來源：小樹洞談光伏支架
引導語
上一篇講了腐蝕的機理，其中“大氣腐蝕”是最顯而易見的一種腐蝕現(xiàn)象。如何計算和分析大氣腐蝕呢，我們從以下幾個點來層層剖析。
目錄：
1.?熱鍍鋅厚度設計
2.?大氣腐蝕等級，首年腐蝕速率
3. 多年腐蝕速率計算
文章內(nèi)為了表示方便
以下標準都采用其編號進行敘述
1.熱鍍鋅厚度設計
對于熱鍍鋅厚度的設計方法，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系，越薄的鋼材越難鍍上鋅。因此在ISO1461和ASTM A123這兩個規(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，小樹洞之前講過，不同的大氣情況下，其對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。具體需要參考ISO9223來對不同外部環(huán)境進行腐蝕等級的評估。
第15頁，附錄E，ISO9223
所以，如果針對性的對不同的大氣環(huán)境，分別設計不同的鍍鋅厚度，我們就要了解下ISO9223這本規(guī)范。
2.大氣腐蝕等級分類 首年腐蝕速率
在ISO9223里面，對所有大氣腐蝕情況分成了從C1到CX這六個等級。
?Table C.1, Annex C, ISO9223
常見的腐蝕等級分類C1~C5
另外，在ISO9223里，也對如何計算首年腐蝕速率(first-year corrosion rate)進行了說明。以下為r_corr(首年腐蝕速率)的計算公式：
我們由上面的公式可以得知，ISO9223的大氣腐蝕等級分類的原理，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)]
除了以上的詳細計算公式外，ISO9223也提供了針對不同大氣腐蝕等級、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計使用壽命往往都是25年，甚至更高。那么對于多年的綜合腐蝕情況，我們又該如何進行分析計算呢？
3.多年腐蝕速率計算
隨著近50年對大氣腐蝕數(shù)據(jù)的逐漸積累，人們對大氣腐蝕的相關研究越來越深入。其中比較著名的就是ISO CORRAG(大氣暴露計劃)，在這個項目里，科學家們對包括歐洲、阿根廷、加拿大、日本、新西蘭以及美國等世界各地的測試點進行了大量的分析，獲得了非常有價值的數(shù)據(jù)，大大提高了預測多年大氣腐蝕速率的準確性。
?ISO?CORRAG大氣暴露計劃的測試點
研究發(fā)現(xiàn)，由于金屬表面的腐蝕產(chǎn)物積累，腐蝕速率會隨著其暴露在大氣中的時間延長而降低。
?鋅的氧化物消耗率隨著時間的延長而降低
(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間長短影響，腐蝕速率往往隨著時間的增長而降低。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計劃里面的數(shù)據(jù)，對ISO9223標準的衍生。在ISO9224里面，提供了計算鋅層多年腐蝕厚度的方法。其計算公式如下：
ISO CORRAG項目對大量材料，在全球多地進行了長期的暴露實驗，通過對數(shù)據(jù)的回歸分析，獲得了金屬-環(huán)境特定的時間指數(shù)。上訴公式中的b就是這個時間指數(shù)(Time exponent)。
ISO9224的計算里提供了兩種時間指數(shù)，B1和B2。其中B1為大氣暴露計劃中同種材料的平均時間指數(shù)，而B2是在B1的基礎上，增加了2倍的標準偏差，用于計算大氣腐蝕速率的上限。
?Table 2, ISO9224
時間指數(shù)B1和B2
小樹洞舉一個算例，以C3的大氣腐蝕等級來計算下，30年設計壽命的鍍鋅光伏支架所需要的鍍鋅厚度：
從上面的計算結果我們可以得知，鍍鋅支架如果按照30年的設計年限，那么其在C3的大氣腐蝕等級下，至少需要11.2~33.7um的鍍鋅厚度。并且計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SO2尤其敏感，在SO2氣體含量高的環(huán)境中(SO2處于P3水平時)，鋅合金的腐蝕速率會比較高，這種情況下為了謹慎起見可以假定腐蝕速率和時間呈線性關系，也就是b值取1.0。
?Table B.3, ISO9223
硫化物含量，P0~P3的分級
同時，網(wǎng)上也提供一些自動計算鍍鋅腐蝕速率的工具，比如Dr. Gregory Zhang建立的ZCLP(Zinc Coating Life Predictor)，人們可以輸入幾個大氣參數(shù)，便能計算出對應的每年腐蝕速率。當然計算的數(shù)值也只是一個參考，小樹洞建議還是以ISO規(guī)范為準。需要的朋友可以在公眾號內(nèi)發(fā)送“大氣腐蝕計算”來獲得鏈接。
?Zinc Coating Life Predictor
