設(shè)備的可靠性至關(guān)重要，尤其是在不經(jīng)常使用該設(shè)備的應(yīng)用中。在任何情況下都不允許腐蝕。

本文研究的模型是球形進氣閥，通常在消防車上使用，以控制水進入泵的流量。該閥的輕質(zhì)鋁設(shè)計已被證明非常適合在移動設(shè)備上使用。該閥由三種金屬組成，并且獲得專利的水路系統(tǒng)在操作后將組件中的水排出，以最大程度地降低腐蝕風(fēng)險。

然而，實際上，球形進氣閥可以連接到鐵或黃銅聯(lián)軸器，并且可以保持充滿鹽水。放在一起，電腐蝕會成為問題。

仿真技術(shù)

通過計算機仿真可以預(yù)測發(fā)生電偶腐蝕的風(fēng)險。采用有限元分析方法來求解控制腐蝕現(xiàn)象的基本電化學(xué)方程。該模擬軟件包含以下組件：

• 預(yù)處理器

• 通用且靈活的CAD導(dǎo)入工具-基于標準鑲嵌語言（STL）

• 自動的高質(zhì)量表面網(wǎng)格

• 自動極化曲線選擇

• 解算器

• 堅固而快速

• 支持多體配置和外部電流源

• 后期處理

• 全自動和可配置的報告

• 整個組織均可使用的強大可視化工具

圖1.定義材料組

該軟件使用一種新穎獨特的薄膜方法，該方法包括基于恒定膜厚，恒定電導(dǎo)率的分析方法和一種電勢方法，該方法可以模擬電解質(zhì)電勢相對于距表面的距離的梯度。該軟件計算不同物體上的薄膜之間的重疊，以確保相鄰的具有重疊薄膜的物體之間的離子轉(zhuǎn)移。

這項研究的目的是預(yù)測球形進水閥在自來水和海水中的電偶腐蝕行為。

分步建模

圖2.將STL文件重新網(wǎng)格化為高質(zhì)量的表面網(wǎng)格

CAD導(dǎo)入

第一步，將3-D CAD模型加載到軟件中。用戶選擇不同的組件并定義材料。每個材料組都有其自己的顏色以保持清晰的概覽，并且列出每個組的總表面積作為參考。在這種情況下，組件包含五種金屬（包括鐵和黃銅）和幾個絕緣墊片。

定義邊界條件

第二步，需要輸入邊界條件。一個簡單的輸入向?qū)⒅笇?dǎo)用戶完成不同的步驟。在第一次抽頭中定義環(huán)境特征和電解質(zhì)性質(zhì)。對于此測試案例，在自來水和海水中測得的薄膜電導(dǎo)率分別為0.12和4.36西門子/米（S / m）。兩種電解質(zhì)的薄膜厚度均為1毫米（1,000微米）。

每種金屬在所關(guān)注的電解質(zhì)中都有特定的極化行為。極化行為通過常規(guī)電化學(xué)技術(shù)測量，例如線性掃描伏安法或逐步恒電位法。在輸入向?qū)У牡诙吸c擊中，從極化曲線數(shù)據(jù)庫中選擇每種金屬的極化行為。對于本研究，在電化學(xué)實驗室中針對30°C的自來水和人造海水測量了極化數(shù)據(jù)。

圖3.報告腐蝕速率

啟動解算器

在開始計算之前，將根據(jù)輸入的STL文件自動生成高質(zhì)量的網(wǎng)格。即使在狹窄的區(qū)域內(nèi)，這也可以顯著提高結(jié)果的準確性。

該仿真軟件可以解決由材料，模型和環(huán)境確定的邊界條件下的電化學(xué)方程。模擬僅需幾分鐘。

分析結(jié)果

該軟件為每次模擬運行生成報告。該報告包含許多顏色圖和表格，用于說明每個組件的腐蝕行為。給出了裝配中不同組件的主要參數(shù)，例如電流密度和腐蝕速率。然后可以輕松比較自來水和海水中的電偶腐蝕行為，并且可以在組織內(nèi)部共享結(jié)果。

圖4.自來水（左）和海水（右）的模擬結(jié)果

此外，可以使用可視化軟件分析仿真結(jié)果。該工具允許用戶詳細瀏覽裝配。在圖4中，移去了黃銅蓋，以在模型“內(nèi)部”看。在鋁與黃銅接觸的閥體以及上耳軸的頂端（鋁與閥球的不銹鋼接近）處發(fā)現(xiàn)最大的腐蝕速率。

仿真結(jié)果與現(xiàn)場腐蝕的設(shè)備進行了比較。確定了鋁耳軸和閥體的電偶腐蝕，并與客戶的實際經(jīng)驗相符。

研究了滅火設(shè)備的球形進氣閥的電偶腐蝕風(fēng)險。該軟件易于使用，并允許用戶以快速有效的方式確定不同的材料組合。在此模擬中，球形進氣閥包含三種金屬，并用鐵和黃銅管道部件封蓋。在實驗室中測量了金屬的電化學(xué)行為，并定義了環(huán)境條件。

仿真軟件預(yù)測了耳軸和閥體上的電偶腐蝕。仿真是材料選擇優(yōu)化的起點。這可以通過計算飾面，涂層和替代材料的效果來實現(xiàn)。