金属在湿大气环境下初期腐蚀行为的模拟
2014-12-15 10:43:58
作者:国家材料腐蚀与防护科学数据中心来源:=$docheckrep[1]?ReplaceBefrom($ecms_gr[befrom]):$ecms_gr[befrom]?>
湿大气是当空气相对湿度到达100%左右或者当雨水直接落在金属表面时发生的一种现象。在湿大气过程中,金属表面形成肉眼可见的液膜层,液膜层厚度在几微米左右。大气腐蚀就发生和发展在这层电解液和金属之间。通过湿大气腐蚀初期行为的研究,揭示大气腐蚀的形核和扩展过程,对理解大气腐蚀有着重大的帮助。
近年来,扫描电化学显微镜(SECM)、原子力显微镜(AFM)、扫描极化力显微镜(SPFM)等微观观测仪器已经应用到大气腐蚀初期行为的研究中。这些仪器的观测尺度一般在1mm~1μm的范围内。在这个尺度下对腐蚀现象的研究,可以细致到观测单个腐蚀坑的形貌及周围的电位,对揭示大气腐蚀的深层机理有很大的促进。随着这些大气腐蚀研究中观测手段的发展,一方面为介观尺度下的腐蚀模拟提供了试验数据基础,另一方面也提出了在介观尺度下对大气腐蚀过程进行模拟的需求。在这种情况下,采用元胞自动机(Cellular Automaton,CA)方法对大气腐蚀的初期行为进行模拟是一种可行的模拟方法。
本章模拟了腐蚀产物大量存在时对点蚀转换过程的影响,可以间接通过改变Block算法中区块边长l来实现。在Tk=1000、rf=1时,l=32和16时,孔内的阳离子扩散比较缓慢,亚稳态点蚀容易成为稳态点蚀;当l=128和64时,蚀孔内溶液与本体溶液的交换速度较大,容易使孔内丧失酸性环境,引起点蚀的再钝化过程。
在Tk=1000、l=64时,残留钝化膜破坏程度较小时,点蚀容易进入稳态生长过程。随着残留钝化膜破坏程度的严重,蚀孔内外的溶液交换越容易发生,蚀孔内更容易丧失酸性环境,点蚀的再钝化过程发生。
模拟中的点蚀蚀坑是随着迭代次数的增加而增加的,在l=64、rf=1/4时,
在蚀坑半径发展到9.49μm以上时,点蚀才进入稳态生长过程。这表明随着蚀坑深度的增加,蚀孔内外溶液的交换更加困难,导致转换过程发生时较深的蚀坑更容易引发点蚀进入稳态过程。
盐膜的存在必将会为点蚀的阳极反应提供备用的驱动力,使点蚀的稳态过程更容易发生。但是还未见直接的蚀孔内存在盐膜的证据出现,盐膜对点蚀转换过程的影响也可能存在双重作用。
更多详细信息敬请参阅《材料腐蚀信息学--材料腐蚀基因组工程基础与应用》 李晓刚 著
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