光伏支架的宿命: 腐蚀 | “大气腐蚀”番外篇-“白锈”其实不可怕

光伏支架的宿命: 腐蚀 | “大气腐蚀”番外篇-“白锈”其实不可怕

来源:小树洞谈光伏支架

引导语


很多朋友经常在项目上看到,附着在镀锌钢材表面的一层白花花的、粉状的物质,大家称之为“白锈”。人们往往认为“白锈”是一种锈迹,代表了钢材已经被腐蚀,从而错误的判断这种支架已经不能使用了。那么白锈究竟是一种什么东西呢?它真的就那么可怕吗?


目录:

1. 锌的氧化腐蚀过程

2. 白锈的起因

3. 白锈不可怕

4. 如何预防白锈

光伏支架的宿命: 腐蚀 | “大气腐蚀”番外篇-“白锈”其实不可怕


文章内为了表示方便

以下标准都采用其编号进行叙述


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1.锌的氧化腐蚀过程

讲白锈之前,先介绍下锌的防腐蚀原理。镀锌是最常见的一种支架防腐措施,它的主要机理就是“牺牲阳极、保护阴极”。我们知道,锌元素本身是洁白银色的金属,但是镀在支架表面的锌层却是“灰白色”的,这种灰白色的物质其实就是锌氧化后的一种产物。正是由于锌在不同阶段和环境中,会产生不同特性的氧化物,才使其有了独特的防腐能力。


镀锌层对钢材的防腐能力主要有两道防线:

  • 第一道防线 (Barrier Protection):形成致密的隔离层,隔绝大气与钢材。

  • 第二道防线 (Cathodic Protection):利用原电池效应,牺牲阳极,保护阴极。


第二道防线的原理,我们在上一篇《腐蚀的机理》已经有过详细的描述,这一篇我们讲讲镀锌层的第一道防线,以便为下面的分析计算进行铺垫。


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▵锌的腐蚀过程


锌其实是一种非常活泼的金属,当它暴露在潮湿大气中时,会与空气中的氧气和水蒸气发生反应,形成一层多孔的、胶粘状的ZnO和Zn(OH)2混合物,这种混合物再继续与大气中的CO2进一步反应,就产生了一层致密的、附着力强的、不溶于水的碱式碳酸锌2ZnCO3*3Zn(OH)2产物,正是这种锌的氧化物包裹住了整个镀锌层,隔绝了大气与钢材的直接接触,从而形成了镀锌防腐的第一道防线。


碱式碳酸锌在大气中主要有两种途径会被消耗掉:

  • 硫化物作用,形成硫化锌混合物(易溶于水),被雨洗刷掉。

  • 氯化物作用,形成氯化锌混合物(易溶于水),被雨洗刷掉。


由于这几年的环境保护运动,大气中的硫化物逐渐减少,所以目前大部分的镀锌腐蚀主要来源于氯化物的作用。而正是这种往复不断的氧化腐蚀和雨水冲刷(Corrosion and runoff)的过程,导致了锌层的腐蚀损失。这一点对理解“盐雾试验”和“白锈”的理论基础非常重要。


这种氧化物与大气相互作用的过程,通常可以使用GILDES算法建立数学建模,来进行分析。目前这套算法理论也得到了行业内的广泛认可,包括ISO 9223等标准的计算基础都是GILDES理论。


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▵GILDES算法使用各种化学物的本身属性

分析不同氧化物的形成过程

并预测腐蚀产生的时间



2.白锈的起因

当镀锌钢材经过长时间的海运到达现场,或者在现场随意放置时。人们经常在镀锌钢材表面发现,原来光滑的镀锌层上出现了大量的粉末状物质。由于其颜色常常为白色或者灰色,因此大家称之为“白锈”。


如果说“锈”是金属腐蚀的产物,那么白锈就是锌层被氧化腐蚀后产生的物质。前面我们谈到,锌的氧化腐蚀分成几个步骤,最终形成致密的保护层ZnCO3。但如果在运输过程中,镀锌钢材紧密的“挨着”,环境又密闭不通风,那么中间腐蚀产物[ZnO和Zn(OH)2],就无法与空气中的CO2充分反应,来获到防腐的关键产物ZnCO3另外在海洋环境中往往有一定Cl-离子,因此这些中间腐蚀产物[ZnO和Zn(OH)2]就会进一步产生ZnCl2*4Zn(OH)2


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▵锌的中间腐蚀产物无法充分接触CO2

产生白锈


这些ZnO、Zn(OH)2和ZnCl2*4Zn(OH)2产物就是所谓的“白锈”,由于他们的密度比金属Zn要小3~5倍,因此即使是轻微的腐蚀,也会白花花的一片,非常碍眼。这使腐蚀程度看起来比实际的情况要严重的多。


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▵美国某跟踪器厂家的主轴白锈图片

看起来还是蛮恐怖的


那么是不是出现了白锈,就可以说支架失去了镀锌防腐的能力,而无法继续使用了呢?



3.白锈不可怕

在大多数的情况下,白锈的出现并不意味着镀锌层已经出现了破坏,也不能说明钢材的使用寿命会减少。我们可以在出现白锈的时候,立刻对紧密放置的钢材进行通风处理,并用硬毛刷或者干布将其白锈擦除,然后进行镀锌层的检测。


一般情况下,如果白锈处没有出现发黑或者红色的铁锈,那么其镀锌层厚度往往还能保证设计寿命的要求,不会对使用造成影响。国际上许多的规范也对白锈进行了说明,认为白锈是热镀锌层的一种常见的缺陷,不会影响钢材的正常使用,也不应该作为其拒收的理由。


The occurrence of darker or lighter or some surface unevenness shall not be a cause for rejection. The development of wet storage staining, primarily basic zinc oxide, shall not be a cause for rejection, providing the coating thickness remains above the specified minimum value.

Page 4, Chapter 6.1, ISO 1461

只要镀层的厚度大于规定值,被镀制件表面允许存在发暗或浅灰色的色彩不均匀区域。潮湿条件下存储的镀锌工件,表面允许有白锈(以碱式氧化锌为主的白色或者灰色腐蚀产物)存在。

GB/T 13912

White marks on the surface of the coating ( popularly known as “wet storage stain” or “white rust” ) are unattractive but are not usually detrimental to the other properties of the coating.

Page 1, Chapter 5.4.2, ISO 1459

镀层表面白色的痕迹(通常称作储存湿锈或白锈)是影响外观的,但通常对镀层其他性能并无损害

第1页,第5.4.2章,ISO 1459

保管中に雨水の付着、結露などによって生じた塩基性炭酸亜鉛などの腐食性生物。参考 白さびによるめっき皮膜の消耗はわずかで、耐食性にはほとんど影響はない。

Page 2, Chapter 3.2, JIS H8641

在储存过程中,腐蚀性物质(如碱性碳酸锌)是由于雨水的粘附和结露而产生的。

参考:由于白锈引起的镀膜消耗很小,几乎不影响耐腐蚀性。

第2页,第3.2章,JIS H8641


4.如何预防白锈

大多数白锈虽然不会影响镀锌支架的正常使用,但是我们也要尽量避免其大面积的出现。如何预防白锈主要有以下几点措施:


1.有效的钝化处理

镀锌完后,对镀锌支架采用铬酸盐钝化或者无铬钝化,使原本活泼的锌金属快速产生惰性钝化层,改变其表面电位。


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▵镀锌完后的无铬钝化处理(来源:迪赛环保)


2.细致的打包方案

在长时间的海运中,由于空气潮湿不通风,紧挨着的镀锌件经常会产生白锈,因此要额外注意镀锌支架的打包和运输,必要时需要对“裸露包装件”增加木条进行隔离,而对于“木箱包装件”,需要提前对零件进行干燥处理,甚至在木箱中加入干燥剂,避免冷凝水的生成。


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▵出厂前细致的包装(来源:ATI)


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▵出厂前细致的包装(来源:Schletter)


3.正确的现场安置

大部分的白锈问题,主要是由于现场没有将镀锌件进行妥善的安置,有的时候镀锌件被随意的丢弃在潮湿的地面上。这样的环境非常容易产生白锈。因此,当镀锌件不得不在户外放置时,应该将镀锌件架高,保证空气在其周围有足够的流动。对于多雨天气下的放置,还需要使镀锌件稍微倾斜,以便排水。


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正确的现场安置(来源:Arctech)


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正确的现场安置(来源:NEXTracker)


白锈问题并不可怕,只要做好了预防措施就可以有效避免。而且大多数情况下,白锈不会影响光伏支架的正常使用如果白锈位置出现了红锈,那么就需要格外小心了,应及时进行现场补锌处理,或者通知厂家更换。

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