在抗腐蚀的比赛中使用模拟

腐蚀是影响运输行业的最严重因素之一。为了最大程度地减少其影响，德国研究所和梅赛德斯 - 奔驰的制造商联合起来研究汽车铆钉和钣金中发生的腐蚀。使用Comsol多物理学模拟，他们能够研究腐蚀对汽车组件的影响。

建模铆钉和关节中的电腐蚀

负责每年花费数十亿美元的汽车行业，电腐蚀当不同的金属表面彼此接触时，可能会发生。通常以不同金属零件表面的粉状生长为特征，这种类型的腐蚀会在金属离子交换时降解金属的表面。由于不同的材料组合反应不同，并且连接技术，环境影响和表面纹理会影响金属零件上发生的化学反应，因此开发有效的腐蚀保护需要了解许多因素。

与受电腐蚀影响的铆钉相比，干净的铆钉（左）（右）。

梅赛德斯 - 奔驰的制造商戴姆勒·阿格（Daimler AG）的工程师，以及一家专注于医疗技术，材料和沿海研究的德国研究所的Helmholtz-Zentrum Geesthacht（HZG），一起研究了更好的自动铆钉和金属床单的更好的腐蚀保护方法与汽车镶板中存在的那些相似。HZG的DanielHöche博士使用Comsol Multiphysics软件进行了建模，为钢打孔铆钉关节建模，以更好地了解相互作用金属的潜在电化学，表面条件，材料损失和长期行为。

他的模型包括镶有铝合金合金的铆钉。铝和镁的粘合板；一对在床单之间的接口上的电阵容，以数学为代表；以及代表外部环境的0.1％NaCl电解液。

comsol多物理学（左）中钢铆钉一半的几何形状和仿真结果显示了铆钉表面（右）的电流密度。

霍切（Höche）在铆钉的几何形状中包括一个角骨，以模拟锋利的边缘。这增加了电流电势中的电流流量和梯度，从而加快了负责腐蚀的电化学反应。他还通过将钣金和铆钉（如一组电极处理）处理在腐蚀过程中在腐蚀过程中形成的氢氧化镁沉积物中的非晶体生长。

电池和燃料电池模块和化学反应工程模块使Höche可以分析暴露于电解质的持续时间，由于氢氧化镁沉积物而导致的电流变化以及阳极/阴极面积比影响金属的降解。“由于孔隙率直接影响屏障特性，因此所得的表面拓扑受到向下降解速度和沉积物相对生长的影响。基本的电流密度计算通过这些层增长方面进行了修改。”Höche评论说。“这使我们研究了电极电化学响应的时间依赖性变化。”

铆钉关节不同区域中局部电流密度的图。

仿真结果表明，当铆钉接头暴露于电解质时，电流密度和电势，表明氢氧化镁覆盖的表面比例的比例。

预测分层的危险

由于其他汽车组件也有因环境条件而腐蚀的危险，因此Höche与戴姆勒AG的NilsBösch合作研究了分层由阴极电子涂料保护的锌镀锌测试纸。在汽车镶板中广泛使用的涂料或涂料中看似较小的刮擦，可以使水分和环境电解质进入下面的导电金属。在分层过程中，这些涂层无需它们保护的金属板，大大削弱了腐蚀保护。

一块镀锌钢的腐蚀测试。

“由于划痕向下延伸到钢表面，您可以在锌和钢之间得到一对电流，以及锌腐蚀，”Bösch解释说。“这导致一个缝隙在沿水平方向而不是通过层垂直沿层的钢之间连续生长。”即使明显的损害可能显然很小，因为缝隙在电子涂料下面散布，这种类型的腐蚀是阴险和微妙的。损坏可能不会立即注意到，最终可能导致部分故障。

一张测试表显示在电子涂料和锌层上的划痕。

Bösch和Höche建立了一个comsol多物理学模型，以使用参数扫描来研究电子涂和电解质中的电势，以测试不同电子涂层特性的结果。该模拟预测了在测试表中消耗锌的缝隙的水平生长，并表明这种划痕的宽度实际上比金属中的深度更具影响力。进一步的工作将继续调查使用研究人员模型的结果，如何通过研究人员的模型来研究电子涂层缺陷。

模拟结果显示了电子涂料和电解质中的电势。

由于他们在Comsol多物理学中的建模工作，Bösch和Höche能够分析和预测汽车零件中电腐蚀过程的各个方面。他们的仿真结果提供了对不同系统的电化学行为的洞察力，并使他们能够推荐汽车镶板中最小腐烂的电子服装。他们的研究继续通过仔细的几何设计和基于知识的处理来实现电动腐蚀控制。

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• 在第14页的完整故事comsol新闻2015
• 在博客上：为汽车应用建模腐蚀

梅赛德斯 - 奔驰是戴姆勒AG公司的注册商标。