ISO 9223大气环境腐蚀性分级标准更新解读

孙飞龙，蒋 荃，刘婷婷，刘玉军，赵春芝，马丽萍

（1. 中国建材检验认证集团股份有限公司，北京 100024； 2. 国家绿色建材重点实验室，北京 100024）

引言

传统的大气腐蚀性分级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。这种分类方法的不足之处是没有细致地考虑工业的类别、城市密度和所有的燃料等方面的差异，因而不能提供一个能预测大气腐蚀性的定量方法[1]。ISO 9223标准规定了两种大气环境腐蚀性分级分类的方法：一种方法是根据金属标准试件的腐蚀速率进行分级，即将钢、锌、铜、铝的标准试片在某自然环境暴露1年后，由失重速率确定大气腐蚀性的分级；另一种方法是根据大气环境中SO2浓度、Cl-沉降量和试件 的润湿时间，形成一个推测性的腐蚀分级[2-3]。用于预测在不同腐蚀性等级的大气中，金属、合金和一些金属涂镀层的使用寿命。ISO 9223-2012在ISO 9223-1992的基础上做了技术性修改。本文旨在分析ISO 9223-2012标准对大气环境腐蚀性分级的改进之处，以指导产品开发和耐蚀性鉴定。

1 大气腐蚀性分级

ISO 9223-1992将大气腐蚀性分为5类：C1：腐蚀性很低；C2：低；C3：中；C4：高；C5：很高。但一些学者对热带潮湿气候区（加勒比海地区的古巴、墨西哥、委内瑞拉等）的大气腐蚀性进行了评估，发现海滨的大气腐蚀性高于ISO 标准的C5级[4-5]。J. Morales等的研究表明在加那利群岛西部的一些岛屿上碳钢、铜和锌的腐蚀速率超过了ISO 9223-1992标准中规定的C5级[6-7]。因此，ISO 9223-2012将大气腐蚀性分为6类，在前5类的基础上增加了一级CX：应用于特定海洋和海洋/工业环境。具体的大气腐蚀性分级对比以及典型环境示例见表1。

2 推测性腐蚀分级方法

ISO 9223-1992用表格的方式划分了推测性腐蚀分级。根据润湿时间和污染物浓度（二氧化硫和氯化物）分别针对碳钢、锌和铜、铝进行了环境腐蚀性分级。其中，润湿时间是一个很重要的环境参数，计算温度高于0℃相对湿度大于80%的总时间。此种润湿时间的计算方法并不合理。在南极和亚北极地区的研究表明，当温度低于0℃时，大气腐蚀也会发生。墨西哥湿热地带5年的试验结果表明沿海的真实润湿时间往往是内陆的2倍。建议计算润湿时间时降低相对湿度的限值[8-9]。而另一方面，在很多热带内陆地区，真实的润湿时间又低于按照标准方法计算的结果。因为在太阳辐照的作用下，金属表面的温度往往高于空气中的。温度的差异将导致润湿时间的极大偏差[10]。此种现象也在实验室研究中出现，当相对湿度为98%时，温度的升高会迅速降低金属表面液膜的厚度。当温度为60℃时，锌表面只有2-3层水膜[11]。以上研究表明，在大气环境下，温度升高一方面加速了腐蚀的电化学、化学和扩散步骤；另一方面也促进了金属表面液膜的蒸发，降低了润湿时间，阻碍了腐蚀进程。鉴于此，ISO 9223-2012对腐蚀分级的推测方法进行了改进。

在大量试验的基础上，建立了不同材料第一年的腐蚀速率与污染物浓度（二氧化硫沉积率和氯化物沉积率）、相对湿度和温度的函数关系。利用函数关系，根据环境参数计算材料第一年的腐蚀速率，再按照材料第一年的腐蚀速率对环境进行腐蚀性分级。对于碳钢、锌、铜、铝分别给出了不同的计算公式。

表1 大气腐蚀性分级对比

1）对于碳钢：

2）对于锌：

3）对于铜：

4）对于铝：

其中rcorr为第一年的腐蚀速率（μm/a），T为全年平均温度（℃），RH为全年的平均相对湿度（%），Pd为全年平均SO2沉积率（mg/(m2·d)），Sd为全年平均Cl-沉积率（mg/(m2·d)）。

此方法与ISO 9223-1992的方法相比，具有两个优点：一是排除了润湿时间计算偏差带来的腐蚀性分级偏差；二是将锌和铜区别开来进行大气腐蚀性分级，结果更准确。在ISO 9223-2012附录中还分析了推测性腐蚀性分级的不确定度，与按照金属标准试件的腐蚀速率进行环境分级的不确定度进行了比较，如表2所示。

表2 腐蚀性分级的不确定度

表中的不确定度基于多种材料在不同的试验场的暴晒结果。但只是针对某一时期，从而，结果虽然具有一般有效性。但由于环境的腐蚀性逐年变化，取决于实际的气候变化，由此带来的结果不确定度不包含在表中结果中。由于推测性腐蚀分级是在计算函数的基础上得来的，因此总的不确定度来源于两方面：一是函数的不确定度，二是环境参数测量的不确定度。其中，函数的不确定度为主。表中的不确定度是函数中所用参数在整个范围内的不确定度的平均值。对于所有的回归方程来说，在中间范围也就是C3级时，不确定度最低；而在更低和更高的范围对应于C1和C5级时，不确定度较高；CX级的不确定度最高不包含在计算中。

3 结论

与ISO 9223-1992相比，ISO 9223-2012进行了重要的技术更新，主要技术更新包括以下两方面：

1）由于特定海洋/工业环境的大气腐蚀性高于ISO标准的C5级，因此ISO 9223-2012将大气腐蚀性分为6级，在C1、C2、C、C4、C5的基础上增加了一级CX：应用于特定海洋和海洋/工业环境。

2）由于ISO标准中规定的金属表面润湿时间的计算方法在某些环境下不适用，因此ISO 9223-2012改进了推测性腐蚀分级方法。在大量试验的基础上，建立了碳钢、锌、铜和铝第一年的腐蚀速率与污染物浓度（二氧化硫沉积率和氯化物沉积率）、相对湿度和温度的函数关系。利用函数关系，根据环境参数计算材料第一年的腐蚀速率，据此对环境进行腐蚀性分级。

[1]曹楚南. 中国材料的自然环境腐蚀[M]. 北京：化学工业出版社，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.