摘要： 针对镁合金汽车轮毂在实际应用中出现的电偶腐蚀这一难题，建立了轮毂、螺栓连接电偶腐蚀的物理模型和数学模型，推导出电偶腐蚀分析的控制方程式，利用有限元方法结合移动网格技术，模拟研究了镁合金轮毂-钢质螺栓连接在NaCI溶液中的电偶腐蚀行为，得到了连接螺栓沉孔深度和沉孔半径对轮毂腐蚀深度的影响规律；并通过轮毂-螺栓连接偶对金属的全浸试验，验证了镁合金轮毂-钢质螺栓连接电偶腐蚀模拟分析方法的正确性。结果表明:随着沉孔深度增加，平均腐蚀深度先增加后减小；随着沉孔半径增加，平均腐蚀深度逐渐减小，而连接边缘处最大腐蚀深度先增加后近似保持不变。

关键词： 镁合金轮毂；螺栓；电偶腐蚀；数值模拟；腐蚀深度

1　镁合金轮毂-螺栓连接电偶腐蚀仿真模型

1.1　物理模型

图1为镁合金轮毂-螺栓连接的三维简化模型示意图。由图1可见:当轮毂的螺栓沉孔中积存电解质时，由于镁合金和钢质紧固螺栓直接接触，而且通过电解质环境构成回路，会形成腐蚀原电池，造成镁合金轮毂腐蚀加速。

图1　轮毂-螺栓连接的模型

选用3.5%(质量分数，下同)NaCl溶液作为电解质溶液，为了进一步简化模拟，采用理想的二维轴对称模型代替三维模型，简化方法如图2所示，选取abcd区域为研究对象，阴极边界简化为螺栓头部在垂直方向的投影线段，dc段长度为螺栓沉孔深度H，bc段长度为螺栓沉孔半径R。二维轴对称模型网格划分图如图3所示，对电解质区域进行网格划分，由于阳极腐蚀时发生电化学溶解，为了准确模拟阳极腐蚀深度，在边界处采用较密的网格划分。

图2　三维模型简化方法示意图

图3　二维轴对称模型网格划分图

1.2　数学模型

为了使所建立的模型能够准确模拟腐蚀行为以及研究主要几何因素对电偶腐蚀的影响,在DESHPANDE[11]的研究基础上建立数学模型，模拟AE44镁合金轮毂与MS钢质紧固螺栓连接在3.5% NaCl溶液中的电偶腐蚀行为。

1.2.1 控制方程

本模型电解液中物质i的传递可用Nernst-Plank方程描述: