Corrosion Module

モデルの電気化学の腐食過程と陰極保護設計のために

Corrosion Module

海水に浸された鉄骨構造物は、40の電気防食用陽極を通して腐食から保護されす。 この例は、保護された表面の酸素還元のために一定の限界電流を通しながら、保護された構造の表面におけるポテンシャル分布をモデル化しています。

電食は、至る所で起こります。

腐食対策には、世界で毎年1兆ドル以上の費用が費やされています。ほとんどの腐食は水面下、湿った、もしくは、湿気のある環境で引き起こされる電気化学反応の過程によって生じます。腐食モジュールは、技術者と科学者が、構造物を保護するために腐食の過程を調査し、腐食が構造物の耐用年数の間引き起こす状況における理解を深めることも可能です。そして、電食を抑制させて再発防止策を実用化させることをも可能にします。本モジュールは根本的なメカニズムを調査するために微少量における腐食をシミュレーションすることも、大規模で長い間構造を腐食から保護する方法を見出すために、より大きな範囲で腐食をシミュレーションすることも可能にします。

腐食への理解が鍵

腐食モジュールは、特徴、インタフェース、全ての電食の過程のシミュレーションへの簡単なアプローチを可能にするためのモデル例、例えば、動電気や、穴ができるように、およびすき間腐食等を含んでいます。腐食物や腐食された材料の透過は、腐食表面の変化の動的モデリングと、そのような表面に接触した電解質から説明できます。腐食モジュールには、ターフェル、バトラー-ウォリメル、または他のユーザによって定義された方程式で電気化学反応動力学について説明できる腐食過程の腐食電位と現在の配分をモデル化するための標準インタフェースを含んでいます。電気化学反応は、電解質、金属組織、均質の化学反応、および腐食のため金属面の形の変化などの腐食過程に特有の現象を電位で完全に解決できます。

事例紹介

  • 割れ目の長さに沿った腐食種の濃度 割れ目の長さに沿った腐食種の濃度
  • ICCPにおける船殻の電解質の潜在性 ICCPにおける船殻の電解質の潜在性
  • 亜鉛めっきされた釘の電解腐食の三次電流分布研究における電解質の潜在性の鉄濃度と輪郭 亜鉛めっきされた釘の電解腐食の三次電流分布研究における電解質の潜在性の鉄濃度と輪郭

腐食保護システムの最適化

腐食モジュールは効果的な腐食保護システムのデザインを可能にします。これは、陰極保護システム(ICCP)、犠牲陽極や陽極防食のシミュレーションが含まれます。陽極電流は不動態化を実施するために腐食の材料の上で残っています。

微少量で予防可能な特殊メカニズムを調査するのに腐食モジュールを使用します。これにより、さらに大規模な構造をシミュレートする場合にこのパラメータを展開することも可能です。例えば、保護された構造物上に成長した水酸化物フィルムがそれに該当します。COMSOL Multiphysicsで作成されたデザインを含むCADファイルをインポートすると、保護過程の定義がセットアップされます。促進腐食に影響されやすい構造の領域を特定することに関して、電気防食用陽極のプレースメント、カソード防食、もしくはアノード防食電流が印加されたプレースメントを指定できます。

モジュールのもう一つのアプリケーションは、水面下の構造物もしくは埋設構造物の腐食におけるストレイ電流の効果を見積もることです。そして、また、この腐食メカニズムの進行を防ぐための保護電極の位置決めを、本モジュールを使用することで最適化が可能です。正しく設計されると、ストレイ電流源の近くに置かれた構造(例えば、鉄道)をむしばまずに、これらの電極はストレイ電流の取り込みを調整することができます。

電食の拡張影響のモデル化

腐食が時間の経過とともに構造物にもたらす影響は全く壊滅的です。腐食が構造物から物質を取り除くとき、それは構造上の完全性に危険をもたらすかもしれません。

ある場合は、構造のどの部分が高い圧力と歪みを受けるかを確認するために腐食分析と組み合わせて構造分析を実施することもあるかもしれません。これらの部品での腐食は破壊的であるかもしれません。そのため、これらの部品が保護されることの確認が必要かもしれません。腐食の影響を理解するために、そして、腐食保護のための設計を最適化するために、構造力学モジュールと腐食モジュールを組み合わせることも可能です。これは、あるモジュール内で別のモジュールとの連成が可能というCOMSOL Multiphysicsが持つ広範囲かつ高性能さにより実現可能となります。

他の場合では、乱流や多相流は、化学種輸送との連成が必要かもしれません。その時には、CFD Moduleを使用することが出来ます。正確で膨大な大量輸送定義を含む腐食モジュール内に大量輸送インタフェースを組み合わせることで実装可能です。

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