光伏支架的宿命: 腐蚀 | 一口气读懂“大气腐蚀”

上一篇讲了腐蚀的机理，其中“大气腐蚀”是最显而易见的一种腐蚀现象。如何计算和分析大气腐蚀呢，我们从以下几个点来层层剖析。

目录：

1.热镀锌厚度设计

2.大气腐蚀等级，首年腐蚀速率

3. 多年腐蚀速率计算

上篇：光伏支架的宿命: 腐蚀 | 腐蚀的基本理论

文章内为了表示方便

以下标准都采用其编号进行叙述

1.热镀锌厚度设计

对于热镀锌厚度的设计方法，目前经常采用的就是ISO1461以及ASTM A123。由于镀锌附着力与钢材基材厚度有一定的关系，越薄的钢材越难镀上锌。因此在ISO1461和ASTM A123这两个规范中，列举了不同钢材厚度的“参考”镀锌厚度。

▵Table 3, ISO1461

不同厚度基材下的镀锌厚度要求

这两部规范的镀锌厚度要求都只和钢材厚度有关，小树洞之前讲过，不同的大气情况下，其对镀锌层的腐蚀快慢也不同，那么不一样的环境，镀锌厚度应该是不同的。

小树洞摘抄ISO1461里面的一段话：

Thinnergalvanizedcoatingsthanthosepreviouslyspecifiedhavebeenfoundtoprovidesufficientcorrosionprotectioninmanyinstances.[...]ReferenceshouldbemadetoISO9223todeterminethecorrosioncategoryforaparticularexternalexposureenvironment.

Page 15, Annex E, ISO9223

在很多情况下，更薄的镀锌厚度被发现也能提供足够的防腐保护。具体需要参考ISO9223来对不同外部环境进行腐蚀等级的评估。

所以，如果针对性的对不同的大气环境，分别设计不同的镀锌厚度，我们就要了解下ISO9223这本规范。

2.大气腐蚀等级分类

首年腐蚀速率

在ISO9223里面，对所有大气腐蚀情况分成了从C1到CX这六个等级。

▵Table C.1, Annex C, ISO9223

常见的腐蚀等级分类C1~C5

另外，在ISO9223里，也对如何计算首年腐蚀速率(first-year corrosion rate)进行了说明。以下为r_corr(首年腐蚀速率)的计算公式：

我们由上面的公式可以得知，ISO9223的大气腐蚀等级分类的原理，是依据以下四种参数大小的考量：

年平均温度-T，单位(℃)

年平均相对湿度-RH，单位(%)

年平均SO2沉淀物-Pd，单位[mg/(m2*d)]

年平均Cl-沉淀物-Sd，单位[mg/(m2*d)]

除了以上的详细计算公式外，ISO9223也提供了针对不同大气腐蚀等级、不同金属的首年腐蚀速率表格。

▵Table 2, ISO9223

不同金属在不同大气腐蚀等级下的

首年腐蚀速率

但是ISO9223只规定了首年的腐蚀速率，而我们的光伏支架设计使用寿命往往都是25年，甚至更高。那么对于多年的综合腐蚀情况，我们又该如何进行分析计算呢？

3.多年腐蚀速率计算

随着近50年对大气腐蚀数据的逐渐积累，人们对大气腐蚀的相关研究越来越深入。其中比较著名的就是ISO CORRAG(大气暴露计划)，在这个项目里，科学家们对包括欧洲、阿根廷、加拿大、日本、新西兰以及美国等世界各地的测试点进行了大量的分析，获得了非常有价值的数据，大大提高了预测多年大气腐蚀速率的准确性。

研究发现，由于金属表面的腐蚀产物积累，腐蚀速率会随着其暴露在大气中的时间延长而降低。

▵锌的氧化物消耗率随着时间的延长而降低

(Stockholm,Sweden)

在ISO14713里也做了解释：

Thecorrosionrateofazinccoatingisaffectedbythetimeforwhichitisexposedtowetness,airpollutionandcontaminationofthesurface,[...]andoftendecreasewithtime.GeneralinformationontheatmosphericcorrosionrateforzincisgiveninISO9224.

Page 7, chapter 7.1, ISO14713

锌层的腐蚀速率，受到了其暴露在湿气，大气污染物和表面的污染物里的时间长短影响，腐蚀速率往往随着时间的增长而降低。大气腐蚀的具体锌层腐蚀速率需要参考ISO9224.

而ISO9224就是依据ISO CORRAG计划里面的数据，对ISO9223标准的衍生。在ISO9224里面，提供了计算锌层多年腐蚀厚度的方法。其计算公式如下：

ISO CORRAG项目对大量材料，在全球多地进行了长期的暴露实验，通过对数据的回归分析，获得了金属-环境特定的时间指数。上诉公式中的b就是这个时间指数(Time exponent)。

ISO9224的计算里提供了两种时间指数，B1和B2。其中B1为大气暴露计划中同种材料的平均时间指数，而B2是在B1的基础上，增加了2倍的标准偏差，用于计算大气腐蚀速率的上限。

▵Table 2, ISO9224

时间指数B1和B2

小树洞举一个算例，以C3的大气腐蚀等级来计算下，30年设计寿命的镀锌光伏支架所需要的镀锌厚度：

从上面的计算结果我们可以得知，镀锌支架如果按照30年的设计年限，那么其在C3的大气腐蚀等级下，至少需要11.2~33.7um的镀锌厚度。并且计算中也得到了平均到每年的腐蚀速率大概在0.4~1.1um之间，这和ISO9224提供的多年平均腐蚀速率也相吻合。

▵Table B.1, ISO9224

提供首个10年和稳态的30年平均腐蚀速率

另外需要注意，由于锌合金的腐蚀对SO2尤其敏感，在SO2气体含量高的环境中(SO2处于P3水平时)，锌合金的腐蚀速率会比较高，这种情况下为了谨慎起见可以假定腐蚀速率和时间呈线性关系，也就是b值取1.0。

▵Table B.3, ISO9223

硫化物含量，P0~P3的分级

同时，网上也提供一些自动计算镀锌腐蚀速率的工具，比如Dr. Gregory Zhang建立的ZCLP(Zinc Coating Life Predictor)，人们可以输入几个大气参数，便能计算出对应的每年腐蚀速率。当然计算的数值也只是一个参考，小树洞建议还是以ISO规范为准。需要的朋友可以在公众号内发送“大气腐蚀计算”来获得链接。

▵Zinc Coating Life Predictor