

实施例四

一种热镀锌铝镁光伏支架，其与实施例一的不同之处在于：镀液的化学成分及其质量分数为：Mg：3.0％，Al：6.0％，其余为Zn和不可避免的杂质。

实施例五

一种热镀锌铝镁光伏支架，其与实施例一的不同之处在于：镀液的化学成分及其质量分数为：Mg：1.08％，Al：1.91％，其余为Zn和不可避免的杂质。

对比例一

一种热镀锌铝光伏支架，其制作方法包括以下步骤：

a.选取合金钢作为芯材，合金钢的成分按质量百分数计，Mn的含量为1.01％，C的含量为0.19％，Si的含量为0.03％，Cr的含量为0.02％，P的含量为0.015％，其余为铁以及不可避免的杂质，对芯材进行热浸镀得到热镀锌铝钢带，热浸镀处理中，镀液的化学成分及其质量分数为：Al：2.0％，其余为Zn和不可避免的杂质，镀层附着量为290g/m²单面；

b.对热镀锌铝钢带依次进行放料、冷弯成型、纠偏矫直和定长切断，形成热镀锌铝支架型钢胚，冷弯成型过程中采用的冷弯成型机的压辊组为20组；

c.对步骤b的产品冲压连接孔，形成热镀锌铝支架型钢；

d.将多个热镀锌铝支架型钢拼装成型。

对比例二

一种热镀锌光伏支架，其制作方法包括以下步骤：

a.选取合金钢作为芯材，合金钢的成分按质量百分数计，Mn的含量为1.01％，C的含量为0.19％，Si的含量为0.03％，Cr的含量为0.02％，P的含量为0.015％，其余为铁以及不可避免的杂质，对芯材进行热浸镀得到热镀锌钢带，热浸镀处理中，镀液的化学成分为Zn和不可避免的杂质，镀层附着量为290g/m²单面；

b.对热镀锌钢带依次进行放料、冷弯成型、纠偏矫直和定长切断，形成热镀锌支架型钢胚，冷弯成型过程中采用的冷弯成型机的压辊组为20组；

c.对步骤b的产品冲压连接孔，形成热镀锌支架型钢；

d.将多个热镀锌支架型钢拼装成型。

实施例一、二、三、四、五及对比例一、二中试验样品的详细参数如表1所示。

表1

以上样品符合“GB/T13912金属覆盖层钢铁制件热浸镀锌层技术要求及试验方法”和“GB/T2694-2018输电线路铁塔制造技术条件”的相关要求。

对实施例一、二、三、四、五及对比例一、二参照ASTM B117规定的试验方法进行中性盐水喷雾试验。选取试验样品的式样将其剪切为80×120mm，放入Q-FOG盐雾箱中进行试验。记录型钢表面5％红锈出现的时间，按照下述公示计算型钢的相对耐腐蚀性。

RCA＝(T_ZAM/W_ZAM)/(T_Z/W_Z)

式中：

T_ZAM-热镀锌铝镁支架型钢5％红锈出现的时间或热镀锌铝支架型钢5％红锈出现的时间，h；

W_ZAM-热镀锌铝镁支架型钢镀层附着量或热镀锌铝支架型钢镀层附着量，g/m²；

T_Z-热镀锌支架型钢5％红锈出现的时间，h；

W_Z-热镀锌支架型钢镀层附着量，g/m²。

实施例一、二、三、四、五及对比例一、二的中性盐水喷雾试验结果列于表2中。

表2

由表2中实施例一与实施例二、三的实验结果对比可以看出，镀层附着量过大或过小时，均使得热镀锌镁铝型钢的相对耐腐蚀性发生下降。若型钢的镀层附着量低则其腐蚀性较差；若型钢的镀层附着量过高，镀层与芯材之间的结合强度下降，从而使得相对耐腐蚀性也有所下降。

实施例一中，盐水喷雾试验腐蚀产物物相为NaCl，Zn₅(OH)₈Cl₂·H₂O，Zn₄CO₃(OH)₆，可以看出芯材受到的腐蚀程度较低，腐蚀产物的物相中未检测出含Fe的物相。实施例四中，盐水喷雾试验腐蚀产物的物相为NaCl，Zn₅(OH)₈Cl₂·H₂O，Zn₄CO₃(OH)₆·H₂O和FeO(OH)，检测到含Fe的物相，可知实施例四的耐腐蚀程度较实施例一差。这与表2中实施例一和实施例四的相对耐腐蚀性数据一致。

由实施例一、二、三、四、五与对比例一、二的耐腐蚀性数据可以看出，热镀锌铝镁光伏支架的耐腐蚀性远远高于热镀锌铝光伏支架和热镀锌光伏支架。热镀锌铝镁镀层中的Mg在发生腐蚀时，失去电子发生氧化反应形成MgO，MgO传递电子的能力小于ZnO，因此降低了腐蚀反应发生的速率，此外，腐蚀产物Zn₅(OH)₈Cl₂·H₂O为不溶性胶装物质，可形成致密的保护层，阻断镀层与外界的物质传输，增强热镀锌铝镁光伏支架的耐腐蚀性能。

太阳能电池在光伏支架上的安装与调整过程中，易于划伤光伏支架表层。热镀锌铝镁光伏支架具有端面防腐蚀机制。热镀锌铝镁光伏支架表面划伤后，破损处端面四周的镀层会逐渐发生成分溶出，形成Zn(OH)₂、ZnCl₂(OH)₂和Mg(OH)₂等组成的致密保护膜，这些成分在数月之内覆盖破损处端面部分，对破损处的端面腐蚀有明显的抑制效果。

以刮痕负荷测定方法来测定实施例一、二、三、四、五和对比例一、二的维氏硬度。具体试验方法是将顶端半径为0.05mm的蓝宝石测试针垂直于试验部位，以调节为0.0196～0.196N的负荷压下，同时移动试验部位20mm，目视试验部位是否产生刮痕，以产生刮痕的最小负荷为耐刮痕负荷。结果如表3所示。

表3

由表3可知，实施例一、二、三、四、五的硬度差别不大，而热镀锌铝镁光伏支架的硬度远高于热镀锌铝光伏支架和热镀锌光伏支架的硬度。这是由于合金中的凝固组织中共晶占比越大，相界面越多，合金的硬度则越高。热镀锌光伏支架镀层中主要为Zn的初晶，热镀锌铝光伏支架镀层中除Zn的初晶外，还含有一定量的Zn/Al二元共晶，在表3中表现为对比例一的硬度高于对比例二；热镀锌铝镁光伏支架镀层中含有Zn初晶、Zn/Al二元共晶和Zn/Al/MgZn₂三元共晶，且Zn/Al/MgZn₂三元共晶含量较高，因而热镀锌镁铝光伏支架硬度较高，具有优异的耐刮痕性，适用于太阳能电池板的安装与移动，可抵抗一定的摩擦或磨损。

参照图3，将热镀锌钢板或热镀锌铝钢板加工为热镀锌支架型钢或热镀锌铝支架型钢的型钢冷弯成型机上的压辊组为18～20组，而热镀锌铝镁钢板由于硬度较高，需要进行预热，并经过更多次在成型辊2的冷弯加工才得以成型，用于加工热镀锌铝镁钢带的冷弯成型机上的压辊组不少于29组。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种热镀锌铝镁光伏支架，其特征在于：包括多个热镀锌铝镁支架型钢(1)，所述热镀锌铝镁支架型钢(1)由热镀锌铝镁钢带经冷弯成型后再经冲孔加工制成，所述热镀锌铝镁钢带包括芯材和包裹在所述芯材外表面的镀层，所述镀层为锌铝镁合金镀层，所述锌铝镁合金镀层按质量百分含量计：Mg的含量为1.08～3.0％，Al的含量为1.91～6.0％，其余为Zn和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种热镀锌铝镁光伏支架，其特征在于：所述芯材为合金钢，所述合金钢按质量百分含量计：Mn的含量为1～1.4％，C的含量为0.1～0.2％，Si的含量为0.025～0.035％，Cr的含量为0.015～0.022％，P的含量为0.012～0.027％，其余为铁以及不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种热镀锌铝镁光伏支架，其特征在于：所述锌铝镁镀层按质量百分含量计：Mg的含量为1.5％，Al的含量为2.0％，其余为锌。

4.根据权利要求1所述的一种热镀锌铝镁光伏支架，其特征在于：所述锌铝镁镀层附着量为270～310g/m²单面。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的热镀锌铝镁光伏支架的制作方法，其特征在于：包括以下制作步骤：

a.对所述芯材进热浸镀后得到所述热镀锌铝镁钢带，所述热浸镀处理中，镀液的化学成分及其质量分数为：Mg：1.08～3.0％，Al：1.91～6.0％，其余为Zn和不可避免的杂质；

c.对步骤b的产品冲压连接孔，形成所述热镀锌铝镁支架型钢(1)；

d.将多个所述热镀锌铝镁支架型钢(1)拼装成型。

6.根据权利要求5所述的一种制作热镀锌铝镁光伏支架的方法，其特征在于：所述热镀锌铝镁钢带在进行放料之前先进行预热处理，预热温度为375～465℃。

7.根据权利要求5所述的一种制作热镀锌铝镁光伏支架的方法，其特征在于：对所述热镀锌铝镁钢带进行冷弯成型需要应用型钢冷弯成型机，所述型钢冷弯成型机包括多个压辊组，所述压辊组包括两个对应设置的成型辊(2)，所述压辊组的数量不少于29个。