光伏支架的宿命: 腐蝕 | 腐蝕（shí）的基（jī）本理論

    光伏支（zhī）架係統常見（jiàn）的材（cái）料是鋼（gāng）材（cái），那（nà）麽鋼鐵腐蝕就是支架設（shè）計時必須重點考慮的內容。這篇文章先從簡單的腐蝕原理入手，接下來的文章（zhāng）會（huì）分別從“大氣腐蝕”、“土壤腐蝕”和“接觸腐蝕（shí）”等幾（jǐ）部分和大家一起（qǐ）探討，並分析講解如何在設計階段考慮和避免腐蝕（shí）帶來的影響。

    鋼鐵的宿命

    由於鋼鐵的物理機械性能（néng）比較穩定（dìng），塑性好、強度（dù）高，所以在工業建築中，鋼鐵是使用範圍最廣的金屬材料。但是鋼光伏支架在大自然中往往（wǎng）容易被（bèi）腐蝕，輕者（zhě）產（chǎn）生鐵鏽影響美觀，重者破壞結（jié）構質量，導致建築物的坍塌，造成事（shì）故。據說世界鋼材中的十（shí）分（fèn）之一都因腐蝕而報廢，可見腐蝕是鋼鐵無法避開的永恒（héng）話題（tí）。

    套用美劇《權力的（de）遊戲》裏麵經（jīng）典的一句話就是:

    “AllMen(Metal) Must Die”

    鐵釘實驗

    茄子视频懂你更多在高中學習氧化還原反應時，常常就以釘子的腐蝕來進行講解。這（zhè）裏小樹洞帶大家溫習下這部分知識（shí）點，以此來引出鋼（gāng）鐵腐（fǔ）蝕的基（jī）本理論。

    A組鐵釘: 添加水；含水和氧氣

    B組鐵釘:添加水、氯化鈉；含水（shuǐ）、氧（yǎng）氣、氯離子

    C組鐵釘:添加加熱後的水、油；僅（jǐn）含水

    D組鐵釘:添加氯化鈣；僅含氧氣

    其中A組為參考組，其餘各（gè）組實驗中（zhōng）分別含有水、氧氣、氯離子三種元素。以此來比（bǐ）較這（zhè）三種元素（sù）對鐵釘的影響（xiǎng）。

    經過（guò）幾天的時間，實驗結果就很明顯（xiǎn）了，其中（zhōng）隻有A和B組的鐵釘生鏽，並且B組鐵鏽比A組（zǔ）嚴重。而C和D組卻沒有任何生鏽的跡象。由此實驗可得以下幾點（diǎn）結論：

    B組比較A組，說明（míng）氯離子加速了鐵的腐蝕。

    C組比較A組，說明氧氣（qì）為腐蝕的必要條件。

    D組比較（jiào）A組，說明水為（wéi）腐蝕（shí）的（de）必要條件。

    腐蝕機理

    根據（jù）以上實驗，茄子视频懂你更多可以對腐蝕的（de）原因進行一部分（fèn）感性的認識（shí），但是要真正理解腐蝕的機理就需要從理論上對其進行深入的（de）研究。茄子视频懂你更多觀察發（fā）現，鋼鐵腐蝕後產生了一種新的物質，而這種產生新物種的變化都源自於某種化學反應。

    鐵、氧氣、水，這三種元素結合在一起就形成了“原電池”，而這種腐蝕又（yòu）稱為“電（diàn）化學腐蝕”。其本（běn）質為氧化還原反應，而根本原因也（yě）就是茄子视频懂你更多常說的“電子遷移”。

    當茄子视频懂你更多理解了氧（yǎng）化還原的理（lǐ）論後，就可以定量的（de）來解（jiě）釋腐蝕的機（jī）理（lǐ）：

    鐵原子（zǐ）在氧氣的作用下，會失去電子產生氧化鐵。

    水充當（dāng）了反應過（guò）程中，電子遷移所必須的電解質。

    大自然中的酸堿性（xìng）物質，作為催化劑加速了（le）反應。

    ▵鐵的腐（fǔ）蝕圖例（lì）

    鐵的腐蝕原理看似簡單，但（dàn）是有時候由於大家沒有理解這個現象（xiàng），反而造成了很多令人遺憾的事故，其中（zhōng）比較有名的就是“滄州鐵獅子”。

    ▵滄州鐵獅子：又稱“鎮海吼”，建於後周廣（guǎng）順三（sān）年(公元935年)，距今已（yǐ）經（jīng）有一千多年的曆史。上世紀50年代，根據蘇聯“專家”的建議，滄州文保所在鐵獅子上蓋了一個遮風擋雨的小亭子，希望減緩鐵獅子的進一步腐（fǔ）蝕，但（dàn）是由於（yú）亭子阻礙了水（shuǐ）蒸氣的快（kuài）速蒸發，鐵獅子、水、氧氣在亭子裏構成了“原電池”，反而加快了（le）鐵獅（shī）子的腐（fǔ）蝕速度。小亭（tíng）子在建造20年後，最終被拆除。

    支架的腐蝕

    對於光伏支架的設計，茄子视频懂你更多主要考（kǎo）慮來自三個方麵的腐（fǔ）蝕影響，他們分別（bié）為：

    ▵大氣腐蝕：裸露在大氣中的上部支架結構，會與空（kōng）氣中的（de）氧氣以及水進行相互作用而產生腐蝕，這種腐蝕是最常見，也（yě）是最容易被察覺的。

    ▵土壤腐（fǔ）蝕：深埋在地（dì）下（xià）的（de）鋼（gāng）樁基礎，在土（tǔ）壤中各種物質的（de）作用下，會進行更加複雜的化學反應，從而發生腐（fǔ）蝕。由（yóu）於長期在土（tǔ）壤中（zhōng），這（zhè）種腐蝕很難被（bèi）發現。

    ▵接觸腐蝕：不同的（de）金屬之（zhī）間，由（yóu）於電勢差的不（bú）同，會發生電子的得失，從而形成電化學腐蝕，這種（zhǒng）腐蝕常（cháng）常被設計師所忽視。

    小樹洞在後麵的係列裏，會簡單講解下如何在設計初（chū）期（qī）時（shí），定量的考慮和計算上麵三種腐蝕情（qíng）況。

    防（fáng）腐的方法

   為了減緩（huǎn）甚至避免（miǎn）鋼材腐（fǔ）蝕，行業裏常見的方法就是（shì）在鋼材表麵上“鍍鋅”，鋅元素在25℃時的標準電勢為-0.76V，低於鐵的-0.45V，因此鋅的（de）“活潑（pō）性”比鐵（tiě）要強。鋅和（hé）鐵在潮濕的環（huán）境中就形成了“原電池”，同所有的電（diàn）化學腐（fǔ）蝕原理一樣，這個原電池（chí）組合就是：

  “犧牲陽極(鋅)，保護陰極（jí）(鐵)”

    ▵各元（yuán）素的標準（zhǔn）電勢

    排位越低，越容易失去電子

    由於鋅和鐵形（xíng）成（chéng）的原電池效應，因此即（jí）使鍍鋅層在運輸或者安（ān）裝過程中產生的輕微損（sǔn）傷，也不會影（yǐng）響鍍鋅層的防腐蝕能力。當然（rán），對於較深的損傷就要額外小心，對這些區域需要進行補鋅處理。

   ▵鋅、鐵和氧氣在潮濕環境中形成的原電池（chí）

   即使（shǐ）鍍鋅層受輕微劃傷

   也（yě）不會影響其腐蝕能力

    另外鋅與空（kōng）氣和水（shuǐ）反應（yīng），產生了一種新的產物（wù）：堿式碳酸鋅，這種物質表麵致密，而且不容易溶解於水，可以很好的將空氣與鐵隔（gé）絕開來，這樣就又（yòu）形成了一層“物理保護”，進一步的減緩了鋼材腐蝕。

    常見（jiàn）的鍍鋅（xīn）工藝有：熱鍍鋅、預鍍鋅、電（diàn）鍍（dù）鋅(冷鍍鋅)。小樹洞這裏（lǐ）對鍍鋅的方法和步驟就不進行過多的（de）描述。當然，不管是哪種鍍鋅工藝，其鋅層本身也是由很多種不同物質構（gòu）成，例如下圖的熱鍍鋅層：

    此外，還有鍍鎂鋁鋅、VCI、環氧塗層（céng）以（yǐ）及沒有任何表麵處理的耐候（hòu）鋼等等防腐的（de）工藝。