金属在湿大气环境下初期腐蚀行为的元胞自动机模拟

大气腐蚀是金属在自然环境下服役中常见的一种腐蚀现象。本文采用元胞自动机方法对金属在湿大气腐蚀环境下的腐蚀行为进行了模拟。根据元胞自动机的机理和金属在湿大气环境下的初期腐蚀机理的实验研究结果,建立了元胞自动机模型的演化规则,对金属腐蚀过程中的电化学反应和扩散过程进行了模拟。通过对元胞自动机模型在不同参数下进行的模拟结果,确定了能够比较真实反应腐蚀坑形貌的模拟条件。同时统计了电解质中各元胞的浓度分布,并对比湿大气环境下金属腐蚀的机理进行了分析和讨论,模拟结果与实际结果一致。     

基于元胞自动机法的铝合金腐蚀行为模拟

基于元胞自动机方法从介观的尺度对铝合金的腐蚀行为进行模拟。结合金属的局部腐蚀机理,建立了一个新的扩散和空间分离电化学反应耦合的点蚀模型,根据阴极和阳极半反应的物理化学过程,对铝合金点蚀的扩展、离子的扩散和腐蚀产物的生成进行模拟。通过调节参数λ和ε的值模拟了蚀坑内阳极区的自催化现象,并得到了单个蚀坑的腐蚀形貌随着模拟时间的变化情况,将模拟结果与铝合金的实际腐蚀形貌进行对比。结果表明,元胞自动机方法可以实现铝合金电化学腐蚀的复杂模拟,这对于理解铝合金腐蚀以及研究材料的结构完整性有着重大的意义。     

蚀坑生长演化过程的元胞自动机模拟

    用一个简单的元胞自动机从介观的角度对腐蚀环境中金属表面蚀坑的生长演化过程进行研究.假定腐蚀体系为扩散过程控制的金属腐蚀体系,引入溶液浓度、溶解概率和钝化概率,对腐蚀过程中质量转移、金属溶解和钝化过程进行分析;用模拟过程中的溶解掉的元胞数目表征溶解电流,用二维元胞自动机网格中纵向上溶解掉的元胞数目来表征蚀坑深度,研究了在不同的溶液浓度、溶解及钝化概率下溶解电流随时间的变化规律,其结果表明为服从时间的幂函数关系;并得到了蚀坑深度随时间的变化曲线.     

Simulation of Pitting Corrosion for Ni-based Alloy Using a Cellular Automata Model

为了深入理解核电蒸汽发生器传热管的点蚀,发展了利用元胞自动机 (CA) 模型模拟点蚀过程。元胞自动机的 4 个基本元素由电化学反应, 化学反应和扩散过程决定。模拟结果通过定性和定量的方式与试验和已有文献进行了对比。结果显示：元胞自动机模拟能够较好的模拟出点蚀的萌生和亚稳态扩展过程,得到了点蚀坑的形状、腐蚀电流密度和Cl-对点蚀的影响, 这些结果对蒸汽发生器传热管的结构完整性预测有重要影响     

基于元胞自动机模型的镍基合金点蚀模拟（英文）

为了深入理解核电蒸汽发生器传热管的点蚀,发展了利用元胞自动机(CA)模型模拟点蚀过程。元胞自动机的4个基本元素由电化学反应,化学反应和扩散过程决定。模拟结果通过定性和定量的方式与试验和已有文献进行了对比。结果显示:元胞自动机模拟能够较好的模拟出点蚀的萌生和亚稳态扩展过程,得到了点蚀坑的形状、腐蚀电流密度和Cl-对点蚀的影响,这些结果对蒸汽发生器传热管的结构完整性预测有重要影响。     

模拟近海大气环境下结构钢锈蚀表面特征随机模型

对16块Q235B钢板进行了模拟近海大气环境加速腐蚀实验,利用非接触式表面形貌测试方法与自编程序对其表面形貌与特征参数进行采集与分析,明确锈蚀深度、锈坑深度、锈坑径深比分布特征,揭示其均值、方差等统计参数及锈坑形状的变化规律.研究表明,模拟近海大气环境下结构钢腐蚀过程大致经历疮痂、鼓包、剥落3个阶段,疮痂和鼓包阶段以点蚀为主,剥落阶段则表现出全面腐蚀特征;锈蚀深度服从正态分布,锈坑深度和径深比服从对数正态分布;随着腐蚀程度的增大,锈蚀深度均值、标准差与功率谱密度峰值以及锈坑深度对数均值均逐渐增大,锈坑径深比对数均值逐渐减小;各龄期内圆锥体锈坑占比最高,锈坑形状由圆柱或半球体逐渐向圆锥体转变.最后基于锈蚀深度和锈坑参数统计规律,建立了锈蚀深度随机场模型(SFCD)和锈坑随机分布模型(RDCP),实现了模拟近海大气环境锈蚀钢材表面形貌重建.     

飞机蒙皮点蚀生长的元胞自动机模拟

本文利用元胞自动机数值模拟方法对飞机蒙皮点蚀生长过程进行了仿真模拟,通过模拟瞬态图及对不同状态下腐蚀元胞数量及腐蚀深度进行统计发现,腐蚀元胞浓度C越大,点蚀发展越快,金属越容易腐蚀;腐蚀概率Pd越大,金属越容易腐蚀,且腐蚀概率Pd对腐蚀过程的影响后期较前期更为明显;钝化概率Pp越大,金属耐腐蚀能力越强,越不易腐蚀。腐蚀元胞数量随时间的变化关系近似可以用y=a×t~b拟合,腐蚀深度与时间近似呈线性关系,即点蚀深度近似随时间均匀增加。     

一般大气环境下锈蚀结构钢表面特征与随机模型

对处于大气腐蚀环境中的结构钢开展了6批次人工加速腐蚀实验和为期8 a的自然暴露实验,利用表面形貌测试方法和腐蚀表征参数自编分析程序对锈蚀结构钢表面特征参数及演变规律进行研究,明确锈蚀深度、锈坑深度、锈坑径深比分布特征,揭示其均值、方差等统计参数及锈坑形状的变化规律。研究表明,一般大气环境下结构钢锈蚀深度服从正态分布,锈坑深度与径深比服从对数正态分布;随着腐蚀程度的增大,锈蚀深度均值、标准差与功率谱密度峰值以及锈坑深度对数均值均逐渐增大,锈坑径深比对数均值逐渐减小;锈坑形状由圆柱或半球体逐渐向圆锥体转变。最后基于锈蚀深度参数和锈坑参数统计分析结果,考虑各表征参数的变化规律与内在联系,建立了锈蚀深度随机场模型与锈坑随机分布模型,实现了一般大气环境锈蚀钢材表面特征的准确模拟与重建。     

不同类型接触面对316L不锈钢缝隙腐蚀的影响

分别设计了金属-金属、金属-四氟乙烯、金属-橡胶、金属-塑料薄膜4种接触类型,探究不同类型接触面对不锈钢缝隙腐蚀的影响。对316L奥氏体不锈钢的缝隙构型进行FeCl3浸泡实验和电化学实验,研究了其对缝隙腐蚀行为的影响,通过激光共聚焦显微镜对缝隙腐蚀后样品的宏观形貌进行了研究。结果表明,金属-金属接触面条件下腐蚀形貌宽度最大,深度最浅,蚀坑横向发展,蚀坑达到一定深度后,腐蚀溶液横向扩散更容易。金属-橡胶接触面下腐蚀形貌宽度最小,深度最大,蚀坑纵向发展,这与橡胶所受应力有关,始终紧贴样品表面,腐蚀溶液不易发生横向扩散。电化学测试表明,不同类型接触面缝隙试样的破钝化电位相对于无缝隙试样均有明显降低。     

移动热源作用下气中电火花线切割加工仿真分析

为了快速有效地提高气中电火花线切割加工Cr12MoV模具钢的表面质量,通过有限元法计算并分析了单脉冲气中火花放电条件下工件的温度场分布规律,获得了移动热源作用下工件表面电蚀坑形貌为半双椭球形,这与理想条件下电蚀坑形貌为半球形不同,进而探讨了移动热源作用下不同脉冲宽度对工件表面电蚀坑几何形貌的影响,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,修正后电蚀坑深度与工件表面最大粗糙度变化趋势基本相同且数值非常接近,并得出修正前后电蚀坑的长度、宽度及深度随着脉冲宽度的增加不断增大的规律,然而电蚀坑尺寸增加使得电蚀坑体积不断增大,从而提高了气中电火花线切割加工效率,但降低了工件的表面质量。     

304不锈钢和5083铝合金在模拟城市地下空间环境中的腐蚀行为对比

目的 研究对比了304不锈钢与5083铝合金在模拟武汉地下空间环境条件下的腐蚀行为。方法 在对武汉工况调研的基础上,设计了符合地下环境特点的室内加速试验谱,包括循环盐雾试验和湿热试验等,以一个加速周期模拟实际服役环境中1 a的腐蚀量;利用扫描电子显微镜(SEM)、激光共聚焦显微镜等方法分析了304不锈钢与5083铝合金的表面形貌、腐蚀产物成分和腐蚀动力学等。结果 根据模拟武汉地下空间环境设计的加速试验,经过5个循环周期后,不锈钢与铝合金均在局部发生不同程度的点蚀,5083铝合金表面钝化膜被破坏,腐蚀产物堆积,而304不锈钢腐蚀轻微。根据拟合结果,不锈钢最大点蚀深度与腐蚀时间时间符合指数函数关系D1=7.637+1.212e^0.517t,形成的腐蚀坑小而深;铝合金符合幂函数关系D2=11.75t^0.699,主要形成宽而浅的腐蚀坑,其宽深比逐渐增加。结论 随着服役时间的延长,304不锈钢在模拟城市地下空间环境中的点蚀深度发展较5083铝合金更快,304不锈钢的点蚀率受地下运行环境的影响逐年增加,而5083铝合金局部腐蚀放缓。     

带钢冷轧机工作辊表面轧制磨损形貌的模拟仿真

针对带钢冷轧过程中磨损量仅有微米或亚微米数量级的工作辊表面微观形貌的轧制磨损,建立元胞自动机磨损模型,模拟工作辊表面微观形貌的轧制磨损行为及其动态变化过程。采取不同频率正弦曲线叠加组合对工作辊表面形貌的圆周向轮廓进行数学描述和建模,结合生产实际和已有研究,确定接触咬合磨损与磨粒磨损的元胞状态转换规则,建立元胞自动机原理工作辊表面磨损演化模型,并模拟得到在不同工况条件下工作辊表面微观形貌的磨损规律,仿真研究所得粗糙度磨损演变规律与在工业生产中实测统计获得的磨损演变规律基本吻合。     

不锈钢在NaCl溶液中点蚀的数值模拟

基于格子玻尔兹曼(LB)方法,为模拟多相多组分流动与传输、电化学反应、固液相间转化等,建了不锈钢点蚀的LB腐蚀模型。应用该模型,得到了不锈钢在点蚀全过程中点蚀坑形貌特征变化以及不同组分的含量分布情况。该模型能够清晰地说明不锈钢点蚀的反应机理,包括点蚀成核、点蚀的亚稳态过程以及点蚀的稳态过程。对比模拟结果同试验结果可以发现,腐蚀量随时间变化的趋势大致相同,这证明了该模拟方法的准确性。     

YUS270钢焊接接头耐点蚀试验

YUS270钢是由新日本制铁公司开发生产的超奥氏体不锈钢,具有优良的防腐蚀性能.为检测其焊接接头在含有氯离子环境中耐点蚀破坏性能,依据美国ASTM G-48 Test Method C at 40℃标准,经FeCl3盐酸溶液在40℃72 h腐蚀后,比较腐蚀前后重量,测量点蚀密度和最大蚀坑深度.结果表明,在此试验条件下,失重、点蚀密度和最大蚀坑深度均满足标准要求,验证了YUS270钢在氯离子环境中具有良好的耐点蚀性能,为其在海洋石油平台上的应用提供了试验依据.     

N80油管钢CO2腐蚀点蚀行为

在模拟油田CO2 腐蚀环境下 ,利用XRD、EDS和SEM研究了N80钢点蚀坑的形成与发展 .结果表明 ,Cl-会在腐蚀产物膜与金属界面处富积成核 ,加速该区域的阳极溶解 ,促使点蚀坑的形核 ;点蚀坑内也有Cl-富积 ,在膜与基体界面处形成厚度为 3 μm的富积层 ,加速点蚀坑内基体的腐蚀 ,使得点蚀坑进一步发展 .同时 ,讨论了阳极反应与点蚀坑形貌之间的关系     

300M钢保温过程晶粒长大的元胞自动机模拟

基于热激活机制、曲率驱动机制和能量耗散机制,建立了模拟300M钢晶粒长大的元胞自动机模型。分析了平均晶粒尺寸、相对晶粒尺寸分布和晶粒拓扑结构,发现晶粒尺寸随着时间的增加而增大,速率逐渐减缓;相对晶粒尺寸分布符合对数正态分布规律;六边形晶粒出现的频率最高。然后,通过300M钢加热保温实验,得到实际晶粒平均尺寸随保温时间和保温温度变化的规律,并与元胞自动机模拟结果对比,模拟结果平均误差为3. 7%。在此基础上,采用高温激光共聚焦显微镜原位观察300M钢连续的微观组织演变过程,结果发现,300M钢的晶粒长大是通过晶界迁移、吞噬周围小晶粒来实现。元胞自动机模拟的晶界迁移、晶粒长大过程与原位观察结果相符,说明建立的元胞自动机模型能准确模拟平均晶粒尺寸与晶粒拓扑形貌的演变。     

N80油管钢C02腐蚀点蚀行为

在模拟油田CO2腐蚀环境下，利用XRD、EDS和SEM研究了N80钢点蚀坑的形成与发展。结果表明，Cl^-会在腐蚀产物膜与金属界面处富积成核，加速该区域的阳极溶解，促使点蚀坑的形核；点蚀坑内也有Cl^-富积，在膜与基体界面处形成厚度为3μm的富积层，加速点蚀坑内基体的腐蚀，使得点蚀坑进一步发展。同时，讨论了阳极反应与点蚀坑形貌之间的关系。     

X80和X52钢在模拟海水环境中的腐蚀行为与规律

采用模拟浸泡实验、腐蚀形貌分析以及动电位极化和电化学阻抗技术研究了X52和X80钢在模拟海水环境中的腐蚀行为。结果表明:饱和氧时即模拟浅海条件下,X80和X52钢试样表面全面腐蚀和点蚀都会发生,腐蚀速率较大;低氧时即模拟深海条件下,二者主要发生点蚀,腐蚀速率较小。通过对X52和X80钢在模拟海水环境中针对含氧量这一影响因素的腐蚀行为与规律的对比分析得出,X80钢更适用于深海。     

10CrNi3MoV钢在西太平洋深海环境下的腐蚀行为研究

以10CrNi3MoV钢为研究对象,在西太平洋海域不同深度下进行实海腐蚀试验,通过形貌观察、腐蚀失重计算、点蚀测量以及产物成分分析等方法对其腐蚀行为进行了研究。结果表明,10CrNi3MoV钢在西太平洋深海环境下的腐蚀形貌主要为点蚀,随深度增加表面点蚀密度和点蚀深度均增大;腐蚀速率随深度的增加先减小后略有增加,与深海溶解氧含量随深度变化规律一致。由于合金元素的添加导致深海环境局部腐蚀敏感性增大,相同条件下10CrNi3MoV钢耐蚀性劣于普通碳钢。10CrNi3MoV钢形成的晶态腐蚀产物主要为γ-FeOOH;随海水深度增加,晶态腐蚀产物相逐渐减少。     

高速列车A7N01S-T5铝合金焊接接头盐雾腐蚀行为分析

选取了中国某类型高速列车常用的A7N01S-T5铝合金焊接接头,研究A7N01S-T5铝合金焊接接头在盐雾腐蚀条件下的腐蚀失效行为.结果表明,腐蚀后在焊接接头表面上生成了大量腐蚀产物,并且产生了较多的腐蚀坑,腐蚀坑最深处位于热影响区,蚀坑深度为35.4μm,蚀坑面积率为43.6%.铝合金焊接接头先发生点蚀,随着蚀坑深度...