CC BY
3
2. Каплан И. Г. Введение в теорию межмолекулярных взаимодействий. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982. 312 с.
3. Ethan A. Mastny and Juan J. de Pablo «Melting line of the Lennard-Jones system, infinite size, and full potential», Journal of Chemical Physics 127 104504 (2007)
УДК 544.72
Еремин А.В. студент
4 курс, институт «Электроники и приборостроения»
СГАУим. академика С.П. Королёва
Россия, г. Самара Горовенко Т.А. студент
4 курс, институт «Электроники и приборостроения»
СГАУ им. академика С.П. Королёва
Россия, г. Самара МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕЙСТВИЯ ПРОТЕКТОРНОЙ ЗАЩИТЫ В
ПАРЕ Fe-Cr
Статья посвящена моделированию процесса электрохимической коррозии. Приведены основные механизмы протекания данного процесса. Рассчитаны эффективные радиусы протекторной защиты поверхности.
Ключевые слова: вероятностный клеточный автомат, электрохимическая коррозия, протекторная защита
SIMULATION OF CATHODIC PROTECTION IN PAIR Fe-Cr The article is devoted to the modeling of electrochemical corrosion. The basic mechanisms of the process were considered. The effective radii of the cathodic protection of surface were calculated.
Keywords: stochastic cellular automaton, electrochemical corrosion, cathodic protection
Коррозия — процесс химического или электрохимического разрушения металлов под действием окружающей среды. Электрохимическая коррозия — это разрушение поверхностного слоя, сопровождающееся появлением электрического тока в результате работы множества микрогальванических элементов на корродирующей поверхности металла.
Протекторная защита металла — способ антикоррозионной защиты, при котором защищаемой поверхности необходимо обеспечить контакт с более активным металлом. По отношению к железу, более активными металлами являются кадмий, хром, цинк, магний и другие металлы.
Из механизма коррозии металла, следует, что более активный металл начинает испускать электроны и присоединять к образовавшимся ионам гидроксильной группы из раствора электролита, а другой, менее активный, будет принимать электроны, присоединяя их к своим ионам. В результате, более активный металл (анод) будет окисляться, а менее активный металл (катод) восстанавливаться. Таким образом, анод будет защищать от коррозии. В результате, анод будет окисляться, а катод восстанавливаться.
Для реализации модели электрохимической коррозии был использован метод вероятностного клеточного автомата. Данный метод был выбран потому, что он характеризуется высокой скоростью обработки данных, достаточной достоверностью получаемых результатов и простотой их графического отображения.
Вероятность реализации акта коррозии в случае отсутствия протектора рассчитывалась исходя из электрохимического потенциала металла; при наличии протектора на вероятность влияли разность потенциалов металлов основания и протектора, а также расстояние от точки до протектора и величина неразрушенной его части.
Ниже представлены результаты работы программы расчета, для опыта без протекторной защиты.
Рисунок 1 - Вид профиля коррозии через 1000 мкс На рисунке 1 показан профиль поверхностного слоя металла. В начальный момент времени поверхность задавалась атомарно гладкой, но через некоторое время в результате коррозии появились неровности. Для нахождения эквивалентного уровня использовалось осреднение. Исходя из данного опыта, была вычислена скорость протекания процесса коррозии.
V, пт/иэ
0,05
0,045
0,04
0,035
0,03
500
1000
1500
2000 Ъ иэ
Рисунок 2 - Изменение скорости протекания процесса с течением времени По графику на рисунке 2 видно, что в начале скорость коррозии возрастает, а затем остается постоянной. Это происходит потому, что изначально поверхность металла задается атомарно гладкой, а в ходе протекания процесса в ней образуются неровности, что увеличивает площадь контакта со средой и, следовательно, увеличивает скорость коррозии.
Далее был проведен опыт с присутствием на поверхности металла-протектора.
Рисунок 3 - Вид профиля коррозии через 1000 мкс Из рисунка 3 видно, что максимальная защита поверхности обеспечивается в непосредственной близости к протектору, а по мере удаления от него процесс коррозии идет быстрее.
0
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
-У1/Ут -У2/Ут ----У3/Ут--0.3
Рисунок 4 - Отношение скорости коррозии с протектором к скорости коррозии без него на всей поверхности в разные моменты времени На графике (рисунок 4) горизонтальной пунктирной линией отмечен уровень, ниже которого скорость коррозии составляет мене 30% от скорости коррозии без протектора и, соответственно, ниже которого защита может считаться эффективной. Таким образом, можно определить радиус, защиту которого обеспечивает протектор.
Для расчета эффективного радиуса защиты произведем аппроксимацию полученных кривых полиномами 6-ой степени и найдем точки пересечения их с уровнем 30%.
Время, мкс 100 1000 2000
Радиус, нм 598 430 268
Таблица 1 - значения эффективных радиусов защиты
В таблице 1 представлены значения, полученные в ходе численного моделирования и анализа полученных данных.
Использованные источники:
1. Семенова И.В. Коррозия и защита от коррозии: учебное пособие [Текст]/ Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В.: ФИЗМАТЛИТ,2010.-344 с.
2. Эванс Ю.Р. Коррозия, пассивность и защита металлов [Текст]/ Эванс Ю.Р.: Москва-Ленинград: Металлургиздат, 1941.-886 с.
3. Chopard, B. and Droz, M. (1998) Cellular Automata Modeling of Physical Systems, Cambridge University Press.
