元胞自动机方法模拟纯铁在液锌中的腐蚀

论文摘要

在热镀锌过程中，锌液对浸入其中的铁基设备的腐蚀十分严重，要找到一种耐锌蚀性能好的材料，首先要弄清铁在锌液中的腐蚀机理。以往通过实验的方法研究腐蚀很难观测到整个腐蚀的演化过程，还延长了试验周期。本文将试验与计算机模拟相结合，通过计算机将腐蚀过程可视化，这对于腐蚀机理的研究有极其重大的意义。腐蚀实验表明，铁在锌液中的腐蚀过程是基体铁向锌液中的溶解起主导作用，铁/锌液的腐蚀过程就是一个生长和脱落的过程，一方面δ相与ζ相会发生断裂、脱落或是溶解；另一方面相层还在生长。最终生长与脱落达到了平衡，过渡层逐渐向基体内部推进，腐蚀过程得以延续。实验与模拟结果共同验证了在腐蚀最开始时，是ζ相率先生成，且三相的形成顺序为ζ相-δ相-Г相。以实验数据作为基础，利用元胞自动机的方法对液锌的腐蚀过程进行计算机模拟。在模拟过程中，提出了一种碰撞行走规则,与液态金属腐蚀理论相结合建立了铁/锌液腐蚀的元胞自动机模型。模拟结果表明，无论从直观的图像形貌还是各相层的变化趋势、相层的生长动力学等方面都与现有理论及实验结果较为一致，从而验证了模型的合理性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 课题的背景和意义
• 1.1.1 腐蚀的危害与防护措施
• 1.1.2 热镀锌工艺中存在的问题
• §1.2 液锌腐蚀的研究现状
• §1.3 铁锌腐蚀相层的生长动力学
• §1.4 元胞自动机方法及其应用
• 1.4.1 元胞自动机的定义
• 1.4.2 元胞自动机的构成
• 1.4.3 元胞自动机的应用
• §1.5 本课题的研究目的及内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 试验方法和设备
• §2.1 试验步骤
• §2.2 腐蚀实验
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 腐蚀实验装置
• 2.2.3 腐蚀实验的方法
• 2.2.4 腐蚀速率测算
• §2.3 检测分析方法
• 第三章 纯铁的锌液腐蚀实验
• §3.1 纯铁的锌液腐蚀形貌
• §3.2 不同腐蚀形貌的形成原因
• §3.3 纯铁在锌液中的腐蚀机理
• §3.4 不同腐蚀时间的腐蚀速率
• §3.5 本章小结
• 第四章 元胞自动机方法对纯铁在锌液中腐蚀的模拟
• §4.1 固- 液交界处的扩散规则
• 4.1.1 碰撞运动规则的提出
• 4.1.2 碰撞CA 规则应用于扩散的理论推倒
• 4.1.3 程序的编写
• 4.1.4 模拟结果
• 4.1.4.1 不同扩散步长的模拟图像
• 4.1.4.2 浓度的统计方法
• 4.1.4.3 模拟结果的分析
• §4.2 将固- 液扩散规则应用到铁/锌液腐蚀系统
• 4.2.1 铁/锌液腐蚀模型的建立
• 4.2.1.1 两个基本假设
• 4.2.1.2 扩散规则的调整
• 4.2.1.3 初始化条件
• 4.2.1.4 边界条件
• 4.2.2 程序的编写
• 4.2.3 模拟结果及分析
• 4.2.3.1 腐蚀图像的模拟结果
• 4.2.3.2 腐蚀层浓度的模拟结果
• 4.2.3.3 腐蚀层的生长动力学
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果