近日，工業和信息化部電子第五研究所蘇少燕團隊以《基于環境因素法和標準金屬法的大氣腐蝕性等級評價與分析》為題在《環境技術》2024年第4期上發表最新研究內容，第一作者為蘇少燕，通訊作者為李長虹。

      本文采用環境因素法和標準金屬法對我國南海某地進行大氣腐蝕性等級評價與分析，詳細闡述了兩種評價方法的分析過程，探討了兩種方法的特點，對比分析兩種評價方法推測的結果。本文最后基于環境因素法和標準金屬法測定結果定量評估了金屬材料大氣環境腐蝕性嚴酷程度，對評估某個地點的大氣環境腐蝕性嚴酷程度，采取該地區使用產品采取相應防護措施具有重要意義。

引言

傳統的大氣腐蝕性分類方法是根據環境狀況分類的。如工業大氣、海洋大氣、鄉村大氣、城市大氣等，這種分類方法不足之處是沒有細致的、定量的分類考慮，因而不能提供一個能預測大氣腐蝕性的定量方法，經過半個世紀的發展，大氣腐蝕性評價形成了環境因素法、標準金屬法、腐蝕變量法等比較成熟的方法，也出現了比較權威的分類分級標準[1]。如1992年國際標準化組織發布了一套大氣腐蝕等級分類標準——ISO9223～ISO9226《金屬和合金的腐蝕》系列標準。其中包括：ISO9223《金屬和合金的腐蝕 大氣腐蝕性 分類》，ISO9224《金屬和合金的腐蝕 大氣腐蝕性 腐蝕性分級的指導值》，ISO9225《金屬和合金的腐蝕 大氣腐蝕性 污染物的測定》和ISO9226《金屬和合金的腐蝕 大氣腐蝕性 評價腐蝕性用標準樣》。我國依據以上標準發布了相應的標準GB/T 19292.1～4。目前這些標準方法已在很多工程上取得了重要的應用，特別是在工程防腐蝕設計、產品環境適應性預計等方面。

本論文采用標準試樣法和環境因素法對南海某島礁大氣環境進行大氣腐蝕性分類。

大氣腐蝕性評價——環境因素法

環境因素法就是通過監測大氣環境的氣象因素和污染物，確定影響金屬大氣腐蝕的主要環境因素的量值水平，進而對大氣環境腐蝕嚴酷程度進行分級分析。由于金屬和合金大氣腐蝕的關鍵因素是溫度-濕度的綜合作用，以及二氧化硫和氯化物的濃度，因此，GB/T 19292.1環境因素法是采用潤濕時間、空氣中Cl-和空氣中SO2共3項指標來評估大氣腐蝕等級。首先，分別確定潤濕時間等級和污染等級，然后將潤濕類型和環境污染類型綜合起來，評定環境腐蝕大氣腐蝕性等級。該方法的優點在于：①潤濕時間反映了金屬大氣腐蝕的本質；②3種因素是互相獨立的，雖然溫度、相對濕度、降雨量、降雨時間、日照時間、降塵等因素對金屬的腐蝕有明顯影響，但它們并不是獨立的，其作用主要是影響潤濕時間而影響金屬的大氣腐蝕；③因素少，成本低，操作簡便。

本文通過監測南海某島礁的潤濕時間、二氧化硫濃度、氯化物沉降率量值，依據GB/T 19292.1中潤濕時間等級分類表（見表1）、二氧化硫等級分類表（見表2）、鹽霧沉降率等級分類表（見表3）進行分別評定南海某島礁的潤濕時間等級、二氧化硫濃度等級、氯化物沉降率等級，然后按照表4進行綜合評價某島礁大氣腐蝕性等級。

表1 潤濕時間分類

表2 以二氧化硫為代表的含硫化合物污染物分類

表3 以氯化物為代表的空氣中鹽類污染物分類

表4 綜合評價大氣的腐蝕性等級

大氣腐蝕性評價——標準金屬法

標準金屬法是采用大氣腐蝕規律已知的金屬材料作為標準試樣進行戶外暴露，以標準金屬一年或多年的腐蝕失重或腐蝕深度來確定所在環境的腐蝕性。GB/T19292.1標準根據碳鋼、純鋅、純銅和純鋁4種標準金屬材料第一年的腐蝕速率評估大氣腐蝕性。該標準依據這4種金屬的腐蝕速率將大氣腐蝕性等級分為5類：C1—腐蝕性很低，C2—低；C3—中；C4—高；C5—很高，分級準則見表5。該方法的優點有：①幾種標準金屬大氣環境中一般為均勻腐蝕；②易于操作；③對金屬的化學成分、初始暴露環境、金屬絲的直徑、腐蝕產物清除方法等對腐蝕速率影響較大的因素都作出了明確規定，保證了不同試驗的標準金屬腐蝕速率只反映了目標環境大氣腐蝕性的影響。

依據GB/T19292.1-2003，銅、鋁、鋅、鋼的標準試片經自然暴露試驗1年，除去腐蝕產物后求得腐蝕速率，由下表可確定腐蝕性嚴酷程度級別。

表5 不同金屬暴露第一年的腐蝕速率進行環境腐蝕性分類

環境因素的測定與分析方法

1、潤濕時間

依據GB/T 19292.1，用溫度大于0℃相對濕度高于80%的時間計算出表面潤濕時間。

2、二氧化硫

依據GB/T 15262-94《環境空氣 二氧化硫的測定 甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法》，確定了南海某島礁大氣環境中的SO2。即利用二氧化硫被甲醛溶液吸收后，會生成穩定的羥甲基磺酸加成化合物。而此化合物與氫氧化鈉作用后，會重新分解出二氧化硫，再與副玫瑰苯胺及甲醛作用，生成紫色化合物。最后將該化合物放置在分光光度計下，于577nm波長下進行吸光度測定，即可按下列公式推導出要求的二氧化硫濃度：

式中：

A—樣品溶液的吸光度；

A0—試劑空白溶液的吸光度；

BS—校正因子，μg·SO2/12mL/A；

Vt—樣品溶液總體積，mL；

Va—測定時所取樣品溶液體積，mL；

VS—換算成標準狀況下的采樣體積，L。

3、氯化物沉降率

根據GB8894.1-2017《自然環境因素測定方法 第1部分：大氣環境因素》測定氯化物沉降率，將醫用紗布剪成120mm×240mm，把紗布對折夾入采樣器框內，使紗布暴露有效面積為100mm×100mm，其中紗布為雙層，固定在框內，垂直吊掛在通風且不直接接觸雨水的地方，連續采集1個月，3組平行樣。采用離子色譜法測定鹽霧沉降率的含量。

式中：

CCl-—大氣中氯離子含量，[mg/(100cm2·d)]；

ɑ2—樣液中氯離子的含量，mg；

b2—空白溶液氯離子的含量，mg；

5—測定的試驗溶液中氯離子的含量與采樣面積的換算系數；

n2—采樣器具暴露天數，d。

金屬材料腐蝕速率的測定方法

為了確定某島礁大氣環境條件對基礎金屬材料的腐蝕影響程度，除了進行環境因子的測量與統計分析以外，還需要同時開展包括碳鋼材料在內的四種基礎金屬材料（碳鋼、純銅、純鋁與純鋅）戶外自然暴露試驗，并以獲得的年平均腐蝕速率進行分級。

本文選取20#、08Al、45#、09CuPCrNi等4種碳鋼和1070A鋁、T1銅、99.95Zn鋅開展某島礁戶外自然暴露試驗，采用失重法測試金屬不同周期腐蝕速率，根據GB/T19292.4-2003規定，某島礁的大氣腐蝕性可以通過腐蝕速率來推斷，并通過暴曬1年的標準試樣除去腐蝕產物后單位面積的失重計算得。其中，每種金屬的腐蝕速率，按下式計算：

式中：

rcorr—腐蝕速率，單位為克每平方米年[g/(㎡·a)]；

Δm—樣品失重，g；

A—樣品表面面積，m2； 

t—暴曬時間，a。

腐蝕速率用也可用微米每年rcorr深度(μm/a)表示的計算公式如下：

式中：

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

Δm—樣品失重，g；

A—樣品表面面積，m2；

t—暴曬時間，a。

結果與討論

1.環境因素法分析

本文將連續2年監測的環境因素數據平均值（見表6），分析某島礁腐蝕性等級。如表7所示：某島礁年潤濕時間為4457.5小時/年，對應表1分析，可得某島礁潤濕等級為τ4；戶外二氧化硫的年平均值為29.4μg/m3,對應表2分析，可得某島礁二氧化硫污染等級為P1。戶外鹽霧沉降率年平均值為69.0mg/(㎡·d)，對應表3分析，可得鹽霧沉降率污染等級為S2。將潤濕類型和環境污染類型綜合起來，依據表4，可評定碳鋼材料某島礁戶外的腐蝕等級為C4級，銅及鋅材料的腐蝕性等級為C4級，鋁材料的腐蝕性等級為C4級。監測結果如下（見下表6和表7）。

表6 南海某島礁兩年平均環境因素數據

表7 西沙環境因素腐蝕性等級分析結果

結合表6和表1分析，表1中，潤濕等級分5級，其中最嚴酷等級為τ5，從表6可見，某島礁年累計總太陽輻射量為7009.35 MJ/㎡，可見其全年太陽輻射很強，蒸發量大，導致月平均相對濕度在76%～81%之間，其年潤濕時間為4457.5小時/年，潤濕等級為τ4。

結合表6和表2分析，表2中二氧化硫等級為4級，最嚴酷等級為P3，從表6可見戶外二氧化硫的年平均值為29.4μg/m3,對應表2分析，可得某島礁二氧化硫污染等級為P1。相關研究表明，我國大氣中87%二氧化硫來自燃煤、工業廢氣、機動車尾氣、生活煙氣等，本文某島礁遠離工業城市、無煤炭污染、工業廢氣和機動車尾氣，二氧化硫唯一來源為少量生活煙氣。因此整個環境二氧化硫含量低，污染少。這個因素影響了該島礁整個環境的大氣腐蝕性等級。

結合表6和表3分析，表3中氯化物嚴酷程度等級為4級，最嚴酷是S3，濃度在300＜S≤1500（mg/㎡·d），某島礁測得的戶外鹽霧沉降率年平均值為69.0mg/(㎡·d)，可得鹽霧沉降率污染等級為S2。

綜合潤濕時間、二氧化硫嚴酷程度等級和氯化物嚴酷等級，由于二氧化硫嚴酷等級低，整個綜合金屬材料腐蝕性等級為C4級。

2.腐蝕速率法分析

本文選取20#、08Al、45#、09CuPCrNi、1070A鋁、T1銅、99.95Zn鋅8種金屬材料在監測環境因素周期內測得的腐蝕速率和腐蝕深度結果如下表8,根據腐蝕速率值，對應GB/T 19292.4劃分的腐蝕性等級，獲得基礎金屬材料在某島礁試驗1年腐蝕性等級（見下表9）。

依據GB/T19292.1-2003劃分的腐蝕性等級。四種碳鋼材料在西沙暴露1年，有三種碳鋼材料的腐蝕等級屬于C4級，08AL的腐蝕等級為C5。環境因素推測出碳鋼的腐蝕等級為C4級，與實測值較接近。銅和鋅西沙暴露1年的腐蝕嚴酷度屬于C5級，環境因素推測值為C4，比實測值低。鋁西沙戶外暴露1年的腐蝕性嚴酷度等級為C3級。

表8 基礎金屬材料戶外暴露1年腐蝕速率及腐蝕深度結果表

表9 基礎金屬材料試驗1年的腐蝕性等級

結束語

環境因素法和標準試樣法評價大氣腐蝕嚴酷度等級。兩種方法評估的鋼、鋅、銅和鋁4種基礎金屬材料中，碳鋼的腐蝕性等級一致，環境因素法推測銅鋅的腐蝕性偏低，由于標準試樣法是按均勻腐蝕計算得到的,而鋁經受局部點蝕存在潛在的破壞性影響。因此，實際鋁遭受腐蝕嚴酷度往往高于C3級。兩種方法定量評估了金屬材料大氣環境腐蝕性嚴酷程度，對評估某個地點的大氣環境腐蝕性嚴酷程度，采取該地區使用產品采取相應防護措施具有重要意義。同時該環境因素法推測的腐蝕性等級受潤濕時間、二氧化硫和氯化物三個環境因素中單一因素影響很大，而二氧化硫污染源主要來自于工業污染為主，可見，該方法特點更貼近評估工業城市的大氣腐蝕性等級。對于無工業污染影響地區的大氣腐蝕性等級及其對裝備的破壞程度要進行綜合考慮。

引用本文：

蘇少燕,李長虹.基于環境因素法和標準金屬法的大氣腐蝕性等級評價與分析[J].環境技術,2024,42(04):220-225+239.