ISO 9223大氣環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

傳統的大氣腐蝕性分級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。這種分類方法的不足之處是沒有細致地考慮工業的類別、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測大氣腐蝕性的定量方法[1]。ISO 9223標準規定了兩種大氣環境腐蝕性分級分類的方法：一種方法是根據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；另一種方法是根據大氣環境中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的基礎上做了技術性修改。本文旨在分析ISO 9223-2012標準對大氣環境腐蝕性分級的改進之處，以指導產品開發和耐蝕性鑒定。

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。但一些學者對熱帶潮濕氣候區（加勒比海地區的古巴、墨西哥、委內瑞拉等）的大氣腐蝕性進行了評估，發現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類的基礎上增加了一級CX：應用于特定海洋和海洋/工業環境。具體的大氣腐蝕性分級對比以及典型環境示例見表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、鋁進行了環境腐蝕性分級。其中，潤濕時間是一個很重要的環境參數，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的研究表明，當溫度低于0℃時，大氣腐蝕也會發生。墨西哥濕熱地帶5年的試驗結果表明沿海的真實潤濕時間往往是內陸的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，在很多熱帶內陸地區，真實的潤濕時間又低于按照標準方法計算的結果。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。溫度的差異將導致潤濕時間的極大偏差[10]。此種現象也在實驗室研究中出現，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，在大氣環境下，溫度升高一方面加速了腐蝕的電化學、化學和擴散步驟；另一方面也促進了金屬表面液膜的蒸發，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關系。利用函數關系，根據環境參數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；二是將鋅和銅區別開來進行大氣腐蝕性分級，結果更準確。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果。但只是針對某一時期，從而，結果雖然具有一般有效性。但由于環境的腐蝕性逐年變化，取決于實際的氣候變化，由此帶來的結果不確定度不包含在表中結果中。由于推測性腐蝕分級是在計算函數的基礎上得來的，因此總的不確定度來源于兩方面：一是函數的不確定度，二是環境參數測量的不確定度。其中，函數的不確定度為主。表中的不確定度是函數中所用參數在整個范圍內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 結論

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

1）由于特定海洋/工業環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的基礎上增加了一級CX：應用于特定海洋和海洋/工業環境。

2）由于ISO標準中規定的金屬表面潤濕時間的計算方法在某些環境下不適用，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關系。利用函數關系，根據環境參數計算材料第一年的腐蝕速率，據此對環境進行腐蝕性分級。

[1]曹楚南. 中國材料的自然環境腐蝕[M]. 北京：化學工業出版社，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].

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[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.

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[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.

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[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.