[发明专利]腐蚀、防蚀解析方法

说明书

技术领域

本发明涉及为进行腐蚀、防蚀预测而利用计算机的解析方法。尤其提供一种适用于金属的腐蚀、防蚀问题中像异种金属接触腐蚀(亦称电蚀)和通气差腐蚀那样的宏电池(Macrocell)(阴极防蚀)问题的解析方法。并且，本发明除了能适用于金属的腐蚀、防蚀问题外，同样地能适用于电镀、电池、电解槽等宏观的阳极和阴极通过电解质而存在，并形成电位场的系统。

背景技术

在海水那样具有高电导率的溶液中，容易受到由于混合使用异种金属材料而产生的异种金属接触腐蚀或者由于流速分布不均匀而引起的流速差腐蚀(由于流速差而引起的通气差腐蚀)等宏电池腐蚀的损害。所以，最好事先对这些腐蚀正确地进行预测，采取预防措施。另一方面，积极地利用宏电池中阴极侧的腐蚀抑制现象的「阴极防蚀」，作为最基本的防蚀方法而被广泛采用，要求根据阳极的材料和设置位置、防蚀对象机器的形状、材料构成和溶液条件(电导率、流速等)来预测防蚀范围和保护性(sacrifical)阳极的消耗速度等。

对宏电池的预测来说，实验的方法是有一定限度的，这是因为场的形状对宏电池的动作有很大影响。也就是说，例如进行关于异种金属接触腐蚀的实验，即使详细地调查了面积比、材料的组合、溶液的电导率等各种因素的影响，其结果，仍然是仅适合于该实验的溶液所占的区域的3维形状。由于实际的机器和结构件中形状很复杂，所以不能正确地估计出宏电池中的液间阻抗，很难直接利用实验结果。并且，实际上不可能在每次防蚀对象机器的形状发生变化时就进行假定其形状的实验。

所以，实际结构中的宏电池腐蚀和阴极防蚀的预测，实际上在大多数情况下不得不依靠经验法则。因此，为了更正确地进行定量性预测，已进行了大量尝验。首先，对决定电位分布的拉普拉斯方程式进行纯数学性的求解，试求出电位和电流密度分布。但是，这些解析对象均仅限于平板、园筒等比较简单的结构体系。保角映射法和利用导电纸的方法，很早以前就被用作电场问题的解析方法。但这些方法都只能处理二维场。

另一方面，随着近几年计算机技术的发展，利用差分法、有限单元法和边界单元法的数值解析正在被广泛试用。差分法和有限单元法由于必须对整个物体进行单元(要素)分割，所以其缺点是计算时间太长。与此相反，边界单元法由于只需要对物体表面进行单元分割，所以能大幅度缩短单元分割和计算所需要的时间。人们认为，对于解析像电位和电流密度这样的表面的物理量非常重要的腐蚀问题来说，边界单元法是最适合的方法。发明者们为了预测宏电池腐蚀和阴极防蚀问题，开发了采用边界单元法的解析技术。

[基础方程式和边界条件]

水溶液中的金属腐蚀是根据阳极反应和阴极反应两者成对的电化学反应而进行的。若以像海水那样的包含溶解氧在内的中性盐水溶液中的铁的腐蚀为例，则其反应如式(1)和式(2)所示。

(阳极反应)                   (1)

(阴极反应)      (2)

在金属表面上进行阳极反应的部位称为阳极；进行阴极反应的部位称为阴极，在海水中铁被腐蚀时，通常是阳极和阴极很微小，而且互相混在一起，其位置也不一定。所以腐蚀虽然造成一定的凹凸不平，但从整体来看几乎是均匀一致的。不过，在材料，表面状态、环境等不均匀的情况下，阳极和阴极不均匀，腐蚀集中在特定的部位(阳极部)。把前者称为微电池腐蚀，后者称为宏电池腐蚀，以示区别，但是，在海水泵中，经常造成巨大损坏的主要是异种金属接触腐蚀、通气差腐蚀等宏电池腐蚀。另一方面，宏电池腐蚀中的阴极侧由于都是流过阴极电流，所以，腐蚀受到抑制。积极利用这种腐蚀抑制现象的防蚀法是阴极防蚀。

宏电池腐蚀和阴极防蚀中的任何一种系统都可以被看作是阳极和阴极通过电解质而构成的电池。电解质的电位(φ)由式(3)的拉普拉斯方程式决定。

²φ=0                                       (3)