CN113158477B - 多金属耦合腐蚀仿真分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多金属耦合腐蚀仿真分析方法，包括：电偶排序，将多金属耦合体系中涵盖的多种金属材料在服役环境中进行排序形成模型。简化模型。阴阳极判别，分别判别模型中的多种金属材料的阳极和阴极。以及赋值计算，继承阴阳极判别中中间腐蚀电位金属的阴阳极判断结果，赋值模型，并开展仿真计算，从而能够识别腐蚀热点区域，得到计算结果。借此，本发明的多金属耦合腐蚀仿真分析方法，解决了装备设计过程中，多金属材料腐蚀匹配性设计的问题，可以识别腐蚀热点区。

Description

多金属耦合腐蚀仿真分析方法
技术领域
本发明是关于腐蚀防护仿真分析技术领域，特别是关于一种多金属耦合腐蚀仿真分析方法。
背景技术
日常生活中，因功能与力学适配性的要求，多金属装配屡见不鲜，而在腐蚀性环境中，由于各金属材料间存在电化学活性差异，极易形成电偶腐蚀，进而直接影响装备的使用性能。然而，长期以来，对于腐蚀环境下的电偶蚀研究对象主要集中于两种金属电连接形成的双金属耦合体系，对于三种及三种以上的多金属耦合体系研究鲜有涉及。
同时，即便存在少数关于多金属耦合体系的研究，多局限于实验室试片的方法，若研究对象具有复杂的几何结构，实验室测试则难以提供准确的结果，此外，实验室测量无法满足装备设计过程中，多金属装配小幅度改动，重复性腐蚀匹配性设计的需求。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多金属耦合腐蚀仿真分析方法，其解决了装备设计过程中，多金属材料腐蚀匹配性设计的问题，且可以识别腐蚀热点区。
为实现上述目的，本发明提供了一种多金属耦合腐蚀仿真分析方法，包括：电偶排序，将多金属耦合体系中涵盖的多种金属材料在服役环境中进行排序形成模型。简化模型。阴阳极判别，分别判别模型中的多种金属材料的阳极和阴极。以及赋值计算，继承阴阳极判别中中间腐蚀电位金属的阴阳极判断结果，赋值模型，并开展仿真计算，从而能够识别腐蚀热点区域，得到计算结果。
在本发明的一实施方式中，将所述多金属耦合体系中涵盖的多种金属材料在服役环境中是通过测量仪器以自腐蚀电位进行排序的。
在本发明的一实施方式中，简化所述模型是依据实际三维模型的对称性，将所述三维模型简化为二维模型。
在本发明的一实施方式中，多种金属材料包括导电类的非金属材料。
在本发明的一实施方式中，多金属耦合腐蚀仿真分析方法还包括：设定外置窗口，用以小幅度改动所述多金属耦合体系的装配，并重复性计算。
在本发明的一实施方式中，多种金属材料的数量为三种。
与现有技术相比，根据本发明的多金属耦合腐蚀仿真分析方法，其可以有效解决装备设计过程中，多金属材料度蚀匹配性设计的问题，识别腐蚀热点区域，有的放矢，特别适合多金属装配小幅度改动，重复性腐蚀匹配性设计的工作，在制造样机之前解决设计难题，加速了耐腐蚀设计的开发进程。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的多金属耦合腐蚀仿真分析方法的流程示意图；
图2是根据本发明一实施方式的多金属耦合腐蚀仿真分析方法的三金属耦合体系计算示意图；
图3是根据本发明一实施方式的多金属耦合腐蚀仿真分析方法的外置窗口的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1是根据本发明一实施方式的多金属耦合腐蚀仿真分析方法的流程示意图。
如图1所示，根据本发明优选实施方式的一种多金属耦合腐蚀仿真分析方法，包括：S1，电偶排序，将多金属耦合体系中涵盖的多种金属材料在服役环境中进行排序形成模型。S2，简化模型。S3，阴阳极判别，分别判别模型中的多种金属材料的阳极和阴极。S4，赋值计算，继承阴阳极判别中中间腐蚀电位金属的阴阳极判断结果，赋值模型，并开展仿真计算，从而能够识别腐蚀热点区域，得到计算结果。
在本发明的一实施方式中，将所述多金属耦合体系中涵盖的多种金属材料在服役环境中是通过测量仪器以自腐蚀电位进行排序的。
在本发明的一实施方式中，简化所述模型是依据实际三维模型的对称性，将所述三维模型简化为二维模型。多种金属材料包括导电类的非金属材料。
在本发明的一实施方式中，多金属耦合腐蚀仿真分析方法还包括：设定外置窗口4，用以小幅度改动所述多金属耦合体系的装配，并重复性计算。多种金属材料的数量为三种。
在实际应用中，本发明的多金属耦合腐蚀仿真分析方法主要分为：电偶排序、简化模型、阴阳极判别和赋值计算四个步骤。电偶排序，将多金属耦合体系中涵盖的n种金属材料(分别为M1，M2，…，Mn，n≥3)，在服役环境中排序，假设最终的序列为，M1的自腐蚀电位(Ecorr,1)<M2的自腐蚀电位(Ecorr,2)<Mn的自腐蚀电位(Ecorr,n)。
简化模型，为减少计算量，结合模型的实际情况，在不影响计算的情况下，尽量简化，增加计算效率。
阴阳极判别，依据混合电势理论，对于双金属构成的电偶体系而言，阳极金属自腐蚀电位低，阴极金属自腐蚀电位高。显然在此类多金属材料体系中，金属Ml的自腐蚀电位最小，为阳极，金属Mn的自腐蚀电位最大，为阴极。处于中间地带的金属Mx(1<x<n)既可能为阴极，也可能为阳极。为判断多金属体系中自腐蚀电位居中金属Mx的阴阳极状态，可以金属Mx为基准，将金属体系拆分成(n-1)对双金属电偶体系，得到(x-1)对，金属Mx作为阴极的双金属电偶体系，得到(n-x-2)对，金属Mx作为阳极的双金属电偶体系。
如下表所示，若金属Mx作为阴极的系列双金属电偶休系耦合电流之和大于金属Mx作为阴极的系列双金属电偶体系耦合电流之和，则金属Mx表面得到电子，在整个金属体系中，金属Mx便作为阴极，反之，作为阳极。
Figure BDA0003044189680000041
赋值计算，继承阴阳极判别中中间腐蚀电位金属阴阳极判断结果，赋值给已简化的模型，开展仿真计算，便可识别腐蚀热点区域，得到计算结果。
对于装备设计过程中，可对所有用到的主体金属材料进行电偶挂序，事前准备。
中间金属Mx判别阴阳极时，为减少计算量，当金属Mx为阳极时，可将Mx...Mn视为一个整体，即体系中仅Mx为阳极，剩余金属均为阴极，开展计算，不需将其拆分为双金属体系，当金属Mx为阴极时，也可参照执行。
图3是根据本发明一实施方式的多金属耦合腐蚀仿真分析方法的外置窗口4的示意图。如图3所示，本发明还设置有一个外置输入窗口，可输入模型中部件的尺寸，变化部件的材料，自动开展模型小幅度改动，重复性计算的目的，继而找到，在不影响目标模型性能的前提下，最佳的腐蚀匹配性方案。
图2是根据本发明一实施方式的多金属耦合腐蚀仿真分析方法的三金属耦合体系计算示意图。如图2所示，以n＝3为例，即研究对象中包括三种金属：金属A1、金属B2与金属C3，开展海水环境下的腐蚀仿真分析。
参见图1，本发明提供的多金属耦合腐蚀仿真分析方法分为，电偶排序、简化模型、阴阳极判别和赋值计算四部分。首先借助试验室测量工具，研究三种金属在海水环境下的腐蚀电位，确定三种金属在同一腐蚀介质中的电偶排序，假设测定的三种金属的电偶排序结果为：金属A1>金属B2>金属C3。
本实例研究对象为海水环境下三种金属管路的腐蚀仿真分析，利用模型的对称性，可将三维的腐蚀模型，简化为计算量更少的二维腐蚀模型。
完成电偶排序与简化模型后，需开展模型中阴阳极的判断：继承电偶排序的测量结果，依据混合电势理论，金属A1在本实例的三金属体系中为阴极，金属C3在三金属体系中为阳极，金属B2既有可能为阴极，也有可能为阳极，需借助本发明提供的方法进行判断。
为判断三金属体系中自腐蚀电位居中金属B2的阴阳极状态，可以金属B2为基准，将三金属体系拆分成两对双金属电偶体系，得到一对金属B2作为阴极的双金属电偶体系，得到一对金属B2作为阳极的双金属电偶体系。
如下表所示，若金属B2作为阴极的系列双金属电偶体系耦合电流之和大于金属B2作为阳极的系列双金属电偶体系耦合电流之和，则金属B2表面得到电子，在整个三金属体系中，金属B2便作为阴极，反之，作为阳极。
Figure BDA0003044189680000061
在完成金属体系中间腐蚀电位金属阴阳极判别后，便是按照前期测量的数据与简化的模型，设定边界条件，赋值计算，便可得到需要的三金属耦合***腐蚀仿真分析结果。
实际工程设计中，存在诸如金属材料尺寸、金属材料种类、金属材料排列顺序等变量，本发明结合上述仿真计算方法，设置了一个外置窗口4，可满足在不影响目标模型性能的前提下，多金属装配小幅度改动，重复性腐蚀匹配性设计的工作，进而找出最佳的装配体系。
总之，本发明的多金属耦合腐蚀仿真分析方法，其可以有效解决装备设计过程中，多金属材料度蚀匹配性设计的问题，识别腐蚀热点区域，有的放矢，特别适合多金属装配小幅度改动，重复性腐蚀匹配性设计的工作，在制造样机之前解决设计难题，加速了耐腐蚀设计的开发进程。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (4)

1.一种多金属耦合腐蚀仿真分析方法，其特征在于，包括：
电偶排序，将多金属耦合体系中涵盖的多种金属材料在服役环境中进行排序形成模型；
简化所述模型；
阴阳极判别，分别判别所述模型中的多种金属材料的阳极和阴极；以及
赋值计算，继承阴阳极判别中中间腐蚀电位金属的阴阳极判断结果，赋值所述模型，并开展仿真计算，从而能够识别腐蚀热点区域，得到计算结果；
其中，将所述多金属耦合体系中涵盖的多种金属材料在服役环境中是通过测量仪器以自腐蚀电位进行排序的；
其中，简化所述模型是依据实际三维模型的对称性，将所述三维模型简化为二维模型。
2.如权利要求1所述的多金属耦合腐蚀仿真分析方法，其特征在于，所述多种金属材料包括导电类的非金属材料。
3.如权利要求1所述的多金属耦合腐蚀仿真分析方法，其特征在于，还包括：设定外置窗口，用以小幅度改动所述多金属耦合体系的装配，并重复性计算。
4.如权利要求1所述的多金属耦合腐蚀仿真分析方法，其特征在于，所述多种金属材料的数量为三种。
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