來源：小樹洞談光伏支架

引導(dǎo)語

上一篇講了腐蝕的機(jī)理，其中“大氣腐蝕”是最顯而易見的一種腐蝕現(xiàn)象。如何計(jì)算和分析大氣腐蝕呢，我們從以下幾個(gè)點(diǎn)來層層剖析。

目錄：

1.?熱鍍鋅厚度設(shè)計(jì)

2.?大氣腐蝕等級(jí)，首年腐蝕速率

3. 多年腐蝕速率計(jì)算

文章內(nèi)為了表示方便

以下標(biāo)準(zhǔn)都采用其編號(hào)進(jìn)行敘述

對(duì)于熱鍍鋅厚度的設(shè)計(jì)方法，目前經(jīng)常采用的就是ISO1461以及ASTM A123。由于鍍鋅附著力與鋼材基材厚度有一定的關(guān)系，越薄的鋼材越難鍍上鋅。因此在ISO1461和ASTM A123這兩個(gè)規(guī)范中，列舉了不同鋼材厚度的“參考”鍍鋅厚度。

?Table 3, ISO1461

不同厚度基材下的鍍鋅厚度要求

?Table 1, ASTM A123

不同厚度基材下的鍍鋅厚度要求

這兩部規(guī)范的鍍鋅厚度要求都只和鋼材厚度有關(guān)，小樹洞之前講過，不同的大氣情況下，其對(duì)鍍鋅層的腐蝕快慢也不同，那么不一樣的環(huán)境，鍍鋅厚度應(yīng)該是不同的。

小樹洞摘抄ISO1461里面的一段話：

Thinner?galvanized?coatings?than?those?previously?specified?have?been?found?to?provide?sufficient?corrosion?protection?in?many?instances.?[…]?Reference?should?be?made?to?ISO?9223?to?determine?the?corrosion?category?for?a?particular?external?exposure?environment.

Page 15, Annex E, ISO9223

在很多情況下，更薄的鍍鋅厚度被發(fā)現(xiàn)也能提供足夠的防腐保護(hù)。具體需要參考ISO9223來對(duì)不同外部環(huán)境進(jìn)行腐蝕等級(jí)的評(píng)估。

第15頁，附錄E，ISO9223

所以，如果針對(duì)性的對(duì)不同的大氣環(huán)境，分別設(shè)計(jì)不同的鍍鋅厚度，我們就要了解下ISO9223這本規(guī)范。

在ISO9223里面，對(duì)所有大氣腐蝕情況分成了從C1到CX這六個(gè)等級(jí)。

?Table C.1, Annex C, ISO9223

常見的腐蝕等級(jí)分類C1~C5

另外，在ISO9223里，也對(duì)如何計(jì)算首年腐蝕速率(first-year corrosion rate)進(jìn)行了說明。以下為r_corr(首年腐蝕速率)的計(jì)算公式：

我們由上面的公式可以得知，ISO9223的大氣腐蝕等級(jí)分類的原理，是依據(jù)以下四種參數(shù)大小的考量：

年平均溫度-T，單位(℃)

年平均相對(duì)濕度-RH，單位(%)

年平均SO2沉淀物-Pd，單位[mg/(m2*d)]
年平均Cl-沉淀物-Sd，單位[mg/(m2*d)]

除了以上的詳細(xì)計(jì)算公式外，ISO9223也提供了針對(duì)不同大氣腐蝕等級(jí)、不同金屬的首年腐蝕速率表格。

?Table 2, ISO9223

不同金屬在不同大氣腐蝕等級(jí)下的

首年腐蝕速率

但是ISO9223只規(guī)定了首年的腐蝕速率，而我們的光伏支架設(shè)計(jì)使用壽命往往都是25年，甚至更高。那么對(duì)于多年的綜合腐蝕情況，我們又該如何進(jìn)行分析計(jì)算呢？

隨著近50年對(duì)大氣腐蝕數(shù)據(jù)的逐漸積累，人們對(duì)大氣腐蝕的相關(guān)研究越來越深入。其中比較著名的就是ISO CORRAG(大氣暴露計(jì)劃)，在這個(gè)項(xiàng)目里，科學(xué)家們對(duì)包括歐洲、阿根廷、加拿大、日本、新西蘭以及美國等世界各地的測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行了大量的分析，獲得了非常有價(jià)值的數(shù)據(jù)，大大提高了預(yù)測(cè)多年大氣腐蝕速率的準(zhǔn)確性。

?ISO?CORRAG大氣暴露計(jì)劃的測(cè)試點(diǎn)

研究發(fā)現(xiàn)，由于金屬表面的腐蝕產(chǎn)物積累，腐蝕速率會(huì)隨著其暴露在大氣中的時(shí)間延長而降低。

?鋅的氧化物消耗率隨著時(shí)間的延長而降低

(Stockholm,?Sweden)

在ISO14713里也做了解釋：

The?corrosion?rate?of?a?zinc?coating?is?affected?by?the?time?for?which?it?is?exposed?to?wetness,?air?pollution?and?contamination?of?the?surface,?[…]?and?often?decrease?with?time.?General?information?on?the?atmospheric?corrosion?rate?for?zinc?is?given?in?ISO9224.

Page 7, chapter 7.1, ISO14713

鋅層的腐蝕速率，受到了其暴露在濕氣，大氣污染物和表面的污染物里的時(shí)間長短影響，腐蝕速率往往隨著時(shí)間的增長而降低。大氣腐蝕的具體鋅層腐蝕速率需要參考ISO9224.

第7頁，第7.1章節(jié)，ISO14713

而ISO9224就是依據(jù)ISO CORRAG計(jì)劃里面的數(shù)據(jù)，對(duì)ISO9223標(biāo)準(zhǔn)的衍生。在ISO9224里面，提供了計(jì)算鋅層多年腐蝕厚度的方法。其計(jì)算公式如下：

ISO CORRAG項(xiàng)目對(duì)大量材料，在全球多地進(jìn)行了長期的暴露實(shí)驗(yàn)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的回歸分析，獲得了金屬-環(huán)境特定的時(shí)間指數(shù)。上訴公式中的b就是這個(gè)時(shí)間指數(shù)(Time exponent)。

ISO9224的計(jì)算里提供了兩種時(shí)間指數(shù)，B1和B2。其中B1為大氣暴露計(jì)劃中同種材料的平均時(shí)間指數(shù)，而B2是在B1的基礎(chǔ)上，增加了2倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差，用于計(jì)算大氣腐蝕速率的上限。

?Table 2, ISO9224

時(shí)間指數(shù)B1和B2

小樹洞舉一個(gè)算例，以C3的大氣腐蝕等級(jí)來計(jì)算下，30年設(shè)計(jì)壽命的鍍鋅光伏支架所需要的鍍鋅厚度：

從上面的計(jì)算結(jié)果我們可以得知，鍍鋅支架如果按照30年的設(shè)計(jì)年限，那么其在C3的大氣腐蝕等級(jí)下，至少需要11.2~33.7um的鍍鋅厚度。并且計(jì)算中也得到了平均到每年的腐蝕速率大概在0.4~1.1um之間，這和ISO9224提供的多年平均腐蝕速率也相吻合。

?Table B.1, ISO9224

提供首個(gè)10年和穩(wěn)態(tài)的30年平均腐蝕速率

另外需要注意，由于鋅合金的腐蝕對(duì)SO2尤其敏感，在SO2氣體含量高的環(huán)境中(SO2處于P3水平時(shí))，鋅合金的腐蝕速率會(huì)比較高，這種情況下為了謹(jǐn)慎起見可以假定腐蝕速率和時(shí)間呈線性關(guān)系，也就是b值取1.0。

?Table B.3, ISO9223

硫化物含量，P0~P3的分級(jí)

同時(shí)，網(wǎng)上也提供一些自動(dòng)計(jì)算鍍鋅腐蝕速率的工具，比如Dr. Gregory Zhang建立的ZCLP(Zinc Coating Life Predictor)，人們可以輸入幾個(gè)大氣參數(shù)，便能計(jì)算出對(duì)應(yīng)的每年腐蝕速率。當(dāng)然計(jì)算的數(shù)值也只是一個(gè)參考，小樹洞建議還是以ISO規(guī)范為準(zhǔn)。需要的朋友可以在公眾號(hào)內(nèi)發(fā)送“大氣腐蝕計(jì)算”來獲得鏈接。

?Zinc Coating Life Predictor