Информационное обеспечение для прогноза коррозионного поведения нержавеющей стали

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

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.