COMSOL® 製品概要

腐食解析モジュール

腐食解析モジュールで電気化学腐食と陰極保護設計をモデル化

腐食解析モジュール

海水に浸された鉄骨構造物が40の電気防食用陽極を通して腐食から保護されています. 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. 腐食解析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にします. 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

腐食解析モジュールは機能, インターフェース, そして, 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, 電解腐食, 孔食, 隙間腐食等, を含んでいます. 腐食性の, または腐食した材料中の輸送は, 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腐食ポテンシャルや腐食電流分布をモデル化する標準インターフェースが備わっており, Tafel, Butler-Volmer, またはユーザー定義方程式が電気化学反応動力学を記述します. 電解質, 金属組織, 一様な化学反応, 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の中でを電位で, 電気化学反応は電気ポテンシャルとともに完全に分解されます.


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

腐食解析モジュールは効果的な腐食保護システムの設計を可能にします. これには印加陰極電流保護(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施こづために腐食材料の上に印加されます.

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解析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層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, 保護過程の定義が設定されます. 加速腐食に影響されやすい構造の領域を特定する場合, 犠牲陽極の場所を指定して, 陰極, または陽極保護電流を印加することができます.

この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浮遊電流の効果を見積もることです. 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を最適化することができます. 正しく設計できれば, 浮遊電流源の近くに置かれた構造 (例えば鉄道)を腐食させずに, その保護電極に浮遊電流を取り込む仲立ちをさせることができます.

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. 腐食は, 構造物から物質を取り除くので, 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, 腐食解析と組み合わせて構造解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になるでしょう. 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解析モジュールを組み合わせることも可能です. これは, ある任意のモジュールの連成が可能というCOMSOL Multiphysics が持つ高性能さのおかげです.

他の場合では, 乱流や多相流と化学種輸送との連成が必要になることがあります. CFDモジュールと腐食解析モジュールに含まれる質量輸送インターフェースを組合わせることにより, 正確な質量輸送を記述することが可能です.

腐食解析モジュール

機能

  • 濃度と腐食電位などの動力学パラメーターが温度依存になる電気化学反応の任意定義
  • Butler-Volmer方程式とTafel方程式のビルトインインターフェースで2次電流と3次電流の密度分布を生成
  • 希釈電解質と濃縮電解質における拡散, 対流, イオン移動による質量移動 (ネルンスト・プランク方程式)
  • 多孔質媒体内の化学種輸送と流体流れ
  • 電極反応における限界電流密度
  • 腐食反応を研究するためのサイクリックボルタメントリ, ポテンショメトリ, ACインピーダンス
  • 電気化学反応、電流分布、腐食電位の腐食表面形状の影響
  • 層流、伝熱、ジュール加熱

用途

  • 陽極防食
  • 陰極防食
  • 二重層容量
  • 防食 (CP)
  • すきま腐食
  • ガルバニック腐食
  • 加電流陰極防食 (ICCP)
  • AC 軽減
  • 不動態化
  • 孔食
  • シグネチャ管理
  • 水中電位 (UEP)
  • 腐食関連磁界 (CRM)
  • AC/DC (HVDC) 干渉解析
  • 土壌抵抗率
  • 陽極ベッドデザイン
  • 表面防食
  • ICCP スレッド

Simulation-Led Strategy for Corrosion Prevention

Submarines: Corrosion Protection or Enemy Detection?

Cathodic Protection of Steel in Reinforced Concrete

Corrosion Protection of a Ship Hull

Corrosion Protection of an Oil Platform Using Sacrificial Anodes

Monopile with Dissolving Sacrificial Anodes

Crevice Corrosion of Nickel with Electrode Deformation

Atmospheric Corrosion

Galvanized Nail

Cyclic Voltammetry at a Macroelectrode in 1D

Electrochemical Impedance Spectroscopy

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