聊城箱式变压器涂料失效微观机理分析

溪河海有限公司是一家专业生产聊城箱式变压器、聊城箱式变压器、聊城箱式变压器等机械设备公司，位于有“铁匠之乡”之称的省市相公镇，近年来，溪河海致力于新产品的研发，新产品双油箱聊城箱式变压器、水冷聊城箱式变压器、油驱聊城箱式变压器、聊城箱式变压器，赢得了市场好评和认可。

近年来，我国的聊城箱式变压器发展迅速，尤其是在国家保增长的政策的推动下，将新能源—聊城箱式变压器的发展作为我国经济可持续发展的发展大计，全国各地的聊城箱式变压器事业发展迅速。聊城箱式变压器作为将电能转化为风能的一种非常好的机械装置，受到广泛地应用。而保证聊城箱式变压器的一个非常重要的部位—聊城箱式变压器叶片的良好状况是一个十分重要的研究课题。众所周知，聊城箱式变压器一般假设在多沙的西北地区或者是环境湿润的易造成腐蚀的沿海地区或者直接就在海上，这些地区都是环境比较恶劣的地方，因而对聊城箱式变压器叶片的要求比较高。目前，为了达到使聊城箱式变压器叶片能够满足恶劣气候条件的要求，一般采用的是在聊城箱式变压器叶片的表面涂上一层涂层材料，而通常采用的涂层材料是纤维强化的环氧树脂。
1 聊城箱式变压器应用现状
人类对风能的成熟的产业化开发和利用起始于上个世纪90年代初期，到目前已有二十余年的历史。尽管目前全球风力发电厂装机容量不到全球电力生产总装机量的1%，但是最近10年来聊城箱式变压器组的装机容量增长速度一直保持在25%以上，可知风能利用的发展势头是非常良好的。从全球范围来看，风能的开发和利用已经从试验阶段转向产业化阶段。据有关报告预测，到2017年，全球在聊城箱式变压器项目的投资将从2011年的770亿美元增至1530亿美元。这6年间，新装机的累计投资额有望达到8200亿美元，全球聊城箱式变压器装机总容量，包括陆上和海上项目，将从2011年的2.36亿千瓦上升到5.63亿千瓦。既然风能利用有如此美好的前景，那么我们当然有义务去研究将风能转化为电能的机械装置—聊城箱式变压器。
2 研究方向
前文说到我们有义务去研究聊城箱式变压器，而进行这方面研究的专家和学者有许多人，因此在这里我们仅就一个比较小的方面“聊城箱式变压器叶片涂料失效的微观机理”进行有关的讨论。我们都知道，现在对聊城箱式变压器叶片的保护措施主要是在其表面上进行涂层，尽管这样可以提高叶片的性能，但是由于聊城箱式变压器所处环境的恶劣，比如说酸的腐蚀，沙粒的磨损等都会使聊城箱式变压器叶片上面的涂料受到损伤，下面我们就针对上述问题进行讨论。
3 实验研究
3.1 原理
由于涂层是涂在金属的聊城箱式变压器叶片上，而聊城箱式变压器叶片在受到沙粒磨损和酸腐蚀时，亦或是聊城箱式变压器叶片整体受到拉伸时，骨架和涂料的变形情况相同，仅是聊城箱式变压器的涂料受到损伤，故而，我们可以暂且不考虑内在的金属骨架，只去研究金属骨架外部的涂层材料的状况。
3.2 材料和试件
实验材料为玻璃纤维强化环氧树脂。环氧树脂的拉伸模量为2.9GPa，拉伸强度为65.5MPa，拉伸断裂应变为2.2%，密度为1.25g/。
试件为模压成形的复合材料层合板，纤维铺设角度为[+45°/-45°]。试件为矩形，尺寸为130mmx15mmx2.2mm。为了防止试件端部损伤，在试件的两端粘接铝片以保护试件。
3.3 循环加载实验
循环加载实验是指将试件加载到某一恒定的载荷，并在此载荷下让试件承受不同次数的循环加载。因为聊城箱式变压器叶片在风力的作用下会发生拉伸变形，这与将复合材料涂层进行拉伸的情况类似，故而可以将涂层材料进行单独的拉伸实验来研究其微观损伤机理。本循环加载试验是在INSTRON-5569电子材料万能试验机上完成的，加载的速度为10mm/min。机器的最高载荷值根据每组试件的静态强度值确定，本实验最高循环载荷取静强度值的70%左右。我们的整个实验过程在计算机的控制下自动完成的，试件拉伸过程中的载荷-位移曲线、应力-应变曲线可直接通过计算机保存或输出。
3.4 酸腐蚀实验
酸腐蚀实验是指将试件放置在某一特定的酸性环境中，并在此环境中保持一定长度的时间，随后观察在某一设备上观察试件的腐蚀损伤情况。由于有的聊城箱式变压器是工作在沿海地区等腐蚀性比较大的环境中，故而也可以用酸溶液造成的酸性环境来近似模拟聊城箱式变压器所处的腐蚀环境。
3.5 微观损伤观察
微观损伤分析在日本S-570扫描电子显微镜上进行。将不同加载次数的层合板制成25mmx25mmx10mm的试件，并将进行了酸腐蚀实验的试件也制成相同大小的试件，对其表面进行喷碳处理后用SEM观察其微观损伤形貌。
4 微观损伤机理分析
图一为[+45°/-45°]环氧树脂层合板未加载原始试件和加载循环60次后试件的SEM照片。由照片可见经加载循环后的试件与原始试件有明显差异：原始横断面上的各个纤维之间，以及纤维与基体树脂之间，除了个别的制造缺陷和原始孔洞之外，纤维与基体之间的结合非常紧密；而经过了加载循环的试件的横断面上可以看到一些孔洞。这是由于纤维缩进与基体脱黏造成的，同时也存在一些纤维的拔出。由以上可知，一般界面损伤发生在材料服役的早期。另外，通过对不同角度敷设的纤维强化分析可得另外的损伤机理有基体损伤以及纤维损伤。
通过纤维化环氧树脂的酸腐蚀实验得到的照片也可以看出处在酸性环境中的试件与原始试件（处在正常环境中）有一些差异：原始横断面上的各个纤维之间，以及纤维与基体树脂之间，除了个别的制造缺陷和原始孔洞之外，纤维与基体之间的结合非常紧密；而经过了酸腐蚀实验的试件的横断面上可以看到一些凹坑。这是由于酸的腐蚀造成纤维与基体的破损。
5 结语
通过对聊城箱式变压器叶片涂层材料的拉伸载荷实验和酸腐蚀实验，我们可以得到聊城箱式变压器叶片外表涂层材料失效的微观机理主要有以下几个面：涂层材料的基体的损伤、纤维强化相的损伤、纤维强化相和涂层材料基体界面的损伤等。

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