在腐蚀分析中，我们经常希望研究电流连通性不像受控电流或电压那么简单的腐蚀表面。取而代之的是，电极表面可能短路通过直接连接或通过电阻器，例如，在海上风力涡轮机基础上的单波线和过渡件之间的电连接。在这里，我们研究了如何使用ComsolMultiphysics®软件中适当的边界条件来描述这些电极和外部短路。
腐蚀分析中的牺牲阳极阴极保护
电腐蚀的现象是故意利用牺牲阳极阴极保护的。为了保护结构成分（通常是钢）免于腐蚀，它是电连接到由不太高贵金属制成的牺牲阳极的。然后，牺牲阳极优先腐蚀。请注意，为了使牺牲阳极有效保护钢，需要在两种金属之间有直接的电气连接才能关闭电路。实际上，牺牲阳极短路向受保护的表面，以便它们开始腐蚀。
当我们在comsol多物理模型中定义牺牲阳极时，通常可以假设阳极材料和阴极材料是良好的电导体。因此，在牺牲阳极和受保护的钢表面上，电势可以均匀设置为0 V。下面，我们看到对从阳极膜阻力对阴极保护教程。在此模型中，我们定义具有与牺牲阳极相同的外部电势条件的钢表。
这电极表面边界条件将0 V的外部电势应用于钢表面。具有更负腐蚀电位的相同条件会导致牺牲阳极腐蚀。
在comsolMultiphysics®中对电极和外部短路进行建模
如果两个金属表面之间的电气接触不理想怎么办？例如，它们可能与具有明显电阻的电缆联系在一起。我们没有将电势直接设置为0 V，而是使用外部短边界条件。该设置将电极表面上的外部电势定义为通过串联电阻连接到地面的均匀浮动电位。根据欧姆定律，电压与地面的确切值取决于在电极表面上抽出的总电流。
让我们看一个例子：海上阴极保护中的一项常见任务是保护单媒体。这些是用于保护海上建筑物的钢基础，例如海床中的风力涡轮塔。通常，单层在结构上连接到过渡片。虽然单波管始终在水面以下，但过渡片延伸到其上方。
典型的近海单物体结构的示意图。
为了保护所有结构钢部件免受腐蚀，我们使用了安装在过渡片上的几个牺牲阳极。当阳极仅直接与过渡片的直接电连接时，单波底座通过其通过结构接触进行的电触点保持保护。由于这不是电气理想的，因此我们在电化学模型中使用电阻来说明不完善的电连接。我们可以在我们的单一带有溶解的牺牲阳极教程模型。
这电极表面边界条件将外部短路适用于单波线未涂层的钢表面的地面。
这外部短边界条件将钢表连接到地面（0 V），过渡片的电势和牺牲阳极。在地面和单一元素之间，我们施加电阻R_TP值为0.01Ω。这代表了单翼和过渡片之间电触点的电阻。
尽管这不是很大的阻力，但在这种情况下，它非常重要。保护钢表面的牺牲阳极上的总电流流量可能是数十个A，因此对电阻的相应损失可能超过100 mV。由于钢表面的电化学性质从受良好保护到在100 mV或更少的潜在范围内受到保护不良的变化，因此这些幅度是可比的。
下图显示了表面不同部分上的外部电势。
过渡件（顶部）和单鼠（底部）上的外部电势被牺牲阳极夹克所包围。
请注意，在两个表面上的电势都是均匀的，因为它们是高导电金属。尽管如此，由于在该单元和过渡片之间存在超过140 mV的电位差，因为外部短边界条件。这意味着钢表面通常不太受保护，这也显示在以下电极表面电势的图中。
电极表面电位在过渡片中（顶部）和单层（底部），周围是一件牺牲阳极外套。
蓝色表示负（阴极）电位，因此过渡片受到相对良好的保护。相比之下，单只能表面受到不良保护，可能是一种腐蚀风险。
与外部短边界条件可确保模型正确考虑两个结构部分之间的电阻贡献。这些结果表明，将阳极放在过渡片上时，我们需要非常小心。如果阴极保护系统的设计不佳，则仅将牺牲阳极连接到过渡片，可能无法为单鼠提供足够的保护。
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编者注：此博客文章于2021年2月5日更新。
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