[发明专利]基于物质传递动力学模型的金属大气腐蚀速率预测算法

权利要求书

1.一种基于物质传递动力学模型的金属大气腐蚀速率预测算法，其适用于以温度、湿度及盐雾浓度这些环境因素为主要影响因素的金属大气腐蚀速率预测，其特征在于，其包括如下步骤：

步骤S1：测量计算影响腐蚀速率的关键环境因素；

步骤S2：将环境因素进行转化计算，用于得到步骤S3中相关参数的理论值；具体如下：

步骤S2-1：基于盐的热力学特性，将环境因素温度、湿度进行量化转换，计算腐蚀发生时金属表面由NaCl潮解生成的电解质溶液性质与状态参数的理论值，包括NaCl溶液在对应环境温湿度下的溶液浓度C_NaCl(kmol·m^-3)，饱和/潮解平衡湿度RH_sat％，溶液密度ρ(kg·m^-3)；

步骤S2-2：根据环境因素盐雾浓度计算金属表面盐沉积量C'(g·m^-2)，进而计算盐潮解形成的溶液单位面积液膜厚度L；

步骤S3：根据液膜下氧的溶解及扩散模型即物质传递动力学模型，推测计算腐蚀电化学反应速率，具体如下：

S3-1)根据Fick的法则计算垂直于金属表面方向的氧扩散速率

液膜厚度L小于等于0.4mm的扩散层厚度时，氧扩散速率

液膜厚度L大于0.4mm的扩散层厚度时，氧扩散速率

D(m²·s^-1)为溶液内氧气的扩散系数，为溶液内的氧溶解度；

其中氯化钠溶液中氧气的扩散系数D符合下式：

D＝(-1.464×10^-4C_NaCl+2.0511)×10^-9；

氯化钠潮解形成的盐溶液浓度C_NaCl(kmol·m^-3)与温度T(℃)及相对湿度RH％的关系满足以下公式：

C_NaCl＝2.37×10^-4T·RH-0.2237RH-0.0237T+22.37

RH适用区间：[RH_sat，100)；

根据范特霍夫方程，溶液内的氧溶解度与环境温度T'(K)及溶液盐度S(mass％)的关系：

A₁＝-173.4292，A₂＝249.6339，A₃＝143.3843，A₄＝-21.88492，B₁＝-0.033096，B₂＝0.014259，B₃＝-0.001700；

S＝(C_NaCl·M_NaCl/ρ)；M_NaCl为NaCl摩尔质量；

根据以下公式换算氧溶解度单位：

其中P为气体压力，取一个大气压，即1atm，R为气体常数，T'(K)为温度；

S3-2)根据法拉第定律将氧扩散速率换算成极限扩散电流密度i_lim(A·m^-2)：

其中F为法拉第定数，n为阴极反应电子的化学计量数；

S3-3)将极限扩散电流密度i_lim换算成表示腐蚀速率的腐蚀电流或氧化电流密度：

氧化电流或腐蚀电流密度i_corr(A·m^-2)通过下列公式计算求得：