光伏支架系统常见的材料是钢材,那么钢铁腐蚀就是支架设计时必须重点考虑的内容。这篇文章先从简单的腐蚀原理入手,接下来的文章会分别从“大气腐蚀”、“土壤腐蚀”和“接触腐蚀”等几部分和大家一起探讨,并分析讲解如何在设计阶段考虑和避免腐蚀带来的影响。
钢铁的宿命
由于钢铁的物理机械性能比较稳定,塑性好、强度高,所以在工业建筑中,钢铁是使用范围最广的金属材料。但是钢光伏支架在大自然中往往容易被腐蚀,轻者产生铁锈影响美观,重者破坏结构质量,导致建筑物的坍塌,造成事故。据说世界钢材中的十分之一都因腐蚀而报废,可见腐蚀是钢铁无法避开的永恒话题。
套用美剧《权力的游戏》里面经典的一句话就是:
“AllMen(Metal) Must Die”
铁钉实验
我们在高中学习氧化还原反应时,常常就以钉子的腐蚀来进行讲解。这里小树洞带大家温习下这部分知识点,以此来引出钢铁腐蚀的基本理论。
A组铁钉: 添加水;含水和氧气
B组铁钉:添加水、氯化钠;含水、氧气、氯离子
C组铁钉:添加加热后的水、油;仅含水
D组铁钉:添加氯化钙;仅含氧气
其中A组为参考组,其余各组实验中分别含有水、氧气、氯离子三种元素。以此来比较这三种元素对铁钉的影响。
经过几天的时间,实验结果就很明显了,其中只有A和B组的铁钉生锈,并且B组铁锈比A组严重。而C和D组却没有任何生锈的迹象。由此实验可得以下几点结论:
B组比较A组,说明氯离子加速了铁的腐蚀。
C组比较A组,说明氧气为腐蚀的必要条件。
D组比较A组,说明水为腐蚀的必要条件。
腐蚀机理
根据以上实验,我们可以对腐蚀的原因进行一部分感性的认识,但是要真正理解腐蚀的机理就需要从理论上对其进行深入的研究。我们观察发现,钢铁腐蚀后产生了一种新的物质,而这种产生新物种的变化都源自于某种化学反应。
铁、氧气、水,这三种元素结合在一起就形成了“原电池”,而这种腐蚀又称为“电化学腐蚀”。其本质为氧化还原反应,而根本原因也就是我们常说的“电子迁移”。
当我们理解了氧化还原的理论后,就可以定量的来解释腐蚀的机理:
铁原子在氧气的作用下,会失去电子产生氧化铁。
水充当了反应过程中,电子迁移所必须的电解质。
大自然中的酸碱性物质,作为催化剂加速了反应。