温度和溶解氧对Fe-C钢在含氯水环境中腐蚀行为的分子动力学研究

《Symmetry》：Atomic-Scale Corrosion Mechanism of Steel in NaCl Aqueous Solution: Effects of Temperature and Dissolved Oxygen

　　

摘要

钢在含氯水环境中的腐蚀会导致渐进性表面损伤和结构退化，对海洋及相关工程结构的服务可靠性构成严重威胁。本研究采用反应性分子动力学模拟方法，探讨了不同温度和溶解氧含量条件下，Fe-C钢在NaCl水溶液中原子尺度的腐蚀行为。在腐蚀过程中，H₂O、O₂和Cl^?向钢表面迁移，伴随H₂O解离、Fe-O/Fe-Cl键形成及Fe溶解；腐蚀引起的von Mises应力和体积应变主要分布在氧化层中。温度升高促进Fe溶解、氧化层增厚及局部变形，而较高的溶解氧含量则增强Fe-O反应和氧化层生长。总体而言，温度主要通过加速原子传输和界面反应动力学来加剧腐蚀，而溶解氧则通过对界面氧化、Cl^?介导反应及腐蚀产物层演化的综合影响来作用于腐蚀过程，为含Cl^?水环境中的钢腐蚀提供了原子尺度的认识。