ISO 9223大氣環(huán)境腐蝕性分級標準更新解讀

孫飛龍，蔣 荃，劉婷婷，劉玉軍，趙春芝，馬麗萍

（1. 中國建材檢驗認證集團股份有限公司，北京 100024； 2. 國家綠色建材重點實驗室，北京 100024）

引言

傳統(tǒng)的大氣腐蝕性分級分類方法是根據(jù)環(huán)境狀況分類的，如工業(yè)大氣、海洋大氣、鄉(xiāng)村大氣、城市大氣等。這種分類方法的不足之處是沒有細致地考慮工業(yè)的類別、城市密度和所有的燃料等方面的差異，因而不能提供一個能預(yù)測大氣腐蝕性的定量方法[1]。ISO 9223標準規(guī)定了兩種大氣環(huán)境腐蝕性分級分類的方法：一種方法是根據(jù)金屬標準試件的腐蝕速率進行分級，即將鋼、鋅、銅、鋁的標準試片在某自然環(huán)境暴露1年后，由失重速率確定大氣腐蝕性的分級；另一種方法是根據(jù)大氣環(huán)境中SO2濃度、Cl-沉降量和試件 的潤濕時間，形成一個推測性的腐蝕分級[2-3]。用于預(yù)測在不同腐蝕性等級的大氣中，金屬、合金和一些金屬涂鍍層的使用壽命。ISO 9223-2012在ISO 9223-1992的基礎(chǔ)上做了技術(shù)性修改。本文旨在分析ISO 9223-2012標準對大氣環(huán)境腐蝕性分級的改進之處，以指導(dǎo)產(chǎn)品開發(fā)和耐蝕性鑒定。

1 大氣腐蝕性分級

ISO 9223-1992將大氣腐蝕性分為5類：C1：腐蝕性很低；C2：低；C3：中；C4：高；C5：很高。但一些學(xué)者對熱帶潮濕氣候區(qū)（加勒比海地區(qū)的古巴、墨西哥、委內(nèi)瑞拉等）的大氣腐蝕性進行了評估，發(fā)現(xiàn)海濱的大氣腐蝕性高于ISO 標準的C5級[4-5]。J. Morales等的研究表明在加那利群島西部的一些島嶼上碳鋼、銅和鋅的腐蝕速率超過了ISO 9223-1992標準中規(guī)定的C5級[6-7]。因此，ISO 9223-2012將大氣腐蝕性分為6類，在前5類的基礎(chǔ)上增加了一級CX：應(yīng)用于特定海洋和海洋/工業(yè)環(huán)境。具體的大氣腐蝕性分級對比以及典型環(huán)境示例見表1。

2 推測性腐蝕分級方法

ISO 9223-1992用表格的方式劃分了推測性腐蝕分級。根據(jù)潤濕時間和污染物濃度（二氧化硫和氯化物）分別針對碳鋼、鋅和銅、鋁進行了環(huán)境腐蝕性分級。其中，潤濕時間是一個很重要的環(huán)境參數(shù)，計算溫度高于0℃相對濕度大于80%的總時間。此種潤濕時間的計算方法并不合理。在南極和亞北極地區(qū)的研究表明，當溫度低于0℃時，大氣腐蝕也會發(fā)生。墨西哥濕熱地帶5年的試驗結(jié)果表明沿海的真實潤濕時間往往是內(nèi)陸的2倍。建議計算潤濕時間時降低相對濕度的限值[8-9]。而另一方面，在很多熱帶內(nèi)陸地區(qū)，真實的潤濕時間又低于按照標準方法計算的結(jié)果。因為在太陽輻照的作用下，金屬表面的溫度往往高于空氣中的。溫度的差異將導(dǎo)致潤濕時間的極大偏差[10]。此種現(xiàn)象也在實驗室研究中出現(xiàn)，當相對濕度為98%時，溫度的升高會迅速降低金屬表面液膜的厚度。當溫度為60℃時，鋅表面只有2-3層水膜[11]。以上研究表明，在大氣環(huán)境下，溫度升高一方面加速了腐蝕的電化學(xué)、化學(xué)和擴散步驟；另一方面也促進了金屬表面液膜的蒸發(fā)，降低了潤濕時間，阻礙了腐蝕進程。鑒于此，ISO 9223-2012對腐蝕分級的推測方法進行了改進。

在大量試驗的基礎(chǔ)上，建立了不同材料第一年的腐蝕速率與污染物濃度（二氧化硫沉積率和氯化物沉積率）、相對濕度和溫度的函數(shù)關(guān)系。利用函數(shù)關(guān)系，根據(jù)環(huán)境參數(shù)計算材料第一年的腐蝕速率，再按照材料第一年的腐蝕速率對環(huán)境進行腐蝕性分級。對于碳鋼、鋅、銅、鋁分別給出了不同的計算公式。

表1 大氣腐蝕性分級對比

1）對于碳鋼：

2）對于鋅：

3）對于銅：

4）對于鋁：

其中rcorr為第一年的腐蝕速率（μm/a），T為全年平均溫度（℃），RH為全年的平均相對濕度（%），Pd為全年平均SO2沉積率（mg/(m2·d)），Sd為全年平均Cl-沉積率（mg/(m2·d)）。

此方法與ISO 9223-1992的方法相比，具有兩個優(yōu)點：一是排除了潤濕時間計算偏差帶來的腐蝕性分級偏差；二是將鋅和銅區(qū)別開來進行大氣腐蝕性分級，結(jié)果更準確。在ISO 9223-2012附錄中還分析了推測性腐蝕性分級的不確定度，與按照金屬標準試件的腐蝕速率進行環(huán)境分級的不確定度進行了比較，如表2所示。

表2 腐蝕性分級的不確定度

表中的不確定度基于多種材料在不同的試驗場的暴曬結(jié)果。但只是針對某一時期，從而，結(jié)果雖然具有一般有效性。但由于環(huán)境的腐蝕性逐年變化，取決于實際的氣候變化，由此帶來的結(jié)果不確定度不包含在表中結(jié)果中。由于推測性腐蝕分級是在計算函數(shù)的基礎(chǔ)上得來的，因此總的不確定度來源于兩方面：一是函數(shù)的不確定度，二是環(huán)境參數(shù)測量的不確定度。其中，函數(shù)的不確定度為主。表中的不確定度是函數(shù)中所用參數(shù)在整個范圍內(nèi)的不確定度的平均值。對于所有的回歸方程來說，在中間范圍也就是C3級時，不確定度最低；而在更低和更高的范圍對應(yīng)于C1和C5級時，不確定度較高；CX級的不確定度最高不包含在計算中。

3 結(jié)論

與ISO 9223-1992相比，ISO 9223-2012進行了重要的技術(shù)更新，主要技術(shù)更新包括以下兩方面：

1）由于特定海洋/工業(yè)環(huán)境的大氣腐蝕性高于ISO標準的C5級，因此ISO 9223-2012將大氣腐蝕性分為6級，在C1、C2、C、C4、C5的基礎(chǔ)上增加了一級CX：應(yīng)用于特定海洋和海洋/工業(yè)環(huán)境。

2）由于ISO標準中規(guī)定的金屬表面潤濕時間的計算方法在某些環(huán)境下不適用，因此ISO 9223-2012改進了推測性腐蝕分級方法。在大量試驗的基礎(chǔ)上，建立了碳鋼、鋅、銅和鋁第一年的腐蝕速率與污染物濃度（二氧化硫沉積率和氯化物沉積率）、相對濕度和溫度的函數(shù)關(guān)系。利用函數(shù)關(guān)系，根據(jù)環(huán)境參數(shù)計算材料第一年的腐蝕速率，據(jù)此對環(huán)境進行腐蝕性分級。

[1]曹楚南. 中國材料的自然環(huán)境腐蝕[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：1-26.

[2]ISO 9223-1992, Corrosion of metals and alloys - Corrosivity of atmospheres – Classif ication[S].

[3]ISO 9223-2012, Corrosion of metals and alloys - Corrosivity of atmospheres – Classif ication[S].

[4]Corvo F. Haces C, Betancourt N., et al., Atmospheric corrosivity in the Caribbean Aria[J]. Corrosion Science, 1997, 39(5): 823-833.

[5]Veleva L., Pérez G., Acosta M., Statistical analysis of the temperature-humidity complex and time of wetness of a tropical climate in the Yucatán Peninsula in Mexico[J]. Atmospheric Environment. 1997, 31(5): 773-776.

[6]Morales J., Martin-Krijer S., Diaz F., et al., Atmospheric corrosion in subtropical areas: inf luences of time of wetness and defi ciency of the ISO 9223 norm[J]. Corrosion Science, 2005, 47: 2005-2019.

[7]Morales J., Diaz F., Hernandez-Borges J., et al., Atmospheric corrosion in subtropical areas: Statistic study of the corrosion of zinc plates exposed to several atmospheres in the province of Santa Cruz de Tenerife (Canary Islands, Spain)[J]. Corrosion Science, 2007, 49:526-541.

[8]King, G.A., Duncan, J.R., Some apparent limitations in using the ISO atmospheric corrosivity categories[J]. Corrosion & Materials,1998, 23(1): 8-24.

[9]Townsend, H.E., Outdoor and Indoor Atmospheric Corrosion[M],ASTM STP, 1421, Amer. Soc. Test. Mater, West Conshohocken, PA,USA, 2002: 48-58.

[10]Dean, S.W., Hernandez-Duque Delgadillo, G., Bushman, J.B.,Marine Corrosion in Tropical Environments[M], ASTM STP 1399, Amer.Soc. Test. Mater., West Conshohocken, PA, USA, 2000: 18-27.

[11]Tidblad, J., Mikhailov, A.A., Kucera, V., Acid deposition effects on materials in subtropical and tropical climates[R]. Data compilation and temperate climate comparison, KI Report 2000: 8E,Swedish Corrosion Institute, Stockholm, Sweden, 2000: 33.