光伏支架的宿命: 腐蚀 | “大气腐蚀”番外篇-揭开“盐雾试验”的骗局

来源：小树洞谈光伏支架

引导语

小树洞经常听到，有些朋友希望通过盐雾试验的方法，来定性判断镀锌支架是否符合要求。那么盐雾试验的原理是什么呢？光伏支架真能通过盐雾试验来设计镀锌厚度么？

目录：

1.?锌的氧化腐蚀过程

2. 盐雾试验原理

3. 盐雾试验可靠么？

文章内为了表示方便

以下标准都采用其编号进行叙述

*全文共3760字14图

预计阅读时间10分钟

讲盐雾测试之前，先介绍下锌的防腐蚀原理。镀锌是最常见的一种支架防腐措施，它的主要机理就是“牺牲阳极、保护阴极”。买球·(中国)知道，锌元素本身是洁白银色的金属，但是镀在支架表面的锌层却是“灰白色”的，这种灰白色的物质其实就是锌氧化后的一种产物。正是由于锌在不同阶段和环境中，会产生不同特性的氧化物，才使其有了独特的防腐能力。

镀锌层对钢材的防腐能力主要有两道防线：

第二道防线的原理，买球·(中国)在上一篇《腐蚀的机理》已经有过详细的描述，这一篇买球·(中国)讲讲镀锌层的第一道防线，以便为后面的分析计算进行铺垫。

锌其实是一种非常活泼的金属，当它暴露在潮湿大气中时，会与空气中的氧气和水蒸气发生反应，形成一层多孔的、胶粘状的ZnO和Zn(OH)2混合物，这种混合物再继续与大气中的CO2进一步反应，就产生了一层致密的、附着力强的、不溶于水的碱式碳酸锌2ZnCO3*3Zn(OH)2产物，正是这种锌的氧化物包裹住了整个镀锌层，隔绝了大气与钢材的直接接触，从而形成了镀锌防腐的第一道防线。

碱式碳酸锌在大气中主要有两种途径会被消耗掉：

?锌的腐蚀过程

由于这几年的环境保护运动，大气中的硫化物逐渐减少，所以目前镀锌的腐蚀主要来源于氯化物的作用。而正是这种往复不断的氧化腐蚀和雨水冲刷(Corrosion and runoff)的过程，导致了锌层的腐蚀损失。大家注意，敲黑板划重点了！这对后面了解“盐雾试验”的原理非常重要。

这种氧化物与大气相互作用的过程，通�？梢允褂肎ILDES算法建立数学建模，来进行分析。目前这套算法理论也得到了行业内的广泛认可，包括ISO 9223等标准的计算基础都是GILDES理论。

?GILDES算法使用各种化学物的本身属性

分析不同氧化物的形成过程

并预测腐蚀消耗的时间

盐雾测试指的是，在密闭的恒温箱内，将相应浓度的盐水进行雾化，人造气氛腐蚀的一种试验。它是一种加速测试方法，其盐雾环境的氯化物的盐浓度，可能是一般天然环境盐雾含量的几倍或几十倍，这使腐蚀速度大幅提高。对产品进行盐雾试验，得出结果的时间也大幅缩短。

?常见的盐雾测试设备(来源：Ascott)

盐雾试验的方法主要依据各国的规范，比如国标GB/T10125、美标ASTM B117、日本标准JIS Z 2371和国际标准ISO9227。目前常用的盐雾测试主要有三种：

?表2，GB/T10125

各类盐雾试验条件

对于盐雾试验后的判断，通常采用ISO10289对测试后样品的缺陷面积进行评估，并按照RP0~10等级分类。

?Table 1，ISO10289

缺陷面积和保护评级

综上所述，盐雾试验是一种加速腐蚀测试方法。那么对于光伏支架的镀锌防腐，是否可以采用盐雾测试，来对不同大气腐蚀等级进行设计年限的评估呢？

盐雾测试是一种采用高浓度盐水喷雾来模拟加速大气腐蚀的试验。这种盐雾腐蚀是一种常见和最有破坏性的大气腐蚀。盐雾对金属材料表面的腐蚀，是由于含有的氯离子穿透金属表面的氧化层防护层，然后与内部金属发生电化学反应引起的。同时，氯离子含有一定的水合能，易被吸附在金属表面的孔隙、裂缝排挤并取代氧化层中的氧，把不溶性的氧化物变成可溶性的氯化物，使钝化态表面变成活泼表面。

然而镀锌层防腐的第一道防线，是利用其锌氧化物形成一层密闭层，来隔绝锌与大气的接触，在盐雾试验里，由于锌层无法像在大自然中那样形成第一道防线，导致其防腐能力大大降低。因此对于镀锌防腐工艺，不能使用盐雾试验来进行可靠性判断。

在很多专业的文章中，解释了为什么不能使用盐雾试验判断镀锌防腐能力，小树洞摘抄几段如下：

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.

Salt Spary Test, Wikipedia

由于在盐雾试验中，碳酸盐无法正常形成，因此这种测试并不能准确的来测量镀锌的防腐能力。

盐雾试验，维基百科

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)

对于镀锌钢材，盐雾试验使用了一种错误的加速腐蚀机理。其盐雾直接作用到了纯锌上。[…]?由于碳酸锌产物并没有形成，而盐雾直接与锌金属接触，其腐蚀速率会非�？�。

Dr. Tom Langill，AGA(美国镀锌协会)

很多国际规范里，也有对镀锌层不能使用盐雾试验的说明。

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.

Page 15，Annex E，ISO1461

来源于加速测试的短期腐蚀测试，或者像Kesternick测试、ISO6988以及盐雾测试这样的短期腐蚀测试，不能被用来预测镀锌层的长期防腐能力。

第15页，附录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

盐雾试验并不能被用于准确测试镀锌钢材?[…]。由于失去了湿/干循环，锌层无法形成氧化层。而这种氧化层的缺失，导致盐雾持续不断地攻击锌金属，因此无法预测镀锌层的寿命。

第16页，第8章，ISO14713

另外，国际上并没有对镀锌盐雾试验的要求，很多朋友错误地将ISO12944-6里面的表格来作为镀锌钢材的盐雾试验要求，其实ISO12944是用于“在镀锌层外再添加一层有机涂层”的防腐要求，并不是针对纯镀锌防腐的要求，大家千万不要被误导了。

?Table 1，ISO12944-6

表面附着有机涂层的镀锌钢材“盐雾试验”小时要求

并不是针对买球·(中国)常见的镀锌钢材

那么“盐雾试验”的目的和作用是什么呢？小树洞这里引用一下“国际盐雾试验标准-ISO9227”开篇里面的内容：

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.

Introduction, ISO9227

金属的盐雾试验结果，并不能作为其防腐能力的直接标准，[…]?如果是为了品质控制的目的，那么盐雾试验可以被用来对相同镀层的样品进行比较。

介绍，ISO9227

所以盐雾试验的真实作用，是被用来对比两件具有相同镀层的样品的产品质量。

综上所述，镀锌钢材在盐雾试验中无法形成有效的第一道防线，导致腐蚀的加速。因此盐雾试验不能被用来预测镀锌钢材的防腐能力。最直接有效的方式，是利用ISO9223和ISO9224规范，按照厚度进行锌层设计使用年限的计算。具体计算方法可参考小树洞上一篇文章《一口气读懂“大气腐蚀”》