光伏支架的宿命：腐蚀 | 一口气读懂“大气腐蚀”
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北极星太阳能光伏网讯: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**O1461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**O1461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, **O1461
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**O1461里面的一段话：
Thinnergalvanizedcoatingsthanthosepreviouslyspecifiedhavebeenfoundtoprovidesufficientcorrosionprotectioninmanyinstances.[...]Referenceshouldbemadeto**O9223todeterminethecorrosioncategoryforaparticularexternalexposureenvironment.
Page 15, Annex E, **O9223
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**O9223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**O9223这本规范。
2.大气腐蚀等级分类
首年腐蚀速率
在**O9223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, **O9223
常见的腐蚀等级分类C1~C5
另外，在**O9223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，**O9223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，**O9223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, **O9223
不同金属在不同大气腐蚀等级下的
首年腐蚀速率
但是**O9223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**O 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**O14713里也做了解释：
Thecorrosionrateofazinccoatingisaffectedbythetimeforwhichitisexposedtowetness,airpollutionandcontaminationofthesurface,[...]andoftendecreasewithtime.Generalinformationontheatmosphericcorrosionrateforzincisgivenin**O9224.
Page 7, chapter 7.1, **O14713
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**O9224.
而**O9224就是依据**O CORRAG计划里面的数据，对**O9223标准的衍生。在**O9224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：
**O 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)。
**O9224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, **O9224
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**O9224提供的多年平均腐蚀速率也相吻合。
▵Table B.1, **O9224
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, **O9223
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**O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
原标题:光伏支架的宿命: 腐蚀 | 腐蚀的基本理论
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