電子器件 技術(shù)文件COMSOL-腐蝕模塊-44

腐蝕模塊介紹內(nèi)容概要目標(biāo)過程描述現(xiàn)象描述

腐蝕和腐蝕防護(hù)舉例腐蝕模塊下的接口以及它們的理論背景結(jié)束語目標(biāo)與空間相關(guān)的建模，金屬結(jié)構(gòu)腐蝕的仿真理解給定幾何條件的腐蝕過程優(yōu)化設(shè)計(jì)，使腐蝕降低到最小程度金屬結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)的空間模型設(shè)計(jì)和優(yōu)化給定幾何的腐蝕防護(hù)體系，以及工況條件鍍鋅鐵釘周圍的電解質(zhì)電勢(shì)，鐵釘頭部的鐵芯暴露在電解質(zhì)中過程描述水中金屬結(jié)構(gòu)腐蝕的空間模型電偶腐蝕縫隙腐蝕點(diǎn)蝕取決于雜散電流的腐蝕

金屬結(jié)構(gòu)腐蝕防護(hù)的空間模型使用外部電流的陰極保護(hù)（外加電流陰極保護(hù)，ICCP）使用犧牲陽極的陰極保護(hù)陽極保護(hù)（比如，穩(wěn)定氧化膜的微弱鈍化電流）在電偶腐蝕之前和之后，利用移動(dòng)網(wǎng)格模擬的初始和變形幾何現(xiàn)象描述電解質(zhì)中材料，電流和電荷守恒金屬結(jié)構(gòu)中電流守恒考慮活化過電位和濃差過電位的電極動(dòng)力學(xué)，將金屬表面處的電解質(zhì)電位和金屬結(jié)構(gòu)電位聯(lián)系在一起金屬表面有多個(gè)反應(yīng)發(fā)生時(shí)，混合電位將決定表面被腐蝕還是防護(hù)幾何變形的影響以及電極表面上膜阻的形成金屬1金屬2e-電解質(zhì)陽離子的傳遞，與陰離子方向相反e-陽離子的傳遞，與陰離子方向相反沒有外部電路的體系有外部電路的體系金屬1金屬2腐蝕模塊接口電流和電勢(shì)分布基于：電流和電荷守恒材料守恒流體流動(dòng)傳熱腐蝕表面：電極反應(yīng)與表面物質(zhì)守恒耦合固定或移動(dòng)邊界與表面物質(zhì)守恒耦合穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)求解腐蝕模塊下的圖形化物理場(chǎng)接口列表案例電偶腐蝕兩種不同的金屬由于完全相互接觸，與同一電解質(zhì)接觸引起腐蝕受保護(hù)金屬被腐蝕金屬結(jié)合移動(dòng)網(wǎng)格進(jìn)行的電偶腐蝕仿真。圖中顯示了電解質(zhì)中的電位和電流。在模擬之前兩個(gè)金屬面平齊排成一條直線。(本案例可以在腐蝕模塊案例庫中找到。)縫隙腐蝕水中不銹鋼的縫隙腐蝕計(jì)算得到縫隙中的濃度，以及縫隙中的PH值，外部電位，溶液的酸/堿濃度，縫隙幾何等重要參數(shù)。(來自于腐蝕模塊案例庫。)帶有變形的縫隙腐蝕在具有高導(dǎo)電性的酸溶液中鎳的縫隙腐蝕在實(shí)驗(yàn)池中Ni的腐蝕模擬。左：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的極化曲線。右：72小時(shí)之后的電解質(zhì)電勢(shì)和幾何本案例來自腐蝕模塊案例庫。取決于雜散電流的腐蝕當(dāng)金屬結(jié)構(gòu)受到外部電場(chǎng)作用時(shí)產(chǎn)生腐蝕鋼筋混凝土板樁由于管線腐蝕防護(hù)體系引起的腐蝕模擬。作者WillyPeelen,TNOBuildingandConstructionResearch，2007年COMSOL用戶年會(huì)。牽引電流牽引電流子站雜散電流雜散電流腐蝕區(qū)域土壤中的埋地管道軌道架空線陰極保護(hù)使用外加電流陰極保護(hù)（ICCP）對(duì)船體螺旋槳和軸進(jìn)行防護(hù)左：螺旋槳和軸上的電流密度右：

船體表面的電解質(zhì)(海水)電位

犧牲陽極保護(hù)使用犧牲AlZnIn陽極對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行陰極保護(hù)海上鉆井平臺(tái)金屬表面的電位。平臺(tái)支架由40個(gè)犧牲陽極進(jìn)行腐蝕防護(hù)。陽極保護(hù)施加一個(gè)陽極電流，從而使得金屬表面因?yàn)楸环€(wěn)定的氧化物保護(hù)而鈍化腐蝕模塊案例庫陰極保護(hù)船殼海上結(jié)構(gòu)混凝土中的鋼筋電偶腐蝕變形或不變形大氣腐蝕局部腐蝕縫隙腐蝕變形或不變形與點(diǎn)蝕類似基礎(chǔ)電化學(xué)阻抗譜循環(huán)伏安法使用電分析接口模擬的循環(huán)伏安教學(xué)案例帶電和中性物質(zhì)的傳遞電解質(zhì)中的通量=擴(kuò)散+對(duì)流+電遷移濃度流速電荷電解質(zhì)電勢(shì)法拉第常數(shù)擴(kuò)散速率遷移率帶電的和中性物質(zhì)的傳遞電流密度電中性，

電荷守恒

總電荷=0一次和二次電流分布認(rèn)為

溶液完美混合物質(zhì)，電流和電荷守恒物質(zhì)守恒

n-1種物質(zhì),第n種物質(zhì)通過電流和電荷

守恒計(jì)算得到

(電中性)電流守恒，

沒有凈電流累積，

在電解質(zhì)中既不會(huì)產(chǎn)生也不消耗適用于一次和二次電流分布接口，

以及金屬結(jié)構(gòu)的電流平衡

。殼接口適用于薄層結(jié)構(gòu)（避免在金屬結(jié)構(gòu)的厚度方向剖分網(wǎng)格）。反應(yīng)速率s電解質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)金屬表面處的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)表達(dá)式中包含有活化和濃度過電位：j·n=i在金屬表面可以定義多個(gè)反應(yīng)金屬的陽極溶解在活化陽極上的陽極反應(yīng)，比如氧氣和氯氣的析出在被保護(hù)金屬表面的氧氣還原和析氫則是競爭反應(yīng)非均相反應(yīng)，比如金屬表面處的氧化膜和氫氧化物膜：膜的厚度可以作為一個(gè)模型變量舉例：氧氣還原和析出的動(dòng)力學(xué)表達(dá)式總結(jié)腐蝕模塊的描述電解質(zhì)和固體結(jié)構(gòu)中的電流和物質(zhì)守恒電解質(zhì)中電荷守恒薄金屬結(jié)構(gòu)采用殼接口來描述金屬中的歐姆損耗金屬-電解質(zhì)界面的競爭電荷傳遞反應(yīng)氧化膜和氫氧化物膜的生長，及其對(duì)電勢(shì)分布的影響常見的表面反應(yīng)以及本體溶液中的均相反應(yīng)腐蝕和腐蝕防護(hù)模擬：設(shè)計(jì)金屬結(jié)構(gòu)，將其被腐蝕的威脅降到最小控制操作條件以避免腐蝕的發(fā)生優(yōu)化腐蝕保護(hù)體系以及評(píng)估使用