基于元胞自动机法的金属局部腐蚀损伤演化研究

发布时间：2020-10-31 03:22

　　 腐蚀是金属材料最常见的失效形式之一。局部腐蚀具有腐蚀破坏快速、隐蔽性强、难以预测、控制难度大等特点,与全面腐蚀相比危害性更大,更易突发灾难性事故。因此,预测金属腐蚀形貌、研究金属局部腐蚀损伤演化过程及其规律并探究金属局部腐蚀机理具有重要的价值和意义。本文基于金属腐蚀机理和元胞自动机(Cellular Automata,简称CA)理论,分析了腐蚀环境下金属局部腐蚀中基本的物理化学过程,得到相应的物理模型,并将腐蚀体系离散成元胞自动机空间中有序的元胞网格,制定局部演化规则,建立对应问题的元胞自动机模型,从而实现对金属局部腐蚀损伤演化过程的模拟。主要研究内容与结论如下:(1)根据金属腐蚀过程中的溶解和钝化现象,引入电解质浓度c、溶解概率P_d和钝化概率P_p三个参数,探究不同参数对金属腐蚀损伤演化过程的影响。结果表明:蚀坑形貌的模拟结果与实际蚀坑形貌相吻合;随着c的增加、P_d的增加以及P_p的减小,蚀坑等效半径、等效深度及溶解的金属元胞数量均增加,金属溶解速率加快,蚀坑不断扩展;当P_p增加至与P_d相等时,金属溶解和钝化处于动态平衡,蚀坑几乎不再扩展。(2)以金属亚稳态点蚀机理为基础,建立点蚀亚稳态过程的元胞自动机模型,得到不同溶解概率下点蚀坑的腐蚀形貌图;根据模拟结果计算得到了电流-时间曲线和电流密度-时间曲线,曲线分别具有I∝t~2和i∝t的关系。分析了不同模拟参数对模拟结果的影响,确定了当网格常数q=3.5 nm,溶解概率d=0.1~0.25时,模拟结果能够反映真实的蚀坑形貌且与实验结果相吻合。(3)以闭塞腐蚀电池的自催化理论为基础,提出模拟金属稳态点蚀过程的CA模型框架,并基于腐蚀速率在空间上具有不均匀性的特点,在模型中引入参数δ、λ和ε,建立腐蚀概率的参数化模型。δ用来控制蚀坑内整体腐蚀概率的大小;λ定义了腐蚀坑中反应概率不同的两个区域的相对位置;ε则调节了这两个区域中的反应概率。
【学位单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE988.2
【部分图文】：

图 1-1 福岛核事故 图 1-2 11·22 青岛输油管道爆炸事件首先，腐蚀导致的直接后果就是缩短工程材料的使用寿命，造成巨大的经济损失。据统计，腐蚀对每一国家造成的损失高达国内生产总值（GDP）的 3~5%[5]。2016 年 3月，根据全球腐蚀调研项目 IMPACT，美国腐蚀工程师协会（NACE）公布了最新的腐蚀调查结果：全球每年腐蚀直接成本总额约为 2.5 万亿美元[6]。腐蚀引起巨大的资源浪费和经济损失的同时，还造成设备的跑、冒、滴、漏[7]，严重污染环境，甚至导致着火

图 1-1 福岛核事故 图 1-2 11·22 青岛输油管道爆炸事件首先，腐蚀导致的直接后果就是缩短工程材料的使用寿命，造成巨大的经济损失。据统计，腐蚀对每一国家造成的损失高达国内生产总值（GDP）的 3~5%[5]。2016 年 3月，根据全球腐蚀调研项目 IMPACT，美国腐蚀工程师协会（NACE）公布了最新的腐蚀调查结果：全球每年腐蚀直接成本总额约为 2.5 万亿美元[6]。腐蚀引起巨大的资源浪费和经济损失的同时，还造成设备的跑、冒、滴、漏[7]，严重污染环境，甚至导致着火

膜具有新陈代谢和自我修复的机能，使钝化膜处于不断溶膜吸附了活性阴离子（如氯离子），平衡就会遭到破坏，子能优先地、有选择地吸附在钝化膜上，把氧原子排挤钝化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物。在新露出的基，这些小蚀坑变成为点蚀核。长（发展）阶段长机制有多种理论，目前比较公认的是闭塞腐蚀电池的自制或腐蚀产物的覆盖，使物质的扩散和迁移困难，形成闭塞ccludedCell），又称闭塞区。随着腐蚀的持续进行，内部、外电化学的差异不断变大，闭塞区内部腐蚀条件不断塞电池加速腐蚀的的自催化理论最早由Fontana及 Rosen示：
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本文编号：2863380