1.2.2 边界条件

求解电偶腐蚀过程模型时，电极表面的边界条件为求解腐蚀速率的关键，要求通过数值方法描述电极材料工作时电流密度与电位之间的极化关系作为电极表面的边界条件。采用Tafel方程描述这一关系，AE44镁合金和MS低碳钢的极化曲线参考DESHPANDE[12]的测量结果，极化动力学参数列于表1。

表1　Tafel曲线的拟合参数
Tab. 1　Fitting parameters of Tafel curves

阳极表面的边界条件为

2　仿真结果与讨论

利用二维轴对称模型模拟研究室温下AE44镁合金-MS低碳钢电偶对在3.5% NaCl溶液中浸泡72 h，镁合金表面腐蚀深度随时间的变化如图4所示。其中，阴极边界宽度为10 mm，沉孔半径(R)为20 mm，螺栓沉孔深度(H)为5 mm。

图4　电偶对在3.5% NaCl溶液中浸泡不同时间后，镁合金腐蚀深度随时间的变化曲线

浸泡72 h后，镁合金表面距偶接位置越近，蚀坑越深，在阴阳极接触区域附近出现一圈很深的腐蚀坑，蚀坑深度大于1 mm，随着与接触位置距离增加，腐蚀速率变缓。在电偶腐蚀初期，腐蚀会迅速沿横向扩散，随着电偶腐蚀的进行，腐蚀主要沿垂直方向扩展，形成腐蚀坑。

2.1　螺栓沉孔深度对电偶腐蚀的影响

螺栓沉孔半径为20 mm，改变螺栓孔深度，室温下螺栓沉孔内充满3.5% NaCl溶液，浸泡偶对金属72 h后，考察镁合金的腐蚀深度分布情况。若不考虑沉孔侧壁的腐蚀，即假设模型中cd段绝缘，如图5所示：随着H的增加，在阴阳极接触位置的最大腐蚀深度由1.32 mm减小到1.17 mm，但与接触点距离超过1.5 mm后，腐蚀深度随H的增大而增大。这主要是由于当H减小时，沉孔内电解质溶液的厚度减小，溶液电阻增大，抑制电流流到远离接触位置的区域[13]，从而造成电偶电流的分布不均匀，在远离阴阳极金属接触位置的阳极金属腐蚀深度随之减小；另外，电解质溶液厚度越小，阴阳极金属接触位置附近溶液中的电位梯度增大，则带电离子运动的速率增加，电化学反应速率增加，造成接触位置附近的阳极金属腐蚀深度随之增大。当H增大，电偶电流的分布范围变广，腐蚀变得均匀。不同H时镁合金表面电偶电流密度的分布如图6所示。