ВЛИЯНИЕ ОКСИДНЫХ ПЛЁНОК НА КОРРОЗИОННУЮ СТОЙКОСТЬ ЖЕЛЕЗА: МОДЕЛИРОВАНИЕ В COMSOL MULTIPHYSICS 6.2

Аннотация

Рассмотрено влияние хлорид-ионов на формирование и устойчивость оксидных пленок, а также на коррозионную стойкость железа в нейтральной и слабощелочной средах. Целью работы является численное моделирование процессов роста и растворения оксидных слоев на поверхности железа, а также оценка влияния концентрации Cl⁻ на толщину защитной пленки и скорость коррозии. Для описания процессов пассивации использована двухслойная модель, включающая внутренний барьерный слой Fe₃O₄ и внешний слой Fe₂O₃, контактирующий с агрессивной средой. Модель учитывает конкуренцию процессов роста и растворения оксидных слоев, замедление роста пленки по мере увеличения ее толщины, а также влияние концентрации хлорид-ионов на скорость растворения. Для учета барьерного действия внешнего слоя Fe₂O₃ принято модельное допущение об экспоненциальном снижении концентрации Cl⁻ при проникновении хлорид-ионов к границе между слоями. Скорость коррозии определялась на основе феноменологической зависимости от суммарной толщины оксидных слоев. Расчеты выполнены в программном комплексе COMSOL Multiphysics 6.2 для трех условий: при отсутствии хлорид-ионов, а также при концентрациях Cl⁻ 0,001 М и 0,02 М. Установлено, что в бесхлоридной среде происходит устойчивый рост оксидной пленки, сопровождающийся постепенным снижением скорости коррозии и формированием устойчивого пассивного состояния. При концентрации Cl⁻ 0,001 М рост пленки сохраняется, однако возрастает роль процессов растворения, особенно во внешнем слое Fe₂O₃, вследствие чего снижается защитная эффективность пленки. При концентрации Cl⁻ 0,02 М наблюдаются выраженное подавление роста и усиление деградации оксидных слоев, сопровождающиеся повышением скорости коррозии. Сопоставление полученных результатов с опубликованными численными моделями показало качественное соответствие основных закономерностей. Полученные результаты подтверждают определяющую роль внешнего оксидного слоя в ограничении переноса Cl⁻ и позволяют оценить степень деградации пассивной пленки, изменение ее защитных свойств, а также коррозионную стойкость железа в хлоридсодержащих средах.