碳钢腐蚀速率计算公式_镁合金轮毂螺栓连接的电偶腐蚀行为

6b1ba109499a3d1b245472f7ef594cd9.png

环境污染和能源短缺促使日益发达的汽车工业大力推进构件轻量化,镁合金是最轻的结构材料之一,构件采用镁合金制造可以在减重的同时不降低结构强度,受到汽车工业的青睐。轮毂作为汽车的主要组成部件,其轻量化是汽车节能减排的有效途径。镁合金具有高的比强度和比刚度,减震性能优异,降噪效果良好,而且具有优异的铸造性能,这些优点使得镁合金在轮毂轻量化方面具有广阔的应用前景。

但是,镁合金具有非常活泼的化学和电化学特性,而且在实际应用中不可避免与铝、钢、铜等常用金属接触,镁合金会发生严重的电偶腐蚀,加速零部件的腐蚀破坏,这成为镁合金零部件应用于汽车工业的一个主要障碍,汽车轮毂服役环境比较恶劣,这使得其电偶腐蚀的问题更加凸显。

有限差分法、有限元法和边界元法等数值仿真方法在电偶腐蚀仿真研究中的应用越来越广泛,研究发现,边界元数值仿真在电偶腐蚀电流密度的预测上应用前景较好。

通过试验和边界元数值仿真的方法研究了几何因素对AZ91D镁合金和钢发生电偶腐蚀的影响,验证了数值仿真研究电偶腐蚀过程的有效性,应用边界元方法研究了铝合金垫片对镁合金和碳钢电偶对电偶腐蚀的影响,评估了应用分段非线性边界模型预测阴极保护和电偶腐蚀的可行性,应用数值方法模拟研究了镁合金在NaCI溶液中的微区电偶腐蚀行为,并通过试验验证了此方法可以对镁合金的电化学腐蚀行为进行较好的预测和判断。

本工作针对镁合金轮毂与其钢质紧固螺栓接触发生电偶腐蚀这一问题,应用数值仿真的方法研究了螺栓沉孔几何因素对电偶腐蚀的影响,并通过全浸试验后电偶腐蚀区域与数值模型仿真预测电偶防腐蚀区域对比验证了采用边界元模型仿真来预测构件电偶腐蚀区域的有效性,以期为后续镁合金轮毂螺栓连接的电偶腐蚀行为研究提供参考。

36cd4737fdfc7cfce82c6e5b6319a69d.png

镁合金轮毂-螺栓连接电偶腐蚀仿真模型

1.1 物理模型

图1为镁合金轮毂螺栓连接的三维简化模型示意图。由图1可见:当轮毂的螺栓沉孔中积存电解质时,由于镁合金和钢质紧固螺栓直接接触,而且通过电解质环境构成回路,会形成腐蚀原电池,造成镁合金轮毂腐蚀加速。

4e2d7ea1d8682bebad23cc33586abd0c.png

图1 轮毂-螺栓连接的模型

选用3.5%(质量分数,下同)NaCl溶液作为电解质溶液,为了进一步简化模拟,采用理想的二维轴对称模型代替三维模型,简化方法如图2所示,选取abcd区域为研究对象,阴极边界简化为螺栓头部在垂直方向的投影线段,dc段长度为螺栓沉孔深度H,bc段长度为螺栓沉孔半径R。

33d63ade411891547779d9fdacf43aa6.png

图2 三维模型简化方法示意图

二维轴对称模型网格划分图如图3所示,对电解质区域进行网格划分,由于阳极腐蚀时发生电化学溶解,为了准确模拟阳极腐蚀深度,在边界处采用较密的网格划分。

b49acf0638b73ac35ddff7f032d38de8.png

图3 二维轴对称模型网格划分图

1.2 数学模型

为了使所建立的模型准确模拟腐蚀性为以及研究几何因素对电偶腐蚀的影响,建立数学模型,模拟AE44镁合金轮毂与MS钢制紧固螺栓连接在3.5%的NACI溶液中的电偶腐蚀行为。

1.2.1 边界条件

求解电偶腐蚀过程模型时,电极表面的边界条件为求解腐蚀速率的关键,要求通过数值方法描述电极材料工作时电流密度与电位之间的极化关系作为电极表面的边界条件。采用 Tafel方程描述这一关系,AE44镁合金和MS低碳钢的极化曲线参考DESHPANDE的的测量结果,极化动力学参数列于表中。

be55e07b033a3b3b89215173fb0baa71.png

阳极表面边界条件为:-σnφ=fa(φ)

式中:σ为电解质溶液电导率(S/M);fa(φ)为阳极电流密度(A/m²),通过阳极Tafel公式描述。

同理阴极表面边界条件为:-σnφ=fc(φ)

其它边界应用绝缘边界条件为:nφ=0

根据以上边界条件求解Laplace方程(2),求得电极表面各节点处的电位和电流密度分布。本文运用COMSOL MultiPhysics中的任意拉格朗日欧拉(ALE)方法求解移动边界问题,通过求解方程(6)和(7)获得网格位移。

46d860baf4f3fe4274d3093b65ba4d60.png

方程中,参考坐标系(X,Y)固定不动,空间坐标系(x,y)根据具体的边界条件随时间而运动。阳极边界的移动速度(07a2885538950da0bb1cbc128ad6ba8e.png)通过法拉第定律求得

908dbe395d2370677854c9b3414efcc5.png

式中:M为镁合金的摩尔质量(g/mol);

z为电荷数;

ρ为镁合金密度(g/cm3 );

n为阳极界面的法向矢量;

fa(q)为阳极电流密度(A/m2)。

本文假设阴极不发生腐蚀,即阴极边界的移动速度为零。

28640da55182ff583b2474e0493ba8d1.png

仿真结果与讨论

利用二维轴对称模型模拟研究室温下AE44镁合金-MS低碳钢电偶对在3.5%NaCl溶液中浸泡72 h,镁合金表面腐蚀深度随时间的变化如图4所示。其中,阴极边界宽度为10 mm,沉孔半径(R)为20mm,螺栓沉孔深度(H)为5mm。

34892b3fbd286cd60ad01fea9392a07f.png          

图4  电偶对3.5%的NACI溶液中浸泡不同时间后,镁合金腐蚀深度随时间的变化曲线

浸泡72h后,镁合金表面距偶接位置越近,蚀坑越深,在阴阳极接触区域附近出现一圈很深的腐蚀坑,蚀坑深度大于1 mm,随着与接触位置距离增加,腐蚀速率变缓。在电偶腐蚀初期,腐蚀会迅速沿横向扩散,随着电偶腐蚀的进行,腐蚀主要沿垂直方向扩展,形成腐蚀坑。

2.1 螺栓沉孔深度对电偶腐蚀的影响

螺栓沉孔半径为20 mm,改变螺栓孔深度,室温下螺栓沉孔内充满3.5% NaCl溶液,浸泡偶对金属72h后,考察镁合金的腐蚀深度分布情况。

若不考虑沉孔侧壁的腐蚀,即假设模型中cd段绝缘,如图5所示:随着H的增加,在阴阳极接触位置的最大腐蚀深度由1.32mm减小到1.17mm,但与接触点距离超过1.5mm后,腐蚀深度随H的增大而增大。

a08b042dbb8358f70f64d18d380670d2.png

图5不同H电偶对在3.5%NACI溶液中浸泡72h后,镁合金腐蚀深度随时间的变化曲线

这主要是由于当H减小时,沉孔内电解质溶液的厚度减小,溶液电阻增大,抑制电流流到远离接触位置的区域,从而造成电偶电流的分布不均匀,在远离阴阳极金属接触位置的阳极金属腐蚀深度随之减小;

另外,电解质溶液厚度越小,阴阳极金属接触位置附近溶液中的电位梯度增大,则带电离子运动的速率增加,电化学反应速率增加,造成接触位置附近的阳极金属腐蚀深度随之增大。当H增大,电偶电流的分布范围变广,腐蚀变得均匀。不同H时镁合金表面电偶电流密度的分布如图6所示。

5576fe951438c18068841b186dd12b54.png

图6 不同H电偶对在3.5%NACI溶液中浸泡72H后,镁合金阳极电流密度随时间的变化曲线

不考虑沉孔侧壁的腐蚀,镁合金平均腐蚀深度随H的变化如图7(a)所示,H小于10 mm时,随着沉孔深度增加,沉孔内电解质厚度增加,平均腐蚀深度增加;H大于10mm时,平均腐蚀深度变化不显著。

实际环境中,沉孔的侧壁作为阳极金属参与电偶腐蚀,将模型中的cd段设置为参与电偶腐蚀过程的阳极金属,随着H增加,电偶腐蚀的阴阳极面积比减小,电偶腐蚀程度会有所减弱。

8cb619cb21cacb8c30bacba0c605291c.png

44950114be48044562356cc9f53973b3.png

图7  

在电解质溶液厚度和阴阳极面积比的共同影响下,镁合金平均腐蚀深度随H的变化规律如图7(b)所示,H小于5 mm,H变化引起的电解质溶液厚度的变化是影响腐蚀平均深度的主要因素;H大于5 mm,电解质溶液厚度变化对平均腐蚀深度的影响不再明显,H变化引起的阴阳极面积比变化成为影响平均电偶腐蚀深度的主要因素。

2.2 沉头螺栓半径对电偶腐蚀的影响

实际使用环境中,轮毂螺栓沉孔内积存的雨水、泥土等电解质的体积一定,不同沉孔半径(R)会造成积存电解质的厚度发生变化,同时也会改变电偶腐蚀偶对金属的阴阳极面积比,从而影响电偶腐蚀的严重程度。

模拟研究室温下螺栓沉孔内积存恒定体积2000mm,3.5%NaCl溶液,浸泡偶对金属72h后,不同R对镁合金的腐蚀深度分布情况的影响,见图8。

83b45bd3eb5dbf6b2a0ec02217dd965c.png   

图8 不同R电偶对在3.5%NACI溶液中浸泡72H后,镁合金腐蚀深度随时间的变化曲线

由图8可见:R的变化对腐蚀深度的影响主要表现在距离接触点一定距离之后,腐蚀深度随着R的增大而减小。

平均腐蚀深度的变化规律如图9所示,图10给出了接触点附近的最大腐蚀深度随着R的变化规律,随着R增大,电解质厚度减小的同时阴阳极面积比减小,镁合金平均腐蚀深度逐渐减小,接触位置附近最大腐蚀深度先明显增加,R大于15mm后,最大腐蚀深度近似保持不变。

3aba59de75eb81d2d634e292226988e8.png       

图9 不同R电偶对在3.5%NACI溶液中浸泡72H后,镁合金腐蚀深度

9aed0130bd4c47e7ff19bbd5e4bb28a0.png       图10 不同R电偶对在3.5%NACI溶液中浸泡72H后,镁合金最大腐蚀深度

abdfa7b04ff9c76704ecc457fc586591.png

实验结果与仿真结果对比     

试验所用偶接件的阳极材料为未经表面处理的AE44镁合金,阴极材料为表面发黑处理的钢质螺栓。在镁合金基体上加工尺寸为R35mm*35mm的沉孔,然后在沉孔中心加工螺纹孔,镁合金电偶对的装配示意如图1所示。

在室温下对装配好的镁合金-钢质螺栓电偶对进行24h3.5%NaCl溶液全浸试验。镁合金-钢质螺栓浸入3. 5% NaCI溶液后,有大量气泡冒出,随着浸泡时间延长,溶液浑浊程度逐渐加重。

分别纪录浸泡不同时间后各试样沉孔底面腐蚀形貌,并与模拟的腐蚀形貌结果对比,见图11。

3661c1cc3f0468f27966f9227f4335ee.png

24 h后,取出偶接件,镁合金表面有白色絮状腐蚀产物附着,清洗腐蚀产物后,表面上有肉眼可见的蚀坑,其腐蚀形态为点蚀,且距偶接位置越近,蚀坑越深,在螺栓周围区域出现一圈很深的腐蚀坑。由图11对比可得,模拟预测的镁合金电偶腐蚀区域扩展变化过程与试验所得电偶腐蚀区域变化过程具有较好的一致性。

81cb78d634a33536624ef4edc1f04cf4.png

结 论

(1) 边界元数值仿真结果与全浸试验结果具有较好的一致性,仿真结果在预测镁合金与紧固螺栓的电偶腐蚀分布和腐蚀性能方面具有较好的应用;利用数值仿真方法可以更有效地研究单一因素对电偶腐蚀的影响,为避免实际应用中的电偶腐蚀破坏提供参考。

(2) 若沉孔内充满电解质,随着沉孔深度增加,镁合金表面平均腐蚀深度先增加后减小,H小于5 mm,H变化引起的电解质溶液厚度变化是影响腐蚀性能的主要因素;H大于5 mm,H变化引起的阴阳极面积比变化成为腐蚀性能的主要影响因素。

(3) 若沉孔内电解质体积恒定,随着螺栓沉孔半径增大,镁合金表面平均腐蚀深度近似线性减小,接触位置附近最大腐蚀深度先增加至最大值后基本不变。设计合理的轮毂连接结构,主要考虑降低电解质的积存和防止大阴极小阳极,可以在一定程度上减缓电偶腐蚀的发生。

 ---End---

推荐阅读

汽车螺栓拧紧方式及拧紧质量评价

拧紧的螺丝为啥还要退半圈?德国人告诉你答案!

扭矩-转角法拧紧工艺条件下的装配质量评价

d322ccf463459f9fb828c6fb6337f282.png

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/394302.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

第七周总结

2019第七周作业 本周作业头 这个作业属于那个课程C语言程序设计II这个作业要求在哪里https://edu.cnblogs.com/campus/zswxy/computer-scienceclass1-2018/homework/2939我在这个课程的目标是理解指针数组和地址之前的关系及应用这个作业在那个具体方面帮助我实现目标practice参…

python大纲图_Python课程大纲

课程大纲被分成6个部分,每个部分又被分解为多个阶段, 而每个阶段包含了多个Try, Workshop, FactToFace, Apply. 这里只列出部分,和阶段:CHAPTER 0 : 预科[可选]Linux使用,常用CMD,服务配置,IDE&…

如何使用Google Authenticator在ASP.NET Core中设置两因素身份验证

介绍 (Introduction) In this article, we are going to learn how to perform two-factor authentication in an ASP.NET Core application using the Google Authenticator app.在本文中,我们将学习如何使用Google Authenticator应用程序在ASP.NET Core应用程序中…

280. Wiggle Sort

最后更新 二刷 这个题做得真蠢。上来想的复杂了,想的是quick sort之类的,然后一个一个交换。 实际上直接交换就行。。没啥特别的。 回头看一刷也是同样的思考过程 宿命论啊。。 Time: O(n) Space: O(1) public class Solution {public void wiggleSort(i…

避免人为灾难:盘点数据中心里十大愚蠢行为

对于企业运营,数据中心从设计、部署等各个环节都有极其严格的规范,保证简单的“题目”不出错也需要企业IT管理人员的智慧,在数据中心任何一个小错误往往会带来巨大灾难。数据中心从设计、部署、测试、运行、运维等各个环节都不能有任何的疏忽…

python中node.tag的用法_python在ui自动化中的一些常见用法

http://cn.python-requests.org/zh_CN/latest 可以查看requests库的说明,pprint(res.json(),width30)可以对请求的返回值按照json格式化形式进行打印。常见的content-type 有application/x-www-form-urlencoded、application/json、application/xml。自动化测试操作…

leetcode1039. 多边形三角剖分的最低得分(动态规划)

给定 N,想象一个凸 N 边多边形,其顶点按顺时针顺序依次标记为 A[0], A[i], …, A[N-1]。 假设您将多边形剖分为 N-2 个三角形。对于每个三角形,该三角形的值是顶点标记的乘积,三角剖分的分数是进行三角剖分后所有 N-2 个三角形的…

TRIZ解决问题方法

个人觉的成功是有规律的,那些成功的人士,都有一套处理事情的秘籍。只要我们的思维方式把那些秘籍融会贯通,并快速执行,我们有一天也会成功的。 TRIZ解决问题的5点方法。 1.确定最终目标。 2.列出阻碍因素 3.消除阻碍因素 4.可以利…

windows调用python_windows 快捷调用Python语言

本文主要向大家介绍了windows 快捷调用Python语言,通过具体的内容向大家展示,希望对大家学习Python语言有所帮助。场景1:某云平台的账号/或密码比较长,一旦浏览器缓存失效,就要去邮件/文件查找,费时费力场景…

《量化投资:以MATLAB为工具》连载(1)基础篇-N分钟学会MATLAB(上)

http://blog.sina.com.cn/s/blog_4cf8aad30102uylf.html 《量化投资:以MATLAB为工具》连载(1)基础篇-N分钟学会MATLAB(上) 《量化投资:以MATLAB为工具》简介 《量化投资:以MATLAB为工具》是由电子工业出版社&#xff0…

android-开源项目_我如何摆脱对开源的恐惧,并开始了自己的项目-以及如何做到。...

android-开源项目by Linea Brink Andersen通过Linea Brink Andersen 我如何摆脱对开源的恐惧,并开始了自己的项目-以及如何做到。 (How I crushed my fear of open source and started my own project — and how you can, too.) A week ago, I started an Open So…

本题要求实现函数输出n行数字金字塔。_练习5-3 数字金字塔 (15分)

本题要求实现函数输出n行数字金字塔。函数接口定义&#xff1a;void pyramid( int n );其中n是用户传入的参数&#xff0c;为[1, 9]的正整数。要求函数按照如样例所示的格式打印出n行数字金字塔。注意每个数字后面跟一个空格。裁判测试程序样例&#xff1a;#include <stdio.…

leetcode167. 两数之和 II - 输入有序数组(二分查找)

给定一个已按照升序排列 的有序数组&#xff0c;找到两个数使得它们相加之和等于目标数。 函数应该返回这两个下标值 index1 和 index2&#xff0c;其中 index1 必须小于 index2。 说明: 返回的下标值&#xff08;index1 和 index2&#xff09;不是从零开始的。 你可以假设每…

thinkcmf 横向排列数据_利用python进行数据分析之数据清洗规整

1.处理缺失值数据使用dropna()时&#xff0c;注意里面参数axis、how、thresh的用法使用fillna()时&#xff0c;注意里面参数value、method、inplace、limit的用法2.数据转换去重data.drop_duplicates(keeplast)#注意keep的用法映射map&#xff08;&#xff09;针对的是一维数组…

v$asm_diskgroup中state的说明

1.使用oracle账号连接数据库&#xff0c;查看v$asm_diskgroup 2.使用grid账号连接ASM实例&#xff0c;查看v$asm_diskgroup 3.官方v$asm_diskgroup关于state的解释 https://docs.oracle.com/en/database/oracle/oracle-database/19/refrn/V-ASM_DISKGROUP.html#GUID-5CF77719-7…

AutoMapper的介绍与使用(二)

AutoMapper的匹配 1&#xff0c;智能匹配 AutoMapper能够自动识别和匹配大部分对象属性: 如果源类和目标类的属性名称相同&#xff0c;直接匹配&#xff0c;不区分大小写目标类型的CustomerName可以匹配源类型的Customer.Name目标类型的Total可以匹配源类型的GetTotal()方法…

站长快讯 WordPress跨站攻击漏洞修补

WordPress中发现一些漏洞&#xff0c;攻击者利用该漏洞可以发起跨站脚本攻击&#xff0c;绕过WordPress安全性限制&#xff0c;获取较为敏感的修订历史记录的信息&#xff0c;或者绑架站点以用于DDoS攻击。 CVE ID CVE-2015-8834 CVE-2016-5832 CVE-2016-5834 CVE-2016-5835 C…

畅通无阻的公式:乘员组从几乎破产变成了吸引500万游客的方式

How could you go from almost no traction and running out of money, to getting millions of visitors to your website?您怎么能从几乎没有牵引力和资金用尽的角度&#xff0c;如何吸引数百万的网站访问者&#xff1f; You could do like Crew accidentally did with Uns…

leetcode1302. 层数最深叶子节点的和(深度优先搜索)

给你一棵二叉树&#xff0c;请你返回层数最深的叶子节点的和。 代码 class Solution {int[] depthnew int[]{Integer.MIN_VALUE,0};//记录最深层数和对应的和public int deepestLeavesSum(TreeNode root) {if(rootnull) return 0;deep(root,0);return depth[1];}public void d…

Python笔记 【无序】 【五】

描述符 将某种特殊类型的类【只要实现了以下或其中一个】的实例指派给另一个类的属性 1.__get__(self,instance,owner)//访问属性&#xff0c;返回属性的值 2.__set__(self,instance,value)//将在属性分配【即赋值】中调用&#xff0c;不返回任何内容 3.__delete__&#xff08;…