摘要：大氣腐蝕圖描述了給定地域金屬及金屬鍍層在大氣環(huán)境中的腐蝕嚴酷度，可為裝備鋼結(jié)構(gòu)的保護措施和長期維修方案的制定提供參考。國內(nèi)外已繪制了很多大氣腐蝕圖，但由于國內(nèi)相關(guān)人員對腐蝕圖不甚了解，阻礙了大氣腐蝕圖在裝備環(huán)境適應性設計中的應用。簡要介紹了5類典型大氣腐蝕等級圖的繪制。

關(guān)鍵詞：金屬；金屬鍍層；大氣腐蝕；大氣腐蝕圖；環(huán)境適應性

我國已繪制了多幅大氣腐蝕圖，但裝備研制各環(huán)節(jié)的相關(guān)人員（如設計人員、環(huán)境試驗人員等）對大氣腐蝕圖的認識還很模糊。如認為腐蝕圖只對鋼、鋁、鋅、銅裸金屬的大氣腐蝕評估有用，認為大氣腐蝕圖只有等高圖，認為國外腐蝕圖的分辨率遠高于我國腐蝕圖等。這些模糊認識極大地阻礙了大氣腐蝕圖在裝備環(huán)境適應性設計中的應用。因此，有必要了解大氣腐蝕圖的原理和繪制過程。

國外繪制了很多全國性或區(qū)域性的大氣腐蝕圖，如不列顛諸島大氣腐蝕圖、南澳大利亞LowerMurray區(qū)腐蝕圖、巴塞羅納市腐蝕圖、挪威Sulitelma鎮(zhèn)大氣腐蝕圖、瑞士大氣腐蝕圖、前蘇聯(lián)鄉(xiāng)村大氣腐蝕圖、西班牙無污染大氣腐蝕圖、美國城市大氣腐蝕圖、拉丁美洲大氣腐蝕圖等。國內(nèi)腐蝕圖主要有：沈陽市大氣腐蝕圖、遼寧省大氣腐蝕圖、海南省大氣腐蝕圖、寧波地區(qū)大氣腐蝕圖、湛江地區(qū)大氣腐蝕圖、漳浦地區(qū)大氣腐蝕圖以及低污染大氣腐蝕圖等。筆者按時問順序介紹了幾類典型腐蝕圖。

1 不列顛諸島腐蝕圖

英國早在20世紀60年代就繪制了不列顛諸島大氣腐蝕圖。

1）小規(guī)模鋅罐暴露試驗

1965年12月至1966年6月，分批將400個小鋅罐試樣發(fā)往全國1O0個試驗點，每個試驗點有4個試樣，用磁鐵將小鋅罐固定在當?shù)氐碾娋€鐵塔離地面5 m的位置進行暴露試驗。1 a后收回了382個罐，采用10％的醋酸溶液去除腐蝕產(chǎn)物，計算出鋅罐的腐蝕失重。鋅罐的尺寸與成分表1。

表1 鋅罐試樣的尺寸與材料成分及質(zhì)量分數(shù)

2）建立環(huán)境要素觀測站記錄大氣環(huán)境因素

根據(jù)上述初步試驗結(jié)果，英國建立了732個氣象因素觀測站和629個大氣污染（煙塵和SO2）檢測站，堅持每天觀測相關(guān)的環(huán)境要素。氣象觀測站主要觀測溫度、濕度、風向、風速、云量、降雨量、太陽輻射、能見度等。只有2個觀測站堅持記錄所有氣象 素，且配備氣象專業(yè)人員進行觀測；其余觀測站只觀測部分氣象要素，且觀測人員不是氣象專業(yè)人員。

3）大規(guī)模鋅罐暴露試驗

英國共建立了1 361個環(huán)境要素觀測站，每個觀測站除了觀測環(huán)境要素外還在觀測站附近設置1個或數(shù)個試驗點進行鋅罐的暴露試驗，共有3182個暴露點，暴露試驗為期4 a，試驗后去除腐蝕產(chǎn)物并計算出鋅罐的腐蝕失。

4）數(shù)據(jù)處理

采用四角法將試驗結(jié)果平均劃分為10個區(qū)，使每個區(qū)的數(shù)值代表各自10 k㎡ 區(qū)域的平均值，將結(jié)果表達成網(wǎng)格 ，放在另一張以相同標尺畫成的圖上分段比較。后者是與許多其他數(shù)據(jù)相關(guān)的，例如人口密度、地貌、工業(yè)分布、濕度、降雨量等。比較這2張圖，可得到用大氣污染要素來評價的實驗結(jié)果。

2 中國飛機結(jié)構(gòu)腐蝕分區(qū)

周浠沅通過統(tǒng)計我國153個地區(qū)的潤濕時問，按表2的等級將我國金屬大氣腐蝕分為5個區(qū)域，分區(qū)情況見表3。

表2 鋁、鐵腐蝕分級

表3 中國金屬腐蝕分區(qū)

潤濕時問統(tǒng)計方法 ：

1）溫濕度分級與溫濕度組合。將溫度劃分5級：<20℃，20 ～25℃，25～30℃，30～35℃，>35℃；將相對濕度劃分為4級：<70％ ，70％ ～80％，80％ ～90％ ，> 90％ 。

2）溫濕度組合時問統(tǒng)計。金屬材料存溫度低于20℃、相對濕度低于70％的環(huán)境中的大氣腐蝕較低，可以略去；其余4個溫度等級、3個濕度等級可構(gòu)成l2個溫濕度組合。至少收集當?shù)? a的溫濕度日記時值數(shù)據(jù)，統(tǒng)計H。這12個溫濕度組合條件的年小時數(shù)。

3）腐蝕電流測試及折算系數(shù)的計算

測試鋁和鐵金屬材料在上述12種溫濕組合條件下的腐蝕電流Ic，同時測試鋁和鐵金屬材料在40℃，90％溫濕組合條件下的腐蝕電流Io；折算系數(shù)α=Ic／Io ，不同材料、不同組合條件的折算系數(shù)是不一樣的。對每種金屬可獲得l2個折算系數(shù)。

4）潤濕時間的計算。各種溫濕度組合條件的折算系數(shù)與相應的年小時數(shù)之積的和即為該材料在當?shù)氐哪隄櫇駮r間，計算出各年的潤濕時間后求平均值即為年均潤濕時間

5）腐蝕分級。根據(jù)潤濕時間的分布情況進行分級，分級結(jié)果見表3。

6）腐蝕分區(qū)。按表2的分級將我國153個地區(qū)分成5個等級，并計算各等級下所有地區(qū)的潤濕時間的平均值進行分區(qū)，分區(qū)結(jié)果見表3。

3 沈陽市大氣腐蝕圖

沈陽市位于我國東北地 ，年平均氣溫較低，是典型的溫帶半濕潤區(qū)季風型大陸氣候。沈陽市工業(yè)污染較大，材料的大氣腐蝕較嚴重。中國科學院金屬腐蝕與防護研究所根據(jù)A3鋼2 a的腐蝕率繪制了沈陽市大氣腐蝕圖 ，如圖1所示。

圖1沈陽市大氣腐蝕圖

此腐蝕圖的繪制方法如下。

1）繪制依據(jù)。根據(jù)A3鋼大氣腐蝕速率繪制大氣腐蝕圖。

2）確定繪圖區(qū)域。沈陽市市區(qū)164 k㎡ 范圍。

4）試驗樣品。A3鋼熱軋板，試片尺寸為100mm × 50mm × 2.5mm，ω（C）=0.078％，ω（Si）<0.10％，ω（Mn）=0.38％，ω（P）<0.O1％ ，ω（s）=0.042％ ，余量為Fe。

5）試驗方法。將清洗并稱重后的試片固定在特制的掛片架上。懸掛在距地面3m高處。試片面朝正南，并與水平面呈45°仰角。暴露2 a后，去除腐蝕產(chǎn)物，計算腐蝕率。將各試驗點A3鋼的腐蝕速率，標注在市區(qū)平面圖的相應點位上，用內(nèi)插法繪制出腐蝕速率等值線，得到沈陽市大氣腐蝕圖。

4 瑞士大氣腐蝕圖

瑞十聯(lián)邦材料試驗研究實驗室的D.REISS，B.RIHM，C.TH0 NI等繪制了瑞士全國的銅和鋅大氣腐蝕圖 ，如圖2—3所示。

圖2 瑞士銅大氣腐蝕圖

圖3 瑞上鋅大氣腐蝕圖

其繪制方法如下。

1）金屬戶外暴露試驗。在瑞士全國8個典型地區(qū)暴露銅、鋅，暴露一段時間后采用化學除銹的方法去除腐蝕產(chǎn)物，計算金屬的腐蝕率，同時監(jiān)測SO2，O3的濃度和降雨量。測試結(jié)果見表4。

表4 銅和鋅在各試驗點的歷年戶外暴露結(jié)果及環(huán)境參數(shù)

2）環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)的收集與處理。從全國各相關(guān)

測試站收集環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，并建立相應的回歸方程。環(huán)境參數(shù)類別有：溫度（θ）、相對濕度（RH）、降雨量（Rain）、阿爾卑斯山南北部的SO 和O，緯度、海拔高度、相對高度、測試點800 m范同內(nèi)住宅和工業(yè)建筑的面積。回歸結(jié)果見表5。

表5 瑞士全國環(huán)境參數(shù)處理結(jié)果

3）建立劑量響應函數(shù)。對金屬腐蝕數(shù)據(jù)和環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進行多元線性回歸分析，建立鋅、銅的劑量響應函數(shù)，同時對比分析文獻上的鋅的響應函數(shù)，建立的響應函數(shù)見表6。

表6 金屬鋅、銅的劑量響應函數(shù)

4）腐蝕圖繪制。繪制腐蝕率圖前，先要繪制SO2，O3 以及溫濕度的基礎分布圖，再根據(jù)劑量響應函數(shù)繪制腐蝕圖。SO2 和O3 的分布圖繪制方法為：1）空間分辨率滿足要求的全國性數(shù)值地圖；2）應用回歸方程計算每個單元的參數(shù)，畫出趨勢圖；3）如果監(jiān)測站點很多，采用距離倒數(shù)加權(quán)法，在各監(jiān)測站點問進行殘差插值，繪制殘差圖，用該殘差圖校正趨勢圖。

溫度和相對濕度的插值方法為：1）高度對溫濕度的影響，可通過回歸方法進行校正；2）坐標系統(tǒng)變換：將與阿爾卑斯山走向平行的坐標乘以0.8；3）以地平面的數(shù)據(jù)進行內(nèi)插；4）坐標系統(tǒng)、高度函數(shù)反向變換；5）局部校正。

本腐蝕圖的分辨率一般設為250 m X 250 m柵點。

5 我國低污染環(huán)境大氣腐蝕圖

兵器工業(yè)第五九研究所根據(jù)全國氣象臺站的溫濕度4次日記數(shù)據(jù)繪制了我國低污染環(huán)境的大氣腐蝕圖。

大氣腐蝕圖繪制方法如下。

1）收集全國各氣象臺站的溫濕度4次日記數(shù)據(jù)，并進行必要的數(shù)據(jù)整理。

2）按下列公式計算各氣象臺站的年潤濕時問。

式中：trow為年潤濕時間，h;trow（i,j）為1 a中第i天第j時刻的潤濕時間，當溫度>0℃和相對濕度>80％時，trow（i,j）=6h，否則trow(i,j)=0；

3）按ISO 9223標準分級。當空氣中的SO2和Cl-的沉降速率分別小于35mg/(㎡·d)，60mg/(㎡·d)時，大氣環(huán)境的腐蝕性就只與潤濕時間有關(guān)I 。潤濕時間分級與標準金屬腐蝕率的對應關(guān)系見表7。

表7 標準金屬在不同潤濕時間的腐蝕率

4）繪制腐蝕圖。以小網(wǎng)點在地圖上標識各氣象臺站的地理位置，以小圓點的顏色標識各氣象臺站的腐蝕等級，采用數(shù)據(jù)庫編程技術(shù)繪制大氣腐蝕圖，實現(xiàn)對各氣象臺站大氣腐蝕等級的查閱。

6 結(jié)語

綜上所述，繪制大氣腐蝕圖所要求的數(shù)據(jù)可以是金屬腐蝕率也可以是環(huán)境因素，所采用的環(huán)境因素也可各不相同。大氣腐蝕圖可以表示為腐蝕等值線圖、腐蝕點陣圖、腐蝕區(qū)域圖。繪制大氣腐蝕圖的數(shù)據(jù)量可多可少，但數(shù)據(jù)量越大，腐蝕圖的準確性越高。國外一些腐蝕圖的分辨率不同，如瑞士大氣腐蝕圖為250 m×250 m；不列顛諸島大氣腐蝕圖為l0km×10 km、挪威Sulitelma市大氣腐蝕圖為5 km×5km。總之，不同的腐蝕圖技術(shù)參數(shù)與指標不相同，引用相關(guān)腐蝕圖時要分清。

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