中國報告大廳網(wǎng)訊，風(fēng)力發(fā)電作為新型電力系統(tǒng)的主體能源，是實(shí)現(xiàn) “碳達(dá)峰、碳中和” 目標(biāo)的關(guān)鍵舉措。我國海上風(fēng)電已從規(guī)?；l(fā)展邁入深遠(yuǎn)海平價示范與規(guī)?；_發(fā)階段，隨著技術(shù)升級向深水區(qū)持續(xù)推進(jìn)，金屬部件腐蝕失效成為制約緊固件行業(yè)發(fā)展的核心瓶頸。以下是2025年緊固件行業(yè)技術(shù)分析。

  一、行業(yè)發(fā)展背景與緊固件防腐技術(shù)重要性

  《2025-2030年中國緊固件產(chǎn)業(yè)運(yùn)行態(tài)勢及投資規(guī)劃深度研究報告》指出，海上風(fēng)電機(jī)組中的高強(qiáng)緊固件，涵蓋葉片螺栓組件、塔筒螺栓組件、整機(jī)螺栓組件等，既要承載拉伸力、扭力及交變載荷，又需在高鹽霧、高濕度、微生物附著等苛刻海洋環(huán)境中保持優(yōu)異耐腐蝕性，直接關(guān)系風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定性、安全性與使用壽命。海洋環(huán)境中，Cl?離子、大氣鹽霧、海水沖刷等因素會導(dǎo)致緊固件發(fā)生點(diǎn)蝕、電化學(xué)腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕及應(yīng)力腐蝕等多種失效形式，因此緊固件防腐技術(shù)的創(chuàng)新與突破成為行業(yè)發(fā)展的迫切需求。

  二、緊固件防腐技術(shù)專利數(shù)據(jù)來源與檢索概況

  本次研究數(shù)據(jù)來源于全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫收錄 120 個國家、組織及地區(qū)的一億多件基礎(chǔ)專利數(shù)據(jù)，整合了法律、運(yùn)營、市場等多元信息，為技術(shù)現(xiàn)狀分析、趨勢預(yù)測及研發(fā)方向確定提供了可靠支撐。專利檢索截止時間為 2024 年 12 月 27 日，采用分類號與關(guān)鍵詞相結(jié)合的分總式檢索策略，關(guān)鍵詞包括螺栓、螺柱、緊固、連接、栓接、錨栓、錨桿、bolt、stud、anchor bolt、anchor rod、connector、fastener、防腐、腐蝕、防蝕、耐蝕、耐腐等。通過釣魚檢索確定 IPC 分類號，檢索要素間以 “AND” 連接，經(jīng)補(bǔ)充檢索與去噪處理，最終獲取緊固件防腐相關(guān)專利 3049 件，其中國內(nèi)專利 1372 件，為后續(xù)技術(shù)分析奠定了扎實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

  三、緊固件防腐技術(shù)專利申請態(tài)勢分析

  緊固件防腐技術(shù)的專利申請趨勢清晰呈現(xiàn)了行業(yè)發(fā)展脈絡(luò)，可劃分為兩個關(guān)鍵階段。第一階段為 2016 年以前的技術(shù)萌芽期，該階段每年專利申請量呈緩慢上升態(tài)勢，增幅較小，年申請量均不超過 94 件，反映出行業(yè)對緊固件防腐技術(shù)的探索處于初步階段。第二階段為 2016-2024 年的技術(shù)成長期，專利申請量實(shí)現(xiàn)快速增長，2018-2020 年增長尤為顯著，2020 年達(dá)到年度最高申請量 205 件，相較于 2015 年增長約 120.4%。這一增長態(tài)勢與國家政策導(dǎo)向密切相關(guān)，2019 年 12 月工業(yè)和信息化部印發(fā)的《首臺(套)重大技術(shù)裝備推廣應(yīng)用指導(dǎo)目錄》(2019 版)明確將強(qiáng)度等級高于 10.9 級(含)、用于海上風(fēng)電等領(lǐng)域的高強(qiáng)度緊固件列為重大技術(shù)裝備關(guān)鍵配套基礎(chǔ)件，極大推動了行業(yè)研發(fā)熱情。2021 年專利申請量雖略有下降，但在海上風(fēng)電大力發(fā)展的政策背景下，仍是緊固件防腐技術(shù)專利申請和布局的黃金時期。受專利申請 18 個月公開周期影響，2024 年及未來幾年，緊固件防腐技術(shù)將持續(xù)涌現(xiàn)創(chuàng)新成果，專利申請空間充足。

  四、緊固件防腐技術(shù)專利申請人及類型分布

  專利申請人及類型分析揭示了緊固件防腐技術(shù)的創(chuàng)新主體格局。國內(nèi)專利申請人中，國家電網(wǎng)專利申請量排名第一，企業(yè)作為核心創(chuàng)新力量，申請量達(dá) 1129 件，占比 82.29%。企業(yè)憑借豐富的資金與技術(shù)資源，能夠支撐大規(guī)模研發(fā)活動，其創(chuàng)新動力主要源于市場競爭與經(jīng)濟(jì)效益訴求，研發(fā)成果更偏向商業(yè)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。高校申請量為 124 件，科研單位、機(jī)關(guān)團(tuán)體等申請人占比相對較小，高校與科研院所更聚焦基礎(chǔ)研究與前沿技術(shù)探索，研發(fā)資金多依賴政府撥款，成果轉(zhuǎn)化周期較長。這種 “企業(yè)主導(dǎo)、高校與科研院所補(bǔ)充” 的格局，既保障了緊固件防腐技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化落地效率，又為技術(shù)創(chuàng)新提供了基礎(chǔ)研究支撐，推動行業(yè)形成產(chǎn)學(xué)研協(xié)同發(fā)展的生態(tài)。

  五、緊固件防腐專利技術(shù)構(gòu)成與功效分析

  (一)技術(shù)構(gòu)成分布

  緊固件防腐專利的 IPC 分類號分布反映了技術(shù)研發(fā)的重點(diǎn)方向。排名前三位的 IPC 小類分別為 F16B(緊固或固定構(gòu)件用器件及連接件)、C23C(金屬材料鍍覆及表面處理)、C22C(合金)，占比分別為 31.19%、25.39%、18.30%，三者合計占比達(dá) 74.88%。其中 C23C 與 C22C 合計占比 43.69%，凸顯了鍍覆防腐方法與合金材料改良在緊固件防腐技術(shù)中的核心地位。此外，C23F(金屬材料緩蝕與防積垢，含陰陽極保護(hù)法)占比 17.28%，C21D(黑色金屬物理結(jié)構(gòu)改變與熱處理)占比 8.43%，C25D(覆層電解或電泳生產(chǎn)工藝)占比 6.10%，C09D(涂料組合物)占比 3.90%，這些分類覆蓋了緊固件防腐從材料改良、表面處理到工藝優(yōu)化的全鏈條技術(shù)方向。

  (二)技術(shù)功效導(dǎo)向

  緊固件防腐專利的技術(shù)功效集中體現(xiàn)了行業(yè)核心需求，申請量較大的功效包括降低技術(shù)復(fù)雜性、提高安全性、延長使用壽命、提升使用便利性及增強(qiáng)穩(wěn)定性等，同時部分專利聚焦降低成本與提高效率。這一導(dǎo)向表明，新型緊固件防腐技術(shù)需在滿足苛刻海洋環(huán)境防腐要求的基礎(chǔ)上，具備制備操作簡單、施工便捷、性能穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)，同時需保障緊固件的強(qiáng)度等力學(xué)性能，確保穩(wěn)定預(yù)應(yīng)力，避免疲勞、防松、咬合等失效問題，以適應(yīng)高兆瓦、大尺寸、輕量化的風(fēng)電行業(yè)發(fā)展趨勢。

  六、緊固件防腐核心技術(shù)路線與專利解析

  (一)改變緊固件基體性能技術(shù)

  國內(nèi)海上風(fēng)電緊固件行業(yè)常用 42CrMo、35CrMo 等鋼種，耐蝕性不足，因此通過合金元素調(diào)整改良基體性能成為重要技術(shù)方向。相關(guān)專利通過添加 Sn、Cu、Mn、Ni、Cr、Si 等耐 Cl?腐蝕元素，利用 Al 和 N 形成 AlN 析出相抑制晶粒長大;或添加鋁形成 Al?O?膜，配合 Cr 元素提升耐蝕性;通過 Cr、Ni、Cu、P 等元素協(xié)同作用細(xì)化晶粒，增強(qiáng)耐腐蝕性;添加硼、鎳、鉻、鉬等元素增加鋼細(xì)小顆粒，硅、磷提高強(qiáng)度，磷與銅聯(lián)合提升抗疲勞性和耐候性;控制 C、N、Si 配比實(shí)現(xiàn)強(qiáng)韌平衡，結(jié)合硅、鋁、鉻等元素改善抗腐蝕性與抗氧化性;調(diào)節(jié) Ni、Cu、Cr 含量，控制 2.5%≤(Ni+Cr+Cu)≤4.5%、2.5

  (二)緊固件聚合物防腐涂料技術(shù)

  聚合物防腐涂料通過在緊固件表面形成薄膜實(shí)現(xiàn)物理屏蔽與緩蝕鈍化，因施工便捷成為應(yīng)用廣泛的防腐技術(shù)。相關(guān)專利通過將石墨烯粉末在雙氧水、五氧化二釩、pH 為 3~5 的水溶液中處理制備羥基化石墨烯溶液，提升涂料柔韌性與耐磨性;采用氟橡膠樹脂或聚氨酯樹脂形成孤島效應(yīng)，通過氨基氟橡膠與環(huán)氧樹脂固化構(gòu)建三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使彈性環(huán)氧樹脂涂料斷裂伸長率達(dá) 50%~350%;在涂料中加入三氟化硼與 3 - 氯 - 5 - 溴苯甲醚的絡(luò)合物，增強(qiáng)與螺栓本體的結(jié)合緊密性;選擇酚醛樹脂、有機(jī)硅改性環(huán)氧樹脂為基體樹脂，聚四氟乙烯為潤滑填料，納米三氟化鑭為功能填料，提升附著力與耐脫漆劑性;引入氫化松香酸酯側(cè)基改性氟碳樹脂，提高涂料硬度、耐熱性與防腐性能;通過硅烷功能化云母鱗片和玄武巖鱗片，促進(jìn)石墨烯均勻分散，增強(qiáng)涂料附著力、抗沖擊性及耐酸堿、耐鹽性能;在氧化石墨烯表面原位制備摻雜硫化鉬，結(jié)合氮化硼納米片與金屬摻雜氮化碳，優(yōu)化防腐能力;將溶劑、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂混合制備可降解型海洋防腐涂料;利用硼化鈷改性聚苯并咪唑，提升涂料耐高溫性、強(qiáng)度、耐磨性與耐腐蝕性，同時通過席夫堿交聯(lián)結(jié)構(gòu)賦予抗菌性能;組合水性環(huán)氧樹脂與多巴胺，增加涂層疏水性能與金屬基體附著力;按特定摩爾比調(diào)制對苯二甲醛、三乙烯四胺與聚醚胺 D230，結(jié)合多巴胺改性 Ti?O?與環(huán)氧樹脂，制備有機(jī)無機(jī)雜化自修復(fù)防腐涂料。

  (三)緊固件合金鍍層材料技術(shù)

  鍍層防腐因兼具緩蝕鈍化與犧牲陽極保護(hù)功能，在海洋環(huán)境中應(yīng)用廣泛。相關(guān)專利采用溶膠 - 凝膠法制備水玻璃膠體溶液，加入納米石墨烯、納米氧化鎂與納米氧化鋅形成防腐納米涂料;以氯化鉻為主成膜劑，硝酸鈰為輔助成膜劑，氟化鈉為促進(jìn)劑和穩(wěn)定劑，雙氧水為氧化劑，在鍍鋅緊固件表面生成鋅鉻氧化物與鈰氫氧化物 / 氧化物鈍化膜;添加納米氧化鋅和多壁碳納米管填料，制備無鉻鋅鋁涂料;將納米級碳化硅、二氧化鈦、白炭黑按 4∶2∶2 比例混合，形成堅固保護(hù)層防止旋合過程中涂層損傷;以改性碳化硅和 Mxene 為填料，降低鋅粉用量，提高涂層硬度與耐高溫性能;通過 Fe、Al、Cu、Cr、B、Ti、W 元素組合，利用 B、Ti 細(xì)化晶粒，增加晶界數(shù)目提升涂層硬度;由特定質(zhì)量比的 TiC、B、Ni、Cr 金屬粉末組成，改善耐磨涂層與基體潤濕性及界面結(jié)合力;在 Ni、Cr 合金體系中添加 Mo、Cu、Co 等元素，通過固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、相變強(qiáng)化聯(lián)合提升涂層強(qiáng)度;在鈦納米鱗片改性防腐涂料中添加適量鈦納米鱗片，增強(qiáng)防腐性、力學(xué)性能、附著力、抗沖擊性與柔韌性。

  (四)緊固件鍍層制備工藝技術(shù)

  鍍層的電化學(xué)性能與力學(xué)性能取決于工藝參數(shù)，因此優(yōu)化制備工藝是提升緊固件防腐效果的關(guān)鍵。相關(guān)專利通過堿洗去油、去除氧化皮、表面磷化膜涂層、添加聚四氟乙烯，再經(jīng) 80℃~90℃鉻酸鹽溶液浸漬，實(shí)現(xiàn)防腐與防氫脆雙重效果;在緊固件表面鍍鋁作為前驅(qū)體，通過微弧氧化工藝制備高性能陶瓷膜，提升表面硬度與耐劃傷性，且環(huán)保安全;將緊固件浸沒在鍍鋅液中電鍍后，采用等離子噴涂法涂覆 PTFE 防腐蝕涂層;在恒壓模式下，將螺栓浸入磷酸鹽體系電解液進(jìn)行表面微弧氧化處理，去除疏松層以提高表面致密性;噴涂草酸后放入磷酸鹽溶液浸泡，通過與金屬皂皂化反應(yīng)形成堅硬金屬皂層，提升螺栓抗應(yīng)力腐蝕強(qiáng)度;有機(jī)結(jié)合 QPQ 表面處理技術(shù)與固態(tài)滲透鋅表面處理技術(shù)，替代傳統(tǒng)表面處理工藝;對鋅鋁粉末進(jìn)行納米化處理，利用助磨劑與納米顆粒交聯(lián)作用，實(shí)現(xiàn) 2000h 鹽霧耐腐蝕性能;采用多元合金共滲粉劑進(jìn)行熱滲處理，形成 Fe-Zn、Fe-Cr、Fe-Ni 等合金保護(hù)滲層，耐腐蝕性較達(dá)克羅、熱浸鍍鋅工藝提高 2~4 倍，且無氫脆現(xiàn)象;通過氣體多元共滲處理，在螺栓胚件熱處理過程中充入氨氣和氮?dú)猓嵘砻嫣幚韽?qiáng)度與耐腐蝕性;先對螺栓基體進(jìn)行熱處理，再進(jìn)行氣體氮化處理形成滲氮層;采用 HVOF 技術(shù)多次噴涂干燥，通過等離子體沉積使納米陶瓷粒形成納米級結(jié)構(gòu)。

  (五)緊固件復(fù)層防腐技術(shù)

  復(fù)層防腐通過多層材料協(xié)同與配方優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)多功能防護(hù)，且具備環(huán)保優(yōu)勢。相關(guān)專利在緊固件表面依次鍍覆鎢合金內(nèi)層、鎳中間層、鎢合金外層，利用鎢合金致密性與鎳層電化學(xué)防護(hù)作用，提升耐蝕與耐磨性能;在瓦特型電沉積液中調(diào)節(jié)主鹽濃度、活化劑濃度及納米二氧化硅含量，制備 Ni-Co-SiO?納米復(fù)合涂層;向 Ni-P 鍍液與表面活性劑混合液中加入 BN (h) 或 WS?顆粒，通過化學(xué)共沉積法制備 Ni-P/BN (h) 或 Ni-P/WS?復(fù)合鍍層，克服厚度不均勻缺陷;采用梯度層結(jié)構(gòu)，由內(nèi)到外依次為純金屬 AlSc 結(jié)合層、AlSc/AlScN 納米多層膜支撐層和 AlON 保護(hù)層，增強(qiáng)附著力;通過電化學(xué)共沉積方法沉積 Ni、Co、MSNs 鍍層和 MSNs 覆蓋層，構(gòu)成納米復(fù)合鍍層體系，降低摩擦因數(shù)并實(shí)現(xiàn)自修復(fù)防腐;緊固件表面自內(nèi)而外依次設(shè)置金屬鈦層、氮化鈦層、鍍鋅層，金屬鈦層形成致密二氧化鈦薄膜，增強(qiáng)膜基結(jié)合力;采用 Cr 共混層、Cr-CrN 連接層、CrN/(AlCrNbSiTi) Nx/MoN 耐腐蝕層、AlCrSiVO?耐點(diǎn)蝕層組合納米復(fù)合涂層，通過等離子體浸沒離子注入與磁控濺射系統(tǒng)結(jié)合制備;采用激光熔覆方法在零件表面制備 Cr/C/Fe 粘結(jié)層和 ZrVCrNbB 工作層;依次以鈦金屬為過渡層、金屬氧化物為防腐層、環(huán)氧類有機(jī)化合物為密封層，通過氣相沉積技術(shù)與涂刷工藝制備耐腐蝕涂層;由聚氨酯、層狀雙金屬氫氧化物和納米陶瓷粒組成涂層，利用層狀雙金屬氫氧化物離子交換性能負(fù)載緩蝕劑與納米陶瓷粒，提升耐磨防腐效果。

  (六)緊固件陰極保護(hù)技術(shù)

  陰極保護(hù)通過補(bǔ)充電子使金屬處于電子過剩狀態(tài)，抑制腐蝕發(fā)生，國內(nèi)以維護(hù)工作量小、安全性高的犧牲陽極陰極保護(hù)為主。相關(guān)專利將金屬錨桿作為工作電極，在尾端臨近區(qū)域設(shè)置參比電極和對電極構(gòu)成三電極系統(tǒng)，連接外部電化學(xué)工作站設(shè)置保護(hù)電位，避免錨桿腐蝕;在螺桿頂端固定接觸頭，頂部設(shè)置滑槽與限位槽，限位槽內(nèi)卡接金屬鋁材質(zhì)接觸塊，與螺桿形成原電池;將緊固件頭部設(shè)計為凹形，凹部設(shè)置犧牲主陽極插入件，使其優(yōu)先發(fā)生電化學(xué)腐蝕，保護(hù)緊固件;在螺母本體端口固定定位套筒，外壁套接鋁材質(zhì)防腐蝕墊片并焊接，實(shí)現(xiàn)螺母防銹防腐;在螺栓本體側(cè)邊設(shè)置槽體，內(nèi)置可拆卸鋅塊，通過更換鋅塊保障持續(xù)防腐性能。

  (七)緊固件包覆防腐技術(shù)

  包覆防腐作為新型環(huán)保技術(shù)，通過涂覆與外部包覆結(jié)合實(shí)現(xiàn)長效防護(hù)，適用于各類形狀結(jié)構(gòu)。相關(guān)專利對錨桿全長涂防銹油脂，中間部位用 PE 纏繞膜包覆后穿 PE 管，兩端用熱收縮套管密封;在原結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面設(shè)置 CFRP 加固層，外側(cè)依次設(shè)置含緩蝕劑的 PTC 密封層、防蝕帶、緩沖層和防蝕保護(hù)罩;用硅橡膠復(fù)合物固化而成的防腐蝕部件包覆螺栓和螺母結(jié)合部突出部分;在螺栓和螺母外露部分涂覆密封防水層，外側(cè)包裹膜衣層，再卡接防腐保護(hù)殼形成雙重防護(hù);在螺栓頭上下兩端分別設(shè)置防腐罩和防腐底座，通過拉動弧形塊實(shí)現(xiàn)快速安裝拆卸，提升施工效率;一體防蝕帶由礦脂層、簾布層、增強(qiáng)層、背膠層構(gòu)成，礦脂層具備隔水、置換水膜與腐蝕性物質(zhì)及鐵銹轉(zhuǎn)化功能，簾布層為力學(xué)性能核心，增強(qiáng)層作為過渡與骨架，背膠層為外保護(hù)層;通過墊座和防護(hù)件配合，對螺栓與螺母配合部分、超出螺母的螺紋部分和螺頭部分進(jìn)行包裹防護(hù)，利用卡合力與摩擦力實(shí)現(xiàn)鎖定;以高粘度改性礦物脂和礦物脂為基質(zhì)，添加潤滑劑、復(fù)合固化劑和防銹劑，制備高粘度、高效防腐的柔軟防蝕帶。

  七、全文總結(jié)

  海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展推動了緊固件防腐技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，基于 3049 件相關(guān)專利的數(shù)據(jù)分析顯示，緊固件防腐技術(shù)已從 2016 年前的萌芽期邁入快速成長期，專利申請量在政策驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)顯著增長。企業(yè)作為核心創(chuàng)新主體，主導(dǎo)了技術(shù)產(chǎn)業(yè)化方向，而高校與科研院所則為前沿基礎(chǔ)研究提供支撐。技術(shù)層面，緊固件防腐形成了改變基體性能、聚合物涂料、合金鍍層材料、鍍層制備工藝、復(fù)層防腐、陰極保護(hù)、包覆防腐七大核心路線，涵蓋材料改良、表面處理、工藝優(yōu)化等全鏈條創(chuàng)新，其中鍍覆技術(shù)與合金材料改良是當(dāng)前研發(fā)重點(diǎn)。

  未來，隨著激光熔覆、石墨烯、合金共滲等技術(shù)的持續(xù)演進(jìn)，緊固件防腐技術(shù)將朝著長效優(yōu)異、環(huán)保低碳、施工簡便、成本可控的方向發(fā)展，少維護(hù)或免維護(hù)新型防腐技術(shù)將成為行業(yè)戰(zhàn)略部署與專利布局的核心熱點(diǎn)。通過加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同、引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新等方式，國內(nèi)緊固件防腐技術(shù)的科技創(chuàng)新能力將進(jìn)一步提升，形成產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，為海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)向深遠(yuǎn)海拓展提供可靠支撐，助力 “碳達(dá)峰、碳中和” 目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

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