碳钢在薄液膜下腐蚀动力学过程随机腐蚀单元模型研究

论文摘要

碳钢是工业生产中使用最广泛的一种金属材料,每年由大气腐蚀造成的损失占碳钢腐蚀总损失的一半以上,给国民经济带来巨大损失的同时耗费大量的能源,造成环境的污染。所以研究碳钢的大气腐蚀过程对于预防、预测碳钢的腐蚀具有重要意义。大气腐蚀研究方法研究多集中于长时间腐蚀数据的收集,对于以小时为单位的短时间周期内的大气腐蚀过程研究的不多,建立碳钢的大气腐蚀模型是研究短周期内大气腐蚀过程的一种有效方法。碳钢大气腐蚀过程是在表面一层非常薄的液膜下的腐蚀过程,阳极过程为金属的溶解,阴极过程为O2的去极化。腐蚀速率由阴极O2的去极化控制。当金属表面没有腐蚀产物膜时,利用Fick第一定律,得到O2的极限扩散电流密度,此时腐蚀电流密度和腐蚀深度之间的关系为线性关系;当金属表面开始被腐蚀产物膜覆盖后,O2的扩散由薄液膜变为透过薄液膜和腐蚀产物膜的扩散过程,由于在腐蚀产物膜中的扩散系数远小于在水膜中的扩散系数,所以此时扩散层的有效厚度可认为是腐蚀产物膜的厚度,扩散系数为O2在锈层中的表观扩散系数Dr。O2在锈层中的表观扩散系数无法测量,参考大孔隙下渗理论,相对于水分子尺寸,将腐蚀产物膜视为具有大孔隙结构,建立含有初始孔隙度、经验指数和Ry放大系数三个参数的表观扩散系数Dr的模型,由此关系可以建立单腐蚀单元的数学模型。所建立的单腐蚀单元模型中有经验指数等三个未知参数,对比年腐蚀深度参照值,使用正交极差、方差分析方法确定三个参数的合理取值范围。使用MATLAB计算验证参数取值对于单腐蚀单元模型是否正确。金属表面存在的大量缺陷而造成电解液聚集的腐蚀过程由许多随机腐蚀单元构成,所以在单腐蚀单元模型基础上引入随机函数,验证经验指数等参数取值对随机腐蚀单元模型是否正确,在此基础上计算短周期腐蚀时间随机腐蚀单元模型的腐蚀数据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 大气腐蚀
• 1.1.1 大气腐蚀分类
• 1.1.2 大气腐蚀影响因素
• 1.2 碳钢大气腐蚀机理
• 1.3 大气腐蚀的研究现状
• 1.3.1 实验研究方法
• 1.3.2 理论研究方法
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第二章 碳钢薄液膜下腐蚀数学模型
• 2.1 碳钢薄液膜下腐蚀的物理过程
• 2.2 碳钢薄液膜下腐蚀数学模型
• 2.2.1 数学模型
• 2.2.2 模型中涉及的常数
• 2.3 计算机模拟软件环境
• 第三章 单腐蚀单元模型
• 3.1 单腐蚀单元参数计算
• 3.1.1 正交极差分析
• 3.1.2 正交方差分析
• 3.1.3 正交分析验证计算
• 3.2 本章所用MATLAB 程序
• 第四章 随机腐蚀单元模型
• 4.1 随机腐蚀单元模型
• 4.2 短周期内腐蚀过程模拟
• 4.3 本章所用MATLAB 程序
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢