力学与电化学交互作用下点蚀生长的介观模拟

点蚀是影响结构完整性的主要腐蚀损伤形式之一。在加载情况下，点蚀的生长不仅由电化学腐蚀所决定，力学载荷和电化学的交互作用促进了点蚀的生长。通过元胞自动机耦合有限元对力学与电化学交互作用下的点蚀生长进行模拟；研究弹性加载、塑性加载情况下亚稳态点蚀、稳态点蚀的生长以及转变规律，研究受力条件下蚀坑内溶液pH值、离子扩散、盐膜、钝化膜破损对点蚀生长的影响，蚀坑口闭塞程度引起的蚀坑内环境的改变，以及多点蚀交互作用的规律，并进行相应的实验验证；在介观尺度上深入理解受力条件下的亚稳态、稳态点蚀动力学行为及特征。

采用元胞自动机模型耦合有限元分析研究了力学与电化学交互作用下不锈钢亚稳态点蚀生长动力学、亚稳态点蚀到稳态点蚀转变机理以及点蚀交互作用规律，元胞自动机模型考虑了金属/膜/电解液体系，包括了金属的阳极溶解、钝化、氢离子扩散和盐膜水解的演化规则。在点蚀生长过程中采用有限元实时分析了蚀坑表面的局部应力和应变分布，并通过Gutman模型计算蚀坑表面每个微区的局部应力和应变对阳极溶解电流的影响，以此作为元胞自动机模拟的边界条件。研究结果显示应力作用下的亚稳态点蚀生长速度远高于无应力作用的亚稳态点蚀，应力作用下的电流大致随t2.5增长。随着时间增长，力学与电化学效应更加显著。蚀坑口钝化膜破损时间的增加，蚀坑口破损程度的降低，以及氢离子扩散系数的减小均能使亚稳态点蚀进入到稳态生长，相同条件下，应力作用下的亚稳态点蚀比无应力作用的亚稳态点蚀更容易进入到稳态生长。点蚀稳定积的分析显示模拟结果与实验结论相一致。项目执行期间在Electrochimica Acta和Journal of Materials Science and Technology发表SCI论文2篇，申请发明专利2件，获批软件著作权3件，在国内外学术会议上作了3次口头报告介绍项目研究成果，特别是在2013年沈阳举办的第十四届全国青年材料科学技术研讨会受大会邀请作了“力学与电化学交互作用下不锈钢亚稳态点蚀转变机理的模拟计算”分会特邀报告。