CC BY
51
УДК 620.193
С. Д. Старыгина, Р. Ф. Тазиева
ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ПРОГНОЗА КОРРОЗИОННОГО ПОВЕДЕНИЯ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ
Ключевые слова: питтинговая коррозия, компьютерная модель.
На основе имитационных моделей приведены компьютерные модели питтинговой коррозии. Эти модели предназначены для прогноза коррозионного поведения нержавеющей стали.
Keywords: pitting corrosion, computer model.
Computer models of pitting corrosion are based on the simulation models. These models are designed to predictpitting corrosion behavior of stainless steel.
Питтинговая коррозия - это процесс ускоренного разрушения металла, начинающийся в локальном участке, в котором произошло разрушение пассивной пленки на поверхности металла, находящегося под воздействием электролита какого-либо типа, в результате чего формируются поверхностные или скрытые каверны размером в несколько сотен микрон [1]. Проблема питтинговой коррозии занимает центральное место в различных разделах технической науки. Рациональное моделирование феномена коррозии предполагает тщательные теоретические исследования ее базовых процессов. В данной статье приведено компьютерное моделирование питтинговой коррозии. Где в основе компьютерной модели лежит имитационной модель питтинговой коррозии в гальваностатических условиях предложенная профессором Б. Л. Журавлевым [2, 3].
Согласно данной модели в процессе питтинговой коррозии пассивирующихся металлов можно выделить следующие состояния:
P- пассивное состояние(питтинги отсутствуют);
S- рост мелких питтингов;
B- рост крупных питтингов, сопровождающийся или не сопровождающийся ростом и репассивацией мелких питтингов;
U- рост устойчивого - «бессмертного» питтинга.
В каждый момент времени электрод находится в одном из состояний, а переход в другое состояние происходит мгновенно, за исключением состояния, в котором наблюдается рост «бессмертного» питтинга. Это состояние поглощающее, попав в него, система уже не может перейти в другое состояние.
Однако в разработанной компьютерной модели кроме описанной выше модели реализуются еще две, в одной из которых система может находиться в двух состояниях (рост и пассивация мелких питтингов), а во второй модели вводится совершенно новое состояние длительной «паузы» (система находится в пассивном состоянии длительное время).
Моделирование процесса питтинговой коррозии реализовывалось с помощью объектно-ориентированного языка программирования высокого уровня С#. В первом приближении принято, что когда система находится в пассивном состоянии потенциал растет по линейному закону со скоростью ^ :
E = E, + k1x,
во время роста мелкого питтинга потенциал линейно падает со скоростью k2 согласно уравнению:
E = Б,-k 21,
Во время роста крупного питтинга потенциал изменяется по косинусоидальному закону:
Е = (Е ,Еі)еов(^) + (Е^Еі) + к1т-к21.
2
Т,
2
Во время длительной паузы потенциал изменяется согласно закону:
Е = Л/Р3.
Для получения результатов необходимо задать время и параметры имитационной модели на вкладке «параметры» рис. 1. В качестве значений по умолчанию приняты значения параметров нержавеющей стали марки I2XI8HЮT. В левой части формы отображаются состояния системы в определенный момент времени и соответствующий потенциал для трех моделей. Построение хронопотенциограмм осуществляется на вкладке
«хронопотенциограмма» рис. 2. На вкладке статистика рассчитывается математическое ожидание, дисперсия, среднеквадратическое отклонение и значение коэффициента корреляции.
л /1м.< ыционнап модель коррозионного поведения мі’ри'.ші-нмцігй с.тііііИ
Файл О програмне
Время, с
3600
Модель 1 Модель 2 Модель 3
Г латая График Параметры Стагиспжэ
Значения параметров иммитационной модели коррозионного поведения нержавеющей стали
Хіте РсІепЬаІ
Р 0 0.255
Р 4 0,275
Б - 0.271
Р Э 0286
Б -п 0,234
Р 13 0.299
Э 17 0.291
Р 18 0.296
э 20 0292
р 21 0297
в 23 0293
в 26 0,291
Е: 27 0,295
В 29 0,293
В 34 0,287
В 39 0.28$
В 44 0,286
в 48 0.288
в 54 0,283
В Ь/ 0.288 '
Минимальное значение
100 110
мВ: Минимальное значение потенциала при котором образуются мелкие питтинги Е2. мВ: Максимальное значение 140 170
| 360
310
образуется мелкие питтинги ЕЗ. мВ:
Продолжительность жизни
мелкого питтинга, с
Продолжительность жизни 100 крупного питтинга. с
Продолжительность паузы между мелкими питтингами.
Продолжительность крупной паузы, с
в
Г^п
-
Модель 1 І І І М1: гоаФмк Модель 2 0 М2: граф*.
Модель 3
Вероятность перехода мелкого питтинга в крупный Вероятность перехода крупного пигтинга в бессмертный
Вероятность крупной паузы
Скорость роста потенциала. мВ/с
Скорость спада потенциала. мШс
Установить новые параметры
Рис. 1 - Имитационная модель коррозионного поведения нержавеющей стали
Рис. 2 - Хронопотенциограммы 1,2 и 3 моделей
В результате статистической обработки полученных данных по трем моделям выявлено, что процесс питтинговой коррозии является нестационарным, так как со временем изменяется математическое ожидание и дисперсия случайного процесса [4,5].
Литература
1. Stefan Scheiner, Christian Hellmich Finite Volume model for diffusion- and activation-controlled pitting corrosion of stainless steel: Vienna University of Technology (TU Wien), Institute for Mechanics of Materials and Structures, Karlsplatz 13/202, A-1040 Vienna, Austria
2. Журавлёв, Б.Л. Динамика локальных стохастических процессов электрохимического осаждения и растворения металлов: дис. ... д-ра хим. наук / Б.Л. Журавлёв - Казань, 1992. - 317 с.
3. Егорова, И.О. Частотный анализ флуктуаций потенциала стали 12Х18Н10Т при гальваностатической поляризации в хлоридных растворах / И.О.Егорова, Р.А Кайдриков., С.С.Виноградова, Б.Л.Журавлев // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2011. - Т. 14, № 7. - С.143-147.
4. Бендат, Дж. Применение корреляционного и спектрального анализа / Дж.Бендат, А.Пирсол -М.:Мир, 1983.-312с.
5. Смердова, С.Г. Применение статистических методов в испытаниях полимермодифицированных битумов / С.Г.Смердова, Н.Н.Умарова, Л.В.Петухова, Г.И.Сибгатуллина // Вестник Казан. технол. ун-та. -- 2010. - № 5. С. 259-267.
© С. Д. Старыгина - канд. пед. наук, доц. каф. информатики и прикладной математики КНИТУ, svetacd_kazan@mail.ru; Р. Ф. Тазиева - асс. каф. информатики и прикладной математики КНИТУ, ram89_89@mail.ru.
