來源：小樹洞談光伏支架
小樹洞經(jīng)常聽到，有些朋友希望通過鹽霧試驗的方法，來定性判斷鍍鋅支架是否符合要求。那么鹽霧試驗的原理是什么呢？光伏支架真能通過鹽霧試驗來設(shè)計鍍鋅厚度么？
目錄：
1.?鋅的氧化腐蝕過程
2. 鹽霧試驗原理
3. 鹽霧試驗可靠么？
文章內(nèi)為了表示方便
以下標準都采用其編號進行敘述
*全文共3760字14圖
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1.鋅的氧化腐蝕過程
講鹽霧測試之前，先介紹下鋅的防腐蝕原理。鍍鋅是最常見的一種支架防腐措施，它的主要機理就是“犧牲陽極、保護陰極”。我們知道，鋅元素本身是潔白銀色的金屬，但是鍍在支架表面的鋅層卻是“灰白色”的，這種灰白色的物質(zhì)其實就是鋅氧化后的一種產(chǎn)物。正是由于鋅在不同階段和環(huán)境中，會產(chǎn)生不同特性的氧化物，才使其有了獨特的防腐能力。
鍍鋅層對鋼材的防腐能力主要有兩道防線：
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第一道防線 (Barrier Protection)：形成致密的隔離層，隔絕大氣與鋼材。
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第二道防線 (Cathodic Protection)：利用原電池效應(yīng)，犧牲陽極，保護陰極。
第二道防線的原理，我們在上一篇《腐蝕的機理》已經(jīng)有過詳細的描述，這一篇我們講講鍍鋅層的第一道防線，以便為后面的分析計算進行鋪墊。
鋅其實是一種非?；顫姷慕饘?，當它暴露在潮濕大氣中時，會與空氣中的氧氣和水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，形成一層多孔的、膠粘狀的ZnO和Zn(OH)2混合物，這種混合物再繼續(xù)與大氣中的CO2進一步反應(yīng)，就產(chǎn)生了一層致密的、附著力強的、不溶于水的堿式碳酸鋅2ZnCO3*3Zn(OH)2產(chǎn)物，正是這種鋅的氧化物包裹住了整個鍍鋅層，隔絕了大氣與鋼材的直接接觸，從而形成了鍍鋅防腐的第一道防線。
堿式碳酸鋅在大氣中主要有兩種途徑會被消耗掉：
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與硫化物作用，形成硫化鋅混合物(易溶于水)，被雨洗刷掉。
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與氯化物作用，形成氯化鋅混合物(易溶于水)，被雨洗刷掉。
?鋅的腐蝕過程
由于這幾年的環(huán)境保護運動，大氣中的硫化物逐漸減少，所以目前鍍鋅的腐蝕主要來源于氯化物的作用。而正是這種往復(fù)不斷的氧化腐蝕和雨水沖刷(Corrosion and runoff)的過程，導(dǎo)致了鋅層的腐蝕損失。大家注意，敲黑板劃重點了！這對后面了解“鹽霧試驗”的原理非常重要。
這種氧化物與大氣相互作用的過程，通?？梢允褂肎ILDES算法建立數(shù)學(xué)建模，來進行分析。目前這套算法理論也得到了行業(yè)內(nèi)的廣泛認可，包括ISO 9223等標準的計算基礎(chǔ)都是GILDES理論。
?GILDES算法使用各種化學(xué)物的本身屬性
分析不同氧化物的形成過程
并預(yù)測腐蝕消耗的時間
2.鹽霧測試原理
鹽霧測試指的是，在密閉的恒溫箱內(nèi)，將相應(yīng)濃度的鹽水進行霧化，人造氣氛腐蝕的一種試驗。它是一種加速測試方法，其鹽霧環(huán)境的氯化物的鹽濃度，可能是一般天然環(huán)境鹽霧含量的幾倍或幾十倍，這使腐蝕速度大幅提高。對產(chǎn)品進行鹽霧試驗，得出結(jié)果的時間也大幅縮短。
?常見的鹽霧測試設(shè)備(來源：Ascott)
鹽霧試驗的方法主要依據(jù)各國的規(guī)范，比如國標GB/T10125、美標ASTM B117、日本標準JIS Z 2371和國際標準ISO9227。目前常用的鹽霧測試主要有三種：
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中性鹽霧試驗，Neutral?Salt Spray(NSS)
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乙酸鹽霧試驗，Acetic?Acid Salt Spray(AASS)
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銅加速乙酸鹽霧試驗，Copper-accelerated Acetic Acid?Salt Spray(CASS)
?表2，GB/T10125
各類鹽霧試驗條件
對于鹽霧試驗后的判斷，通常采用ISO10289對測試后樣品的缺陷面積進行評估，并按照RP0~10等級分類。
?Table 1，ISO10289
缺陷面積和保護評級
綜上所述，鹽霧試驗是一種加速腐蝕測試方法。那么對于光伏支架的鍍鋅防腐，是否可以采用鹽霧測試，來對不同大氣腐蝕等級進行設(shè)計年限的評估呢？
3.鹽霧測試可靠嗎？
鹽霧測試是一種采用高濃度鹽水噴霧來模擬加速大氣腐蝕的試驗。這種鹽霧腐蝕是一種常見和最有破壞性的大氣腐蝕。鹽霧對金屬材料表面的腐蝕，是由于含有的氯離子穿透金屬表面的氧化層防護層，然后與內(nèi)部金屬發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)引起的。同時，氯離子含有一定的水合能，易被吸附在金屬表面的孔隙、裂縫排擠并取代氧化層中的氧，把不溶性的氧化物變成可溶性的氯化物，使鈍化態(tài)表面變成活潑表面。
然而鍍鋅層防腐的第一道防線，是利用其鋅氧化物形成一層密閉層，來隔絕鋅與大氣的接觸，在鹽霧試驗里，由于鋅層無法像在大自然中那樣形成第一道防線，導(dǎo)致其防腐能力大大降低。因此對于鍍鋅防腐工藝，不能使用鹽霧試驗來進行可靠性判斷。
在很多專業(yè)的文章中，解釋了為什么不能使用鹽霧試驗判斷鍍鋅防腐能力，小樹洞摘抄幾段如下：
The?zinc?carbonates?are?not?produced?when?a?hot?dip?galvanized?specimen?is?exposed?to?a?salt?spray?fog,?therefore?this?testing?method?does?not?give?an?accurate?measurement?of?corrosion?protection.
由于在鹽霧試驗中，碳酸鹽無法正常形成，因此這種測試并不能準確的來測量鍍鋅的防腐能力。 鹽霧試驗，維基百科
For?galvanized?steel,?the?spray?test?accelerates?the?wrong?corrosion?mechanism.?The?salt?spray?attacks?the?bare?zinc.?[…]?Since?the?zinc?carbonate?is?not?formed,?the?salt?spray?interacts?directly?with?the?zinc?metal.?The?part?corrodes?very?quickly?when?the?salt?spray?attacks?the?zinc?metal. Dr. Tom Langill, AGA (American Galvanizers Association)
對于鍍鋅鋼材，鹽霧試驗使用了一種錯誤的加速腐蝕機理。其鹽霧直接作用到了純鋅上。[…]?由于碳酸鋅產(chǎn)物并沒有形成，而鹽霧直接與鋅金屬接觸，其腐蝕速率會非?？?。 Dr. Tom Langill，AGA(美國鍍鋅協(xié)會)
很多國際規(guī)范里，也有對鍍鋅層不能使用鹽霧試驗的說明。
Short?term?corrosion?test?results?derived?from?accelerated?or?short?term?corrosion?tests?(e.g?Kesternick?Test,?ISO?6988,?and?Salt?Spray?Tests)?should?not?be?used?to?predict?long?term?corrosion?performance?of?galvanized?coatings.
來源于加速測試的短期腐蝕測試，或者像Kesternick測試、ISO6988以及鹽霧測試這樣的短期腐蝕測試，不能被用來預(yù)測鍍鋅層的長期防腐能力。 第15頁，附錄E，ISO1461
Salt?spray?tests?cannot?be?used?to?accurately?test?zinc?coated?steel?[…].?Without?a?proper?wet/dry?cycle,?the?zinc?coating?cannot?form?patina?layers.?The?absence?of?a?patina?layer?allows?constant?attack?of?the?zinc?metal?and?gives?a?very?low?prediction?of?the?zinc?coating?lifetime. Page16, chapter 8, ISO14713
鹽霧試驗并不能被用于準確測試鍍鋅鋼材?[…]。由于失去了濕/干循環(huán)，鋅層無法形成氧化層。而這種氧化層的缺失，導(dǎo)致鹽霧持續(xù)不斷地攻擊鋅金屬，因此無法預(yù)測鍍鋅層的壽命。 第16頁，第8章，ISO14713
另外，國際上并沒有對鍍鋅鹽霧試驗的要求，很多朋友錯誤地將ISO12944-6里面的表格來作為鍍鋅鋼材的鹽霧試驗要求，其實ISO12944是用于“在鍍鋅層外再添加一層有機涂層”的防腐要求，并不是針對純鍍鋅防腐的要求，大家千萬不要被誤導(dǎo)了。
?Table 1，ISO12944-6
表面附著有機涂層的鍍鋅鋼材“鹽霧試驗”小時要求
并不是針對我們常見的鍍鋅鋼材
那么“鹽霧試驗”的目的和作用是什么呢？小樹洞這里引用一下“國際鹽霧試驗標準-ISO9227”開篇里面的內(nèi)容：
The?[salt?spray]?test?results?should?not?be?regarded?as?a?direct?guide?to?the?corrosion?resistance?of?the?tested?metallic?materials,?[…]?for?quality?control?purposes,?comparison?can?be?made?between?specimens?coated?with?the?same?coating.
金屬的鹽霧試驗結(jié)果，并不能作為其防腐能力的直接標準，[…]?如果是為了品質(zhì)控制的目的，那么鹽霧試驗可以被用來對相同鍍層的樣品進行比較。 介紹，ISO9227
所以鹽霧試驗的真實作用，是被用來對比兩件具有相同鍍層的樣品的產(chǎn)品質(zhì)量。
綜上所述，鍍鋅鋼材在鹽霧試驗中無法形成有效的第一道防線，導(dǎo)致腐蝕的加速。因此鹽霧試驗不能被用來預(yù)測鍍鋅鋼材的防腐能力。最直接有效的方式，是利用ISO9223和ISO9224規(guī)范，按照厚度進行鋅層設(shè)計使用年限的計算。具體計算方法可參考小樹洞上一篇文章《一口氣讀懂“大氣腐蝕”》
