近日，工业和信息化部电子第五研究所苏少燕团队以《基于环境因素法和标准金属法的大气腐蚀性等级评价与分析》为题在《环境技术》2024年第4期上发表最新研究内容，第一作者为苏少燕，通讯作者为李长虹。

 

      本文采用环境因素法和标准金属法对我国南海某地进行大气腐蚀性等级评价与分析，详细阐述了两种评价方法的分析过程，探讨了两种方法的特点，对比分析两种评价方法推测的结果。本文最后基于环境因素法和标准金属法测定结果定量评估了金属材料大气环境腐蚀性严酷程度，对评估某个地点的大气环境腐蚀性严酷程度，采取该地区使用产品采取相应防护措施具有重要意义。

 

引言

 

传统的大气腐蚀性分类方法是根据环境状况分类的。如工业大气、海洋大气、乡村大气、城市大气等，这种分类方法不足之处是没有细致的、定量的分类考虑，因而不能提供一个能预测大气腐蚀性的定量方法，经过半个世纪的发展，大气腐蚀性评价形成了环境因素法、标准金属法、腐蚀变量法等比较成熟的方法，也出现了比较权威的分类分级标准[1]。如1992年国际标准化组织发布了一套大气腐蚀等级分类标准——ISO9223～ISO9226《金属和合金的腐蚀》系列标准。其中包括：ISO9223《金属和合金的腐蚀 大气腐蚀性 分类》，ISO9224《金属和合金的腐蚀 大气腐蚀性 腐蚀性分级的指导值》，ISO9225《金属和合金的腐蚀 大气腐蚀性 污染物的测定》和ISO9226《金属和合金的腐蚀 大气腐蚀性 评价腐蚀性用标准样》。我国依据以上标准发布了相应的标准GB/T 19292.1～4。目前这些标准方法已在很多工程上取得了重要的应用，特别是在工程防腐蚀设计、产品环境适应性预计等方面。

 

本论文采用标准试样法和环境因素法对南海某岛礁大气环境进行大气腐蚀性分类。

 

大气腐蚀性评价——环境因素法

 

环境因素法就是通过监测大气环境的气象因素和污染物，确定影响金属大气腐蚀的主要环境因素的量值水平，进而对大气环境腐蚀严酷程度进行分级分析。由于金属和合金大气腐蚀的关键因素是温度-湿度的综合作用，以及二氧化硫和氯化物的浓度，因此，GB/T 19292.1环境因素法是采用润湿时间、空气中Cl-和空气中SO2共3项指标来评估大气腐蚀等级。首先，分别确定润湿时间等级和污染等级，然后将润湿类型和环境污染类型综合起来，评定环境腐蚀大气腐蚀性等级。该方法的优点在于：①润湿时间反映了金属大气腐蚀的本质；②3种因素是互相独立的，虽然温度、相对湿度、降雨量、降雨时间、日照时间、降尘等因素对金属的腐蚀有明显影响，但它们并不是独立的，其作用主要是影响润湿时间而影响金属的大气腐蚀；③因素少，成本低，操作简便。

 

本文通过监测南海某岛礁的润湿时间、二氧化硫浓度、氯化物沉降率量值，依据GB/T 19292.1中润湿时间等级分类表（见表1）、二氧化硫等级分类表（见表2）、盐雾沉降率等级分类表（见表3）进行分别评定南海某岛礁的润湿时间等级、二氧化硫浓度等级、氯化物沉降率等级，然后按照表4进行综合评价某岛礁大气腐蚀性等级。

表1 润湿时间分类

表2 以二氧化硫为代表的含硫化合物污染物分类

表3 以氯化物为代表的空气中盐类污染物分类

表4 综合评价大气的腐蚀性等级

 

大气腐蚀性评价——标准金属法

 

标准金属法是采用大气腐蚀规律已知的金属材料作为标准试样进行户外暴露，以标准金属一年或多年的腐蚀失重或腐蚀深度来确定所在环境的腐蚀性。GB/T19292.1标准根据碳钢、纯锌、纯铜和纯铝4种标准金属材料第一年的腐蚀速率评估大气腐蚀性。该标准依据这4种金属的腐蚀速率将大气腐蚀性等级分为5类：C1—腐蚀性很低，C2—低；C3—中；C4—高；C5—很高，分级准则见表5。该方法的优点有：①几种标准金属大气环境中一般为均匀腐蚀；②易于操作；③对金属的化学成分、初始暴露环境、金属丝的直径、腐蚀产物清除方法等对腐蚀速率影响较大的因素都作出了明确规定，保证了不同试验的标准金属腐蚀速率只反映了目标环境大气腐蚀性的影响。

 

依据GB/T19292.1-2003，铜、铝、锌、钢的标准试片经自然暴露试验1年，除去腐蚀产物后求得腐蚀速率，由下表可确定腐蚀性严酷程度级别。

表5 不同金属暴露第一年的腐蚀速率进行环境腐蚀性分类

 

环境因素的测定与分析方法

 

1、润湿时间

 

依据GB/T 19292.1，用温度大于0℃相对湿度高于80%的时间计算出表面润湿时间。

 

2、二氧化硫

 

依据GB/T 15262-94《环境空气 二氧化硫的测定 甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法》，确定了南海某岛礁大气环境中的SO2。即利用二氧化硫被甲醛溶液吸收后，会生成稳定的羟甲基磺酸加成化合物。而此化合物与氢氧化钠作用后，会重新分解出二氧化硫，再与副玫瑰苯胺及甲醛作用，生成紫色化合物。最后将该化合物放置在分光光度计下，于577nm波长下进行吸光度测定，即可按下列公式推导出要求的二氧化硫浓度：

式中：

A—样品溶液的吸光度；

A0—试剂空白溶液的吸光度；

BS—校正因子，μg·SO2/12mL/A；

Vt—样品溶液总体积，mL；

Va—测定时所取样品溶液体积，mL；

VS—换算成标准状况下的采样体积，L。

 

3、氯化物沉降率

 

根据GB8894.1-2017《自然环境因素测定方法 第1部分：大气环境因素》测定氯化物沉降率，将医用纱布剪成120mm×240mm，把纱布对折夹入采样器框内，使纱布暴露有效面积为100mm×100mm，其中纱布为双层，固定在框内，垂直吊挂在通风且不直接接触雨水的地方，连续采集1个月，3组平行样。采用离子色谱法测定盐雾沉降率的含量。

式中：

CCl-—大气中氯离子含量，[mg/(100cm2·d)]；

ɑ2—样液中氯离子的含量，mg；

b2—空白溶液氯离子的含量，mg；

5—测定的试验溶液中氯离子的含量与采样面积的换算系数；

n2—采样器具暴露天数，d。

 

金属材料腐蚀速率的测定方法

 

为了确定某岛礁大气环境条件对基础金属材料的腐蚀影响程度，除了进行环境因子的测量与统计分析以外，还需要同时开展包括碳钢材料在内的四种基础金属材料（碳钢、纯铜、纯铝与纯锌）户外自然暴露试验，并以获得的年平均腐蚀速率进行分级。

 

本文选取20#、08Al、45#、09CuPCrNi等4种碳钢和1070A铝、T1铜、99.95Zn锌开展某岛礁户外自然暴露试验，采用失重法测试金属不同周期腐蚀速率，根据GB/T19292.4-2003规定，某岛礁的大气腐蚀性可以通过腐蚀速率来推断，并通过暴晒1年的标准试样除去腐蚀产物后单位面积的失重计算得。其中，每种金属的腐蚀速率，按下式计算：

式中：

rcorr—腐蚀速率，单位为克每平方米年[g/(㎡·a)]；

Δm—样品失重，g；

A—样品表面面积，m2； 

t—暴晒时间，a。

腐蚀速率用也可用微米每年rcorr深度(μm/a)表示的计算公式如下：

式中：

ρ—样品密度，g/cm3（Fe为7.86、Zn为7.14、Cu为8.96、Al为2.70）；

Δm—样品失重，g；

A—样品表面面积，m2；

t—暴晒时间，a。

 

结果与讨论

 

1.环境因素法分析

 

本文将连续2年监测的环境因素数据平均值（见表6），分析某岛礁腐蚀性等级。如表7所示：某岛礁年润湿时间为4457.5小时/年，对应表1分析，可得某岛礁润湿等级为τ4；户外二氧化硫的年平均值为29.4μg/m3,对应表2分析，可得某岛礁二氧化硫污染等级为P1。户外盐雾沉降率年平均值为69.0mg/(㎡·d)，对应表3分析，可得盐雾沉降率污染等级为S2。将润湿类型和环境污染类型综合起来，依据表4，可评定碳钢材料某岛礁户外的腐蚀等级为C4级，铜及锌材料的腐蚀性等级为C4级，铝材料的腐蚀性等级为C4级。监测结果如下（见下表6和表7）。

表6 南海某岛礁两年平均环境因素数据

表7 西沙环境因素腐蚀性等级分析结果

结合表6和表1分析，表1中，润湿等级分5级，其中最严酷等级为τ5，从表6可见，某岛礁年累计总太阳辐射量为7009.35 MJ/㎡，可见其全年太阳辐射很强，蒸发量大，导致月平均相对湿度在76%～81%之间，其年润湿时间为4457.5小时/年，润湿等级为τ4。

 

结合表6和表2分析，表2中二氧化硫等级为4级，最严酷等级为P3，从表6可见户外二氧化硫的年平均值为29.4μg/m3,对应表2分析，可得某岛礁二氧化硫污染等级为P1。相关研究表明，我国大气中87%二氧化硫来自燃煤、工业废气、机动车尾气、生活烟气等，本文某岛礁远离工业城市、无煤炭污染、工业废气和机动车尾气，二氧化硫唯一来源为少量生活烟气。因此整个环境二氧化硫含量低，污染少。这个因素影响了该岛礁整个环境的大气腐蚀性等级。

 

结合表6和表3分析，表3中氯化物严酷程度等级为4级，最严酷是S3，浓度在300＜S≤1500（mg/㎡·d），某岛礁测得的户外盐雾沉降率年平均值为69.0mg/(㎡·d)，可得盐雾沉降率污染等级为S2。

 

综合润湿时间、二氧化硫严酷程度等级和氯化物严酷等级，由于二氧化硫严酷等级低，整个综合金属材料腐蚀性等级为C4级。

 

2.腐蚀速率法分析

 

本文选取20#、08Al、45#、09CuPCrNi、1070A铝、T1铜、99.95Zn锌8种金属材料在监测环境因素周期内测得的腐蚀速率和腐蚀深度结果如下表8,根据腐蚀速率值，对应GB/T 19292.4划分的腐蚀性等级，获得基础金属材料在某岛礁试验1年腐蚀性等级（见下表9）。

 

依据GB/T19292.1-2003划分的腐蚀性等级。四种碳钢材料在西沙暴露1年，有三种碳钢材料的腐蚀等级属于C4级，08AL的腐蚀等级为C5。环境因素推测出碳钢的腐蚀等级为C4级，与实测值较接近。铜和锌西沙暴露1年的腐蚀严酷度属于C5级，环境因素推测值为C4，比实测值低。铝西沙户外暴露1年的腐蚀性严酷度等级为C3级。

表8 基础金属材料户外暴露1年腐蚀速率及腐蚀深度结果表

表9 基础金属材料试验1年的腐蚀性等级

 

结束语

 

环境因素法和标准试样法评价大气腐蚀严酷度等级。两种方法评估的钢、锌、铜和铝4种基础金属材料中，碳钢的腐蚀性等级一致，环境因素法推测铜锌的腐蚀性偏低，由于标准试样法是按均匀腐蚀计算得到的,而铝经受局部点蚀存在潜在的破坏性影响。因此，实际铝遭受腐蚀严酷度往往高于C3级。两种方法定量评估了金属材料大气环境腐蚀性严酷程度，对评估某个地点的大气环境腐蚀性严酷程度，采取该地区使用产品采取相应防护措施具有重要意义。同时该环境因素法推测的腐蚀性等级受润湿时间、二氧化硫和氯化物三个环境因素中单一因素影响很大，而二氧化硫污染源主要来自于工业污染为主，可见，该方法特点更贴近评估工业城市的大气腐蚀性等级。对于无工业污染影响地区的大气腐蚀性等级及其对装备的破坏程度要进行综合考虑。

 

引用本文：

 

苏少燕,李长虹.基于环境因素法和标准金属法的大气腐蚀性等级评价与分析[J].环境技术,2024,42(04):220-225+239.

 

来源：环境技术核心期刊

关键词： 大气腐蚀性等级评价