1。介绍电化学腐蚀可以被定义为一个金属的腐蚀结果发生在接触另一个进行,腐蚀环境。腐蚀刺激两种金属之间的电位差的存在:更高贵的材料作为阴极,一些氧化物种减少和金属越活跃,腐蚀,作为阳极。阳极反应是,根据定义,某种形式的金属溶解;阴极反应是,在大多数实际情况下,氧气减少或氢进化,或两者的结合。许多电化学腐蚀影响因素已经讨论决定是否会发生电化学腐蚀,如果在一个特定的实例以什么速度;当考虑电化学腐蚀的理论是很重要的要注意这些因素包括电极电位、反应动力学、合金成分、保护膜特性、本体溶液环境中,几何,和类型的接头
1]。
gydF4y2Ba有高发病率的过去科学家采取腐蚀感兴趣了解原因,限制或加速这个过程。人们进行了无数次研究;一些全球前景更
2),而一些采取更有针对性的方法(
3]。的研究(
2)看了许多不同的电夫妇在海水中常用的应用程序。研究主要集中在开发合理的模型系统经历了不同时期的暴露在腐蚀性环境。
gydF4y2Ba模拟镁和铝之间的电化学腐蚀一直由Lacroix et al。
4],Deshpande [
5- - - - - -
7),贾庆林等。
8),和陈等。
9]研究了镁合金的腐蚀在静态条件下低碳钢联系。幽禁的出版物等。
10- - - - - -
12和史和凯利
13)在这种情况下也给了一段深入的话题,尤其是在边界条件的非常重要的选择。新研究太阳et al。
14),应用数学方法的燕et al。
15]在海水条件下沉积形成的建模,明确引入的方式提到一个有用的模型建立的目的。下面的研究结果是基于已经取得的进展。修改基本电电流密度计算的层增长方面导致了与时间有关的电极的电化学响应的变化。
gydF4y2Ba工作的Hochez [
18),模拟之间的电化学腐蚀Mg和艾尔几何像self-pierce冲压铆钉关节已经完成。从初始模型设置和相关科学的挑战,需要数学模型的基本假设。一如既往地在建模操作定义的质量和仿真结果的准确性。通过计算机模拟分析表明研究参数的能力影响腐蚀性能如表面分数由反应产物的影响。
gydF4y2Ba在约翰逊和雅培的作品
19和徐et al。
20.),材料的性质的影响腐蚀速率的低碳钢在电耦合进行了研究。这些文章表明,低碳钢的变化,如果材料的腐蚀速率改变电化学腐蚀。添加Cr钢铁合金提高了钢的耐蚀性。发现随着铬含量的增加,低碳钢的腐蚀速率降低。
gydF4y2Ba有限元分析(FEA)的潜在和电流分布在电系统长期以来一直研究在文献[
21- - - - - -
27]。这些研究通常进行调查的基本影响电解质几何(
26,
28,
29日),电极动力学(
25),和独特的几何图形(部分
21]。早期尝试建模提供了一个解析解(
26,
30.]化电流和电位分布在电接点涉及两种不同的金属保持并排和被腐蚀的解决方案。这些理论预测也后验证与实验测量的潜在和整个结的电流密度。最近,semianalytical和数值方法
29日,
31日)是解决对阳极和阴极电流密度分布在电偶和类似的电化学电沉积等现象。电化学腐蚀是发现更好的建模与连续介质方法比点阵模型因为界面的曲率是一个重要的参数在确定电化学溶解率。
gydF4y2Ba在工作中有限元方法用于执行参数研究的电化学腐蚀column-beam螺栓装配用于钢结构。本研究考虑材料的阴极电解液的厚度“螺栓、<我nl我ne- - - - - -formula>
e米米l:mi>
”,螺栓头的尺寸,距离头螺栓之间的接触面积和终板来确定参数可引起的最大阳极腐蚀速率”终板”。
2。材料和方法
2.1。螺栓接合和材料三种类型的材料用于螺栓进行测试来预测终板的腐蚀速率。因此,三种类型的电连接螺栓接头进行了研究。元素的材料组成的大会是在桌子上
1。螺栓是由三种类型的低合金钢的腐蚀电位越高,终板的金属是碳钢(S235JR)表
2。因此电化学腐蚀发生在终板之间的接触区,在每个螺栓接合头螺栓。换句话说,终板作为阳极,博尔特成为阴极。
2.2。几何和建模螺栓装配column-beam类型和它用于钢结构、人物
1。开发模型是笛卡尔2 d的类型,用于表示平面建模元素进入电化学腐蚀,人物
2。建模部分螺栓头之间的接触面积,终板和电解液。阳极(终板)的宽度<我nl我ne- - - - - -formula>
w米米l:mi>
= 26.5毫米和螺栓头的尺寸取决于螺栓(表的大小
3)。
表3螺栓的尺寸。
|
|
|
| 螺栓的尺寸 |
K米米l:mi>
(毫米) |
年代米米l:mi>
(毫米) |
|
| M12 | 7、5 | 18 |
| M16 | 10 | 24 |
| M20 | 12、5 | 30. |
图1Column-beam与端板螺栓连接。
图2建模区域的几何特征。
2.3。研究参数电化学腐蚀是参数的分析,考虑到螺栓材料的影响,螺栓大小,电解液厚度、和浸泡时间的腐蚀速率终板,表
4和图
3。
表4研究参数的电连接。
| 螺栓材料
| 螺栓的尺寸
| 电解质厚度
| 浸泡时间
|
| 20 mncr5 | M12 | 1毫米20毫米1个月 |
| 42 crmo4 | M16 | 6个月 |
| 32 crmov13 | M20 | 12个月 |
图3研究参数的电连接。(一)<我nl我ne- - - - - -formula>
e米米l:mi>
= 1毫米,(b)<我nl我ne- - - - - -formula>
e米米l:mi>
= 20毫米。
(一)
(b)
三种类型的低合金被用于螺栓(20 mncr5、42 crmo4和32 crmov13)并将代表阴极。螺栓大小三个直径在这项研究(M12 M16, M20);的维度将考虑在电分析螺栓头的尺寸,这一部分将在与端板的接触。电化学腐蚀将研究两个厚度的1 M盐酸电解液(<我nl我ne- - - - - -formula>
e米米l:mi>
= 1毫米,<我nl我ne- - - - - -formula>
e米米l:mi>
= 20毫米)和第二段范围:1个月、6个月和12个月。
3所示。方法和边界条件
3.1。电极电位分布的分析目前的分析是基于一个模型组成的原电池腐蚀夫妇两个元素,如图
2。这对夫妇由阴极元素(螺栓)的宽度”<我nl我ne- - - - - -formula>
年代米米l:mi>
“在+<我nl我ne- - - - - -formula>
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方向和高度”<我nl我ne- - - - - -formula>
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方向。这对夫妇被电解质覆盖的深度”<我nl我ne- - - - - -formula>
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“在+<我nl我ne- - - - - -formula>
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方向。电解液是由完美的绝缘体有界<我nl我ne- - - - - -formula>
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年代米米l:mi>
各种电流与阳极和阴极反应的电极电位关系认为是受到激活控制对数塔菲尔极化行为。因此,净腐蚀的阴极电流密度单位长度的夫妇<我nl我ne- - - - - -formula>
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螺栓上的电极电位<我nl我ne- - - - - -formula>
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是塔费尔阳极和阴极反应的参数,分别。同样端板,净腐蚀的阳极电流密度单位长度的夫妇<我nl我ne- - - - - -formula>
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在终板电极电位<我nl我ne- - - - - -formula>
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终板的自由腐蚀电位,<我nl我ne- - - - - -formula>
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是塔费尔阳极和阴极反应的参数,分别。
gydF4y2Ba方程控制电解液中的电位分布变得拉普拉斯方程(为常数电导率):
(3)米米l:mtext>
∇米米l:mo>
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潜在的控制方程必须解决使用软件基于有限元法(FEM);这个方程必须受到适当的边界条件。在任何electrode-electrolyte接口,阳极和阴极过程同时发生和电流密度通过界面电子交流的结果在这两个过程。电偶,阴极过程主导的贵金属(螺栓)而减少贵金属的阳极过程占主导地位(终板)。
3.2。边界条件解决方案(
3)是基于边界条件如图
4。
图4边界条件。(一)<我nl我ne- - - - - -formula>
e米米l:mi>
= 1毫米,(b)<我nl我ne- - - - - -formula>
e米米l:mi>
= 20毫米。
(一)
(b)
为<我nl我ne- - - - - -formula>
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= 0电极电位的法向导数<我nl我ne- - - - - -formula>
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是腐蚀电解质的导电率。
gydF4y2Ba由于没有电流正常的绝缘边界,
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拉普拉斯方程的数值解需要阳极的电化学参数的定义,阴极和电解质在1 M盐酸电解液的特点是引用表中
5(
16]。确定这些参数的实验测试已经进行了文献[
17他们引用表
6。
表5电解质的特点(
16]。
| 电导率(S / m) | 33.2 (S / m) |
| 低厚度(毫米) | 1(毫米) |
| 高厚度(毫米) | 20(毫米) |
表6电化学参数1 M盐酸[
17]。
|
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一个米米l:mi>
(mV / 12月)
|
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(mV / 12月)
|
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(一个/米2)
|
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问米米l:mi>
(mV)
|
| S235JR | 65年 | 122年 | 3.55 |
- - - - - -米米l:mo>
553年米米l:mn>
|
| 42 crmo4 | 209.9 | 249.9 | 7、1 |
- - - - - -米米l:mo>
495年米米l:mn>
|
| 32 crmov13 | 263.7 | 173.1 | 10 |
- - - - - -米米l:mo>
500年米米l:mn>
|
| 20 mncr5 | 106.2 | 124.3 | 1、6 |
- - - - - -米米l:mo>
488年米米l:mn>
|
4所示。结果与讨论
4.1。电解液的潜力一旦定义的电化学参数,几何应用,边界条件和控制方程,以及适当的网格几何图形被发现,该模型解决了电化学腐蚀。拉普拉斯方程的解析使我们向潜在电解液在电极表面上的螺栓/终板。数据
5,
6,
7向我们展示电解质潜在的曲面图在不同的螺栓变形几何尺寸和不同材料的螺栓。可以看出,电解质的潜力增加如果螺栓大小增加:<我nl我ne- - - - - -formula>
E米米l:mi>
(M20) ><我nl我ne- - - - - -formula>
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(M16) ><我nl我ne- - - - - -formula>
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(M12)。这些潜在的价值也取决于螺栓材料:<我nl我ne- - - - - -formula>
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(32 crmov13)><我nl我ne- - - - - -formula>
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(42 crmo4) ><我nl我ne- - - - - -formula>
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(20 mncr5)。
图5电解质潜力M12螺栓和电解质厚度,<我nl我ne- - - - - -formula>
e米米l:mi>
= 1毫米在12个月内变形几何学。(一)20 mncr5, (b) 42 crmo4, (c) 32 crmov13。
(一)
(b)
(c)
图6电解质潜力M16螺栓和电解质厚度,<我nl我ne- - - - - -formula>
e米米l:mi>
= 1毫米在12个月内变形几何学。(一)20 mncr5, (b) 42 crmo4, (c) 32 crmov13。
(一)
(b)
(c)
图7电解质潜力M20螺栓和电解质厚度,<我nl我ne- - - - - -formula>
e米米l:mi>
= 1毫米在12个月内变形几何学。(一)20 mncr5, (b) 42 crmo4, (c) 32 crmov13。
(一)
(b)
(c)
电解液的潜力还取决于电解液的厚度;如果电解液的厚度增加而增加,这适用于两个参数:螺栓尺寸和螺栓材料,<我nl我ne- - - - - -formula>
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= 20 mm) ><我nl我ne- - - - - -formula>
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(<我nl我ne- - - - - -formula>
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= 1毫米),数字
8,
9,
10。
图8电解质潜力M12螺栓和电解质厚度,<我nl我ne- - - - - -formula>
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在12个月= 20毫米变形几何学。(一)20 mncr5, (b) 42 crmo4, (c) 32 crmov13。
(一)
(b)
(c)
图9电解质潜力M16螺栓和电解质厚度,<我nl我ne- - - - - -formula>
e米米l:mi>
在12个月= 20毫米变形几何学。(一)20 mncr5, (b) 42 crmo4, (c) 32 crmov13。
(一)
(b)
(c)
图10电解质潜力M20螺栓和电解质厚度,<我nl我ne- - - - - -formula>
e米米l:mi>
在12个月= 20毫米变形几何学。(一)20 mncr5, (b) 42 crmo4, (c) 32 crmov13。
(一)
(b)
(c)
4.2。腐蚀速率< inline-formula > < mml:数学xmlns: mml = " http://www.w3.org/1998/Math/MathML " id =“直径”> < mml: mrow > < mml: msub > < mml: mrow > < mml: mi > C < / mml: mi > < / mml: mrow > < mml: mrow > < mml: mi > R < / mml: mi > < / mml: mrow > < / mml: msub > < / mml: mrow > < / mml:数学> < / inline-formula >腐蚀速率的计算使用以下关系(
32]:
(6)米米l:mtext>
V米米l:mi>
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腐蚀速率(cm /年),<我nl我ne- - - - - -formula>
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腐蚀电流密度(一个/厘米吗2),<我nl我ne- - - - - -formula>
米米米l:mi>
的摩尔质量<我nl我ne- - - - - -formula>
米米米l:mi>
(Fe) = 55.85克/摩尔,<我nl我ne- - - - - -formula>
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铁的价吗<我nl我ne- - - - - -formula>
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是法拉第常数<我nl我ne- - - - - -formula>
F米米l:mi>
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钢的密度吗<我nl我ne- - - - - -formula>
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7.87米米l:mn>
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3米米l:mn>
。
gydF4y2Ba表
7和数字
11和
12表明,腐蚀速率取决于螺栓尺寸、螺栓材料和电解质厚度。可以看出,终板的腐蚀速率增加如果螺栓大小增加:<我nl我ne- - - - - -formula>
C米米l:mi>
R米米l:mi>
(M20) ><我nl我ne- - - - - -formula>
C米米l:mi>
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(M16) ><我nl我ne- - - - - -formula>
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R米米l:mi>
(M12)。这些腐蚀速率值也依赖于螺栓材料:<我nl我ne- - - - - -formula>
C米米l:mi>
R米米l:mi>
(32 crmov13) ><我nl我ne- - - - - -formula>
C米米l:mi>
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(42 crmo4) ><我nl我ne- - - - - -formula>
C米米l:mi>
R米米l:mi>
(20 mncr5)。
表7腐蚀速率值的函数螺栓尺寸,材料和电解质厚度。
| 螺栓的尺寸
| 螺栓材料
| 腐蚀速率<我nl我ne- - - - - -formula>
C米米l:mi>
R米米l:mi>
端板(毫米/年)
|
电解质厚度
e米米l:mi>
= 1毫米
| 电解质厚度
e米米l:mi>
=米米l:mo>
20.米米l:mn>
毫米
| |
|
x米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
|
x米米l:mi>
=米米l:mo>
- - - - - -米米l:mo>
26.5米米l:mn>
毫米
|
x米米l:mi>
=米米l:mo>
0米米l:mn>
|
x米米l:mi>
=米米l:mo>
- - - - - -米米l:mo>
26.5米米l:mn>
毫米
|
| M12 | 20 mncr5 | 4.55 | 3.65 | 4.70 | 4.40 |
| 42 crmo4 | 11.80 | 9.40 | 12.30 | 10.90 |
| 32 crmov13 | 14.10 | 11.30 | 15.25 | 13.30 |
|
| M16 | 20 mncr5 | 5.10 | 4.10 | 5.55 | 5.20 |
| 42 crmo4 | 13.25 | 10.70 | 14.80 | 13.20 |
| 32 crmov13 | 15.30 | 12.50 | 17.70 | 15.60 |
|
| M20 | 20 mncr5 | 5.50 | 4.40 | 6.30 | 5.90 |
| 42 crmo4 | 14.40 | 11.70 | 17.00 | 15.25 |
| 32 crmov13 | 16.10 | 13.40 | 19.60 | 17.55 |
图11腐蚀速率为电解质厚度,<我nl我ne- - - - - -formula>
e米米l:mi>
= 1毫米。(一)20 mncr5, (b) 42 crmo4, (c) 32 crmov13。
(一)
(b)
(c)
图12腐蚀速率为电解质厚度,<我nl我ne- - - - - -formula>
e米米l:mi>
= 20毫米。(一)20 mncr5, (b) 42 crmo4, (c) 32 crmov13。
(一)
(b)
(c)
终板的腐蚀速率也取决于电解液的厚度;如果电解液的厚度增加而增加,这适用于两个参数:螺栓尺寸和螺栓材料,<我nl我ne- - - - - -formula>
C米米l:mi>
R米米l:mi>
(米米l:mo>
e米米l:mi>
=米米l:mo>
20毫米)><我nl我ne- - - - - -formula>
C米米l:mi>
R米米l:mi>
(米米l:mo>
e米米l:mi>
=米米l:mo>
1毫米)。
5。结论选择螺栓在螺栓接合电钢结构必须考虑螺栓的尺寸和螺栓材料的影响。本研究中所示,随着螺栓的大小增加,腐蚀速率增加。如果螺栓钢合金的变化,腐蚀速率的变化。腐蚀速率的增加端板的电化学腐蚀过程中导致减少螺栓装配的一生。因此极大的兴趣必须由工程师/设计师所选择的螺栓在设计钢结构时,确保长寿命。
的利益冲突作者宣称没有利益冲突。
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