Ti-6Al-4V(ELI)合金在鹽酸溶液中的電化學(xué)腐蝕行為及數(shù)值模擬

白彩云，趙 偉，石 煒，陳立杰

(1.廈門大學(xué)航空航天學(xué)院，福建廈門 361005；2.中國(guó)航發(fā)四川燃?xì)鉁u輪研究院高空模擬技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川綿陽(yáng) 621000)

1 引言

Ti-6Al-4V(ELI)是航空航天領(lǐng)域使用最廣泛的α+β鈦合金，具有極高的比強(qiáng)度、良好的疲勞性能和耐腐蝕性，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要結(jié)構(gòu)材料，被廣泛應(yīng)用于壓氣機(jī)盤、葉片等承受大壓力的結(jié)構(gòu)件。鈦合金良好的耐腐蝕性是因?yàn)槠浔砻嬉仔纬梢粚又旅艿拟g化膜，但鈍化膜的性質(zhì)、組成和厚度取決于環(huán)境條件。在實(shí)際服役過(guò)程中，鈦及其合金在酸性環(huán)境中通常會(huì)被腐蝕，特別是在氯離子濃度較高的環(huán)境中，鈍化膜受環(huán)境影響會(huì)發(fā)生破裂，進(jìn)而受到的腐蝕作用更加明顯[1]。

Ti-6Al-4V在各種惡劣環(huán)境和介質(zhì)中的腐蝕行為已得到大量研究。其中，電化學(xué)阻抗譜(EIS)研究因不會(huì)對(duì)樣品體系造成不可逆影響，且可得到較多的腐蝕動(dòng)力學(xué)信息等優(yōu)點(diǎn)，而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。Tsipas等[2]采用EIS法對(duì)Ti-6Al-4V在飛機(jī)模擬環(huán)境中的耐腐蝕行為進(jìn)行了評(píng)估，指出在200℃下用NH4Cl 處理可以提高其耐腐蝕性。劉焱[3]研究了感應(yīng)熱處理后的Ti-6Al-4V及其焊縫在慢拉伸狀態(tài)下的電化學(xué)行為，發(fā)現(xiàn)隨著慢拉伸時(shí)間的增加，所有試樣的容抗弧減小，耐腐蝕性降低。近年來(lái)，很多學(xué)者嘗試通過(guò)有限元法對(duì)電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行數(shù)值建模，且已有許多成功的研究應(yīng)用大型有限元分析軟件COMSOL Multi-Physics 建模。如Deshpande[4]采用COMSOL 對(duì)鎂合金腐蝕過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模型，研究了圍繞α相的連續(xù)β相和離散β相這兩種微觀組織結(jié)構(gòu)的耐蝕性，認(rèn)為當(dāng)α相周圍具有連續(xù)的β相網(wǎng)格結(jié)構(gòu)時(shí)合金具有最佳的耐腐蝕性。

本文采用電化學(xué)實(shí)驗(yàn)和COMSOL Multi-Physics數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究Ti-6Al-4V(ELI)合金在HCl 溶液中的電化學(xué)阻抗特性及極化曲線，并對(duì)合金α相和β相電偶腐蝕進(jìn)行分析，研究結(jié)論可為高效分析合金材料的電化學(xué)腐蝕行為及機(jī)理提供依據(jù)。

2 電化學(xué)實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

實(shí)驗(yàn)材料為鍛造成型Ti-6Al-4V(ELI)合金，其成分見(jiàn)表1。試樣尺寸為15 mm×20 mm×5 mm。所有試樣分別用320#、600#、1 000#、1 200#的SiC砂紙逐級(jí)打磨，并同時(shí)進(jìn)行水冷。隨后將試樣放入乙醇中超聲清洗10 min，再在水中漂洗，干燥，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。

表1 Ti-6Al-4V(ELI)的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)Table 1 The main chemical composition of Ti-6Al-4V(ELI)(mass fraction/%)

采用CS350H 型電化學(xué)工作站三電極系統(tǒng)研究Ti-6Al-4V(ELI)合金在鹽酸溶液中的腐蝕機(jī)理：Ti-6Al-4V(ELI)作為工作電極，鉑電極作為輔助電極，Ag/AgCl作為參比電極。工作電極與電解質(zhì)溶液的接觸面積為1 cm2。實(shí)驗(yàn)均在室溫(20～22℃)下進(jìn)行。試樣在進(jìn)行電化學(xué)阻抗譜和極化曲線測(cè)試之前，均需經(jīng)過(guò)相同時(shí)間的開(kāi)路電位穩(wěn)定，電化學(xué)阻抗譜交流幅值為10 mV，頻率為10-2～105Hz。極化曲線掃描范圍為-0.5～1.5 V(相對(duì)于開(kāi)路電位)，掃描速率為1 mV/s。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行三次，以保證實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 電化學(xué)阻抗譜分析與討論

圖1 示出了Ti-6Al-4V(ELI)在w(HCl)=3.5%溶液中的EIS 測(cè)試結(jié)果，通過(guò)測(cè)量EIS 確定其等效電路，來(lái)推測(cè)電極系統(tǒng)中的腐蝕動(dòng)力學(xué)過(guò)程及其機(jī)理。其中，Nyquist圖表示阻抗的虛部與實(shí)部隨擾動(dòng)頻率變化的趨勢(shì)，其插圖為用于EIS 分析的等效電路圖；Bode圖表明阻抗的絕對(duì)值和相位角隨擾動(dòng)頻率變化的特征?？梢钥闯?，高-中頻(101～105Hz)的圓弧表征該電極與法拉第反應(yīng)有關(guān)的電荷傳遞阻抗，圓弧的直徑越小，表示電荷傳遞的阻抗越低，材料的耐腐蝕性越差。

圖1 Ti-6Al-4V(ELI)在w(HCl)=3.5%溶液中的EISFig.1 The EIS of Ti-6Al-4V(ELI)in w(HCl)=3.5%solutions

通過(guò)EIS分析，采用圖1(a)中的電路圖為擬合的等效電路。其中，Rs為溶液電阻，Rf為薄膜電阻，Rct為電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程遇到的阻力，Cdl為電極與電解質(zhì)之間的電雙層電容，CPE是常相位角元件。Rf和Rct與Ti-6Al-4V(ELI)合金的耐蝕性成正比，Cdl則相反。由于電極不是理想電容，工作平面會(huì)產(chǎn)生彌散效應(yīng)，故等效電路中引入CPE來(lái)描述電容發(fā)生的偏離。CPE由CPE1和n來(lái)表示，當(dāng)n=1 時(shí)CPE為純電容。同時(shí)，相位角越偏離-90°，說(shuō)明CPE越偏離理想電容。通過(guò)軟件Zview對(duì)圖1中的等效電路進(jìn)行數(shù)值擬合，得到的參數(shù)如表2所示。

表2 Ti-6Al-4V(ELI)在w(HCl)=3.5%溶液中的EIS擬合結(jié)果Table 2 EIS fitting parameters of Ti-6Al-4V(ELI)in w(HCl)=3.5%solutions

根據(jù)鈦合金與鹽酸溶液反應(yīng)的極化曲線可以看出存在鈍化現(xiàn)象，鈍化膜的主要成分為TiO2。為進(jìn)一步表征鈦合金的表面狀態(tài)，可根據(jù)EIS 分析結(jié)果估算鈍化膜的厚度[5]，即：

式中：d為鈍化膜厚度；C為鈍化膜電容；ε為鈍化膜介電常數(shù)，本文取εTiO2=100[5]；δ為真空介電常數(shù)，δ=8.86×10-12F/m；S為表面積。

本文實(shí)驗(yàn)樣品的S=1 cm2，C=2.97×10-5F，可得d=2.98 nm。Dai等[6]經(jīng)過(guò)EIS的測(cè)量得到Ti-6Al-4V在w(HCl)=3.5%溶液中生成的鈍化膜厚度為5.88 nm。相比較而言，相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaCl和HCl溶液，HCl溶液中的H+會(huì)進(jìn)一步破壞鈍化膜，從而降低了鈦合金的耐腐蝕性能。

2.2.2 極化曲線分析與討論

通過(guò)極化曲線表征材料極化過(guò)程中電極電位與電流密度之間的關(guān)系，電解質(zhì)溶液中金屬的腐蝕速率通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)來(lái)確定。圖2 所示為Ti-6Al-4V(ELI)在不同濃度HCl溶液中的極化曲線，其中I為電流密度。

圖2 Ti-6Al-4V(ELI)在不同濃度HCl溶液中的極化曲線Fig.2 The polarization curves of Ti-6Al-4V(ELI)in different concentration of HCl solutions

根據(jù)Tafel 外推法可以得到腐蝕動(dòng)力學(xué)參數(shù)——自腐蝕電位(Ecorr)和腐蝕電流密度(Icorr)，再利用法拉第電解定律計(jì)算出Ti-6Al-4V(ELI)合金在電解質(zhì)溶液中的腐蝕速率CR，結(jié)果如圖3 所示。在HCl溶液中，隨著HCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，Ecorr越來(lái)越負(fù)，Icorr越來(lái)越大，Ti-6Al-4V(ELI)合金的腐蝕傾向越明顯，腐蝕速率越快。

圖3 Ti-6Al-4V(ELI)在不同濃度HCl溶液中的腐蝕速率Fig.3 Corrosion rate of Ti-6Al-4V(ELI)in different concentration of HCl solutions

3 電化學(xué)阻抗譜數(shù)值模擬

使用COMSOL Multi-Physics軟件中的電分析接口和電極表面邊界特征，來(lái)描述電化學(xué)反應(yīng)方程。在電分析系統(tǒng)中，人為添加的電解質(zhì)使電場(chǎng)強(qiáng)度維持在較低的狀態(tài)，因此可以忽略溶液電阻。此時(shí)，可以使用擴(kuò)散方程(菲克定律)描述系統(tǒng)中化學(xué)物質(zhì)的質(zhì)量傳遞，并利用合適的邊界條件描述電極動(dòng)力學(xué)和電容。

3.1 電化學(xué)模型

采用交流阻抗一維電分析模型。模型包含用于腐蝕單元的一維電解質(zhì)域，域的長(zhǎng)度L是基于擴(kuò)散系數(shù)D和最低頻率fmin的函數(shù)(式(2))，以便讓物質(zhì)有足夠的擴(kuò)散時(shí)間。

假設(shè)存在大量的電解質(zhì)——這些電解質(zhì)是電分析實(shí)驗(yàn)中所添加的惰性鹽，可提高電解質(zhì)的電導(dǎo)率，而不會(huì)干擾化學(xué)反應(yīng)特性。在此假設(shè)條件下，溶液的電阻足夠小，電場(chǎng)分布可以忽略不計(jì)[7]。從而，電分析接口可以實(shí)現(xiàn)對(duì)參與氧化還原反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物的輸運(yùn)方程的求解。域方程為描述電活性物質(zhì)化學(xué)輸運(yùn)的擴(kuò)散方程，即為菲克第二定律。

此模型中，在工作電極表面(x=0)，反應(yīng)物質(zhì)Ti發(fā)生氧化反應(yīng)(失去電子)生成Ti4+：

Ti4+為還原方向的反應(yīng)物，化學(xué)當(dāng)量系數(shù)為-4，Ti為還原方向的生成物，化學(xué)當(dāng)量系數(shù)為+4。

此外，還需設(shè)置邊界方程。該反應(yīng)的電流密度Iloc由描述氧化反應(yīng)的電分析Butler-Volmer 方程給出：

式中：F 為法拉第常數(shù)；k0為反應(yīng)的非均相速率常數(shù)；αc為陰極傳遞系數(shù)；b為傳遞的電子數(shù)，b=4；cA(cB)為還原物(氧化物)的濃度，本體(x=L)中氧化物和還原物的濃度相同，均可表示為1 μM；η為工作電極上的過(guò)電位；R為氣體常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度。過(guò)電位是Ti 和Ti4+的氧化還原反應(yīng)的外加電位Φs,ext與平衡電位Eeq之差。

在電極表面邊界條件中，根據(jù)法拉第電解定律，反應(yīng)物和生成物的通量與所得的電流密度成正比，因此：

采用交流阻抗模塊，為施加在特定直流電壓上的諧波擾動(dòng)(頻率為w)建模。本文中施加的外加電位是氧化還原反應(yīng)的平衡電位：

這一擾動(dòng)的幅值ΔΦ相對(duì)于RT/F來(lái)說(shuō)較小，因此邊界方程可以進(jìn)行線性化處理，系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)產(chǎn)生線性響應(yīng)，并且物質(zhì)通量、濃度分布和電流密度也在相同頻率下受到正弦擾動(dòng)的影響。

本研究中，擾動(dòng)頻率在10-2～105Hz 之間變化，針對(duì)基于初始電壓的擾動(dòng)進(jìn)行求解。在每個(gè)頻率下，使用頻域形式的菲克第二定律作為控制方程。求解的前提條件是：主體濃度滿足ci,1=0，且電極表面滿足Φs,ext=ΔΦ。

3.2 電化學(xué)阻抗模擬結(jié)果與分析

EIS 電化學(xué)模型的數(shù)值模擬中，輸入的參數(shù)如表3 所示，根據(jù)提供的參數(shù)在頻率范圍內(nèi)進(jìn)行線性擾動(dòng)，解析阻抗對(duì)頻率的響應(yīng)。

表3 COMSOL模型的輸入?yún)?shù)Table 3 Input parameters for the COMSOL model

圖4 所示為Ti-6Al-4V(ELI)合金在w(HCl)=3.5%溶液中的Nyquist圖?？梢钥闯觯珻OMSOL模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，在低頻時(shí)質(zhì)量傳遞占主導(dǎo)地位，在高頻時(shí)向動(dòng)力學(xué)控制過(guò)渡。與圖1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，COMSOL 模型結(jié)果在低頻區(qū)顯示出更精確的阻抗值，而在中頻區(qū)數(shù)值略高，在高頻區(qū)表現(xiàn)一致。

圖4 COMSOL模型模擬的EIS與實(shí)驗(yàn)EIS的對(duì)比Fig.4 The comparison of COMSOL model simulated EIS and experimental EIS

通過(guò)軟件Zview 對(duì)COMSOL 模型模擬的EIS 進(jìn)行擬合，得到C=2.14×10-5F，因此其鈍化膜厚度為4.14 nm，與電化學(xué)實(shí)驗(yàn)估算值的相對(duì)誤差為38.9%。由于COMSOL模型為理想狀態(tài)的Ti-6Al-4V(ELI)合金與鹽酸溶液的理想電化學(xué)發(fā)應(yīng)，而實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中非理想合金材料與鹽酸的反應(yīng)更為復(fù)雜，加之對(duì)鈍化膜的實(shí)驗(yàn)測(cè)試相對(duì)較困難，故認(rèn)為數(shù)值模擬結(jié)果可為對(duì)比合金在不同溶液中生成的鈍化膜厚度提供依據(jù)。

4 α和β兩相腐蝕模擬

對(duì)Ti-6Al-4V 合金α和β兩相腐蝕的數(shù)值模擬，使用COMSOL Multi-physics中的任意Langrangian-Eulerian(ALE)應(yīng)用模式[4]。該方法用Nernst-Planck方程和Laplace方程作為電分析和傳質(zhì)控制方程，采用動(dòng)電位極化曲線作為邊界條件。本文用實(shí)驗(yàn)獲得的Ti-6Al-4V 合金α相和β相的極化曲線數(shù)據(jù)作為邊界條件求解Nernst-Planck方程，得到系統(tǒng)的電位分布和電流密度。

4.1 數(shù)學(xué)模型[4]

通過(guò)求解電解質(zhì)溶液中的電流和電位分布獲得電極表面的電流密度，模型中物質(zhì)i 的遷移可以用Nernst-Planck方程來(lái)表示，即：

式中：Ni為通量，zi為電荷數(shù)，ui為遷移率，Φ為電解質(zhì)電位，U為溶劑速度。

電解質(zhì)溶液中，物質(zhì)i質(zhì)量守恒可以表示為：

在此模型中，假設(shè)：①電解質(zhì)溶液混合良好，不存在濃度梯度；②溶劑是不可壓縮的；③溶液是電中性的；④溶解反應(yīng)發(fā)生在陽(yáng)極表面，而析氫反應(yīng)發(fā)生在陰極表面。根據(jù)以上假設(shè)，方程(8)可以簡(jiǎn)化為：

上式采用了電勢(shì)的Laplace方程形式，代表了腐蝕速率的上限。在電解質(zhì)域中求解方程(9)還受邊界條件的約束。陽(yáng)極表面與陰極表面的邊界條件分別為：

式中：σ為電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，Ia(Φ)為陽(yáng)極的電流密度，Ic(Φ)為陰極的電流密度。

Ia(Φ)和Ic(Φ)是分段線性插值函數(shù)，可以分別從β相和α相的極化實(shí)驗(yàn)中得到。將絕緣邊界條件應(yīng)用于電解質(zhì)域的其他邊界。

圖5 所示為β相和α相在5M HCl 溶液中的極化曲線。為了保證實(shí)驗(yàn)的可靠性，兩組極化實(shí)驗(yàn)的環(huán)境必須一致，因此選擇近β 型鈦合金TMZF(Ti-13Mo-7Zr-3Fe)為β 相[9]，一種近α型鈦合金Al-Ti[10]充當(dāng)α相。通過(guò)TMZF和Al-Ti分別在5 M HCl溶液中的極化曲線得到電流密度(Ia(Φ)和Ic(Φ))與陽(yáng)極和陰極電位之間的關(guān)系。從圖中可以得到，α型鈦合金(Al-Ti)的自腐蝕電位為-0.239 V，β型鈦合金(TMZF)的自腐蝕電位為-0.450 V，因此β相的自腐蝕電位比α相的自腐蝕電位負(fù)0.211 V。

圖5 TMZF(β鈦合金)[9]和Al-Ti(α鈦合金)[10]在5 M HCl溶液中的極化曲線Fig.5 The polarization curves of TMZF(b-titanium alloy)[9]and Al-Ti(a-titanium alloy)[10]in 5 M HCl solution

根據(jù)邊界條件求解Laplace方程(9)，得到陽(yáng)極和陰極表面各節(jié)點(diǎn)的電位、電流密度分布。再利用法拉第定律根據(jù)電流密度計(jì)算腐蝕速率，并將ALE移動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)應(yīng)用于腐蝕過(guò)程中移動(dòng)界面的計(jì)算。假設(shè)陰極不發(fā)生反應(yīng)，則陰極表面的移動(dòng)速度可認(rèn)為是0，其他邊界位移也都是0。將ALE 方法與COMSOL Multi-physics相結(jié)合，來(lái)求解網(wǎng)格位移。

β相和α相的橫截面微觀結(jié)構(gòu)模型的幾何圖如圖6所示。微觀結(jié)構(gòu)可由水平集函數(shù)L以自變量x和y 表示為micro(x,y)[4]，表示同一邊界上ΦL>0時(shí)的陽(yáng)極表面和ΦL≤0時(shí)的陰極表面。β相由ΦL>0的區(qū)域表示，α相由ΦL≤0的區(qū)域表示。當(dāng)插值水平集函數(shù)L的值分別為0 和1 時(shí)，可識(shí)別電極邊界為β相和α相。

圖6 Ti-6Al-4V合金包含β相和α相的橫截面微觀結(jié)構(gòu)模型Fig.6 Geometrical model of microstructure of Ti-6Al-4V containing b phase and a phase

4.2 數(shù)值模擬結(jié)果與腐蝕機(jī)理分析

從極化曲線可以看出，同等面積比組成的α相和β相，溶解反應(yīng)發(fā)生在陽(yáng)極表面(β相)，析氫反應(yīng)發(fā)生在陰極表面(α相)。此模型描述的陰極邊界由于負(fù)電流密度進(jìn)入電解質(zhì)溶液中的沉積過(guò)程沒(méi)有物質(zhì)的損失或積累，因此假設(shè)無(wú)腐蝕過(guò)程的陰極表面在電解質(zhì)溶液中發(fā)生析氫反應(yīng)是合理的。

使用二次電流分布接口根據(jù)以下表達(dá)式求解電解質(zhì)域上的電位：

式中：Ii1為電解質(zhì)電流密度矢量。

電極表面法向上的溶解速度計(jì)算依據(jù)為：

式中：Mi為物質(zhì)i的摩爾質(zhì)量，MTi=47.87 g/mol；ρi為腐蝕物質(zhì)的密度，ρTi=4.54 g/cm3；Rdep,i,m通過(guò)方程(14)計(jì)算。

式中：ui,m為化學(xué)當(dāng)量系數(shù)，取18[11]；bm為參與電極反應(yīng)的電子數(shù)量，取4。

圖7示出了腐蝕電位的數(shù)值模擬結(jié)果。從圖中可以看出，β相的電位比α相的電位低，在電解質(zhì)溶液中優(yōu)先被溶解，而α相未被腐蝕。

圖7 腐蝕電位的數(shù)值模擬結(jié)果Fig.7 The numerical results of corrosion potential

通過(guò)電極動(dòng)力學(xué)表達(dá)式來(lái)模擬電極表面β相的電極反應(yīng)。電極表面β相的局部電流密度設(shè)為：

通過(guò)分段三次插值函數(shù)將電極表面β相的局部電流密度與電解質(zhì)電勢(shì)導(dǎo)入極化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，得到如圖8所示的電流密度數(shù)值模擬結(jié)果。從圖中可以得到β相的電流密度為2.8×10-5A/cm2，大于α相的電流密度，因此β相更容易被腐蝕。Shukla 等[12]和Me?tikos-Hukovic等[13]提出，Ti-6Al-4V表面生成的鈍化膜包含氧化釩，而氧化釩具有有限的防腐作用，在鹽酸溶液中易于溶解，V 元素又聚集在β相，因此β相更容易被腐蝕。本文數(shù)值模擬情況與其一致，證明了此數(shù)值模型的正確性。

圖8 電流密度數(shù)值模擬結(jié)果Fig.8 The numerical results of current density

為研究Ti-6Al-4V(ELI)合金中β相對(duì)合金腐蝕的影響，通過(guò)法拉第電解定律得到β相在5M HCl溶液中的腐蝕速率為：

式中：F≈96 485 C/mol。

數(shù)值模擬得到的β相的腐蝕速率約為7.65×10-10m/s。根據(jù)圖3 測(cè)試結(jié)果，Ti-6Al-4V(ELI)合金在5 M HCl溶液中的腐蝕速率約為1.63×10-9m/s，約為模擬得到的β相的腐蝕速率的2.13倍。這是由于合金材料中不可避免地存在缺陷，加之參比電極不同等因素影響，使得數(shù)值模擬得到的β相的腐蝕速率較低。但數(shù)值模擬結(jié)果仍可以快速地為Ti-6Al-4V(ELI)合金在腐蝕環(huán)境中的腐蝕評(píng)估提供數(shù)據(jù)支持。

5 結(jié)論

采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，分析了Ti-6Al-4V(ELI)合金在HCl 溶液中的電化學(xué)腐蝕行為及腐蝕機(jī)理，主要結(jié)論如下：

(1) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到了Ti-6Al-4V(ELI)合金在w(HCl)=3.5%溶液中的電化學(xué)阻抗譜，采用等效電路擬合得到阻抗數(shù)據(jù)，并根據(jù)阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)一步估算出鈍化膜厚度為2.98 nm；得到了Ti-6Al-4V(ELI)合金在不同濃度HCl 溶液中的極化曲線及腐蝕速率。

(2) 利用COMSOL Multi-Physics進(jìn)行鈦合金的電化學(xué)腐蝕行為數(shù)值模擬，得到了Ti-6Al-4V(ELI)合金在w(HCl)=3.5%溶液中的電化學(xué)阻抗譜及鈍化膜厚度。模擬結(jié)果與電化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好，為對(duì)比合金在不同溶液中生成的鈍化膜厚度提供了依據(jù)。

(3) 利用COMSOL 建立了研究Ti-6Al-4V(ELI)合金α相和β相腐蝕的ALE 模型，得出β相的電流密度比α相的大，β相更容易被腐蝕，β相在5M HCl 溶液中腐蝕速率約為7.65×10-10m/s。此數(shù)值模擬結(jié)果可快速地為Ti-6Al-4V(ELI)合金在腐蝕環(huán)境中的腐蝕評(píng)估提供數(shù)據(jù)支持。