[发明专利]一种基于元胞自动机的镍基合金腐蚀层动态演变分析方法

权利要求书

1.一种基于元胞自动机的镍基合金腐蚀层动态演变分析方法，包括用于分析各个元胞，以及腐蚀实验中实际的合金样品，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：基于所述合金样品的实际形状，选取相应的坐标系，定义二维元胞空间，选取Margolus型邻居，并确定周期性边界条件；

步骤2：根据氯化物熔盐及所述合金的组成，定义元胞空间中不同格位的属性；

步骤3：在元胞自动机空间中定义演化规则，实现元胞自动机空间中各个元胞间的相互转换，通过MATLAB软件将演化规则转化为程序语言；

步骤4：设置适当的模拟时间步长，利用二维元胞自动机方法，模拟镍基合金在氯化物熔盐中的腐蚀过程，获得截面腐蚀层形貌随模拟时间步长变化的动态演变过程的模拟结果；

步骤5：通过对模拟腐蚀形貌的分析，获得腐蚀层厚度随模拟时间步长增加的变化曲线，以及腐蚀层厚度变化趋势与实际腐蚀过程中的质量损失的关系。

2.根据权利要求1所述的基于元胞自动机的镍基合金腐蚀层动态演变分析方法，其特征在于，所述步骤3中，所述演化规则可通过对高温氯化物熔盐中腐蚀性物质的扩散规律、截面腐蚀层厚度的增长机理及腐蚀过程中发生的化学反应所获得。

3.根据权利要求1所述的基于元胞自动机的镍基合金腐蚀层动态演变分析方法，其特征在于，所述各个元胞包括腐蚀元胞、金属元胞、腐蚀层元胞和逃逸元胞；其中，腐蚀元胞包括O₂和Cl₂，金属元胞包括Cr和Ni，腐蚀层元胞包括MgCr₂O₄、MgO和NiO，逃逸元胞为CrCl₄。

4.根据权利要求3所述的基于元胞自动机的镍基合金腐蚀层动态演变分析方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤3.1将元胞空间的左半部分定义为氯化物熔盐部分，腐蚀元胞以一定浓度存在于其中；右半部分定义为合金部分，由固定比例的金属元胞Cr和Ni组成，该元胞空间的状态用来模拟实际的腐蚀环境；

步骤3.2在每一个模拟时间步长下，处于格位(x，y)的中心腐蚀元胞以一定概率向其邻居元胞随机移动，该邻居元胞作为下一时间步长的目标元胞；

步骤3.3若步骤3.2中，中心腐蚀元胞的目标元胞为空，则在下一时间步长，该格位被腐蚀元胞占据；若目标元胞处已被其它腐蚀元胞占据，则下一时间步长，中心腐蚀元胞仍停留在格位(x，y)；

步骤3.4若步骤3.2中，中心腐蚀元胞的目标元胞为金属元胞，则在下一时间步长，腐蚀元胞O₂与金属元胞Cr或Ni、腐蚀元胞Cl₂与金属元胞Cr以一定概率发生反应；

步骤3.5若步骤3.4中，腐蚀元胞O₂与金属元胞Cr的反应发生，则在下一时间步长，获得腐蚀层元胞MgO和逃逸元胞CrCl₄。金属元胞Cr的格位被MgO格位代替；若反应不发生，金属元胞Cr仍占据原格位，腐蚀元胞O₂重复步骤3.2的过程；

步骤3.6若步骤3.4中腐蚀元胞O₂与金属元胞Ni的反应发生，则在下一时间步长，金属元胞Ni的格位被NiO格位代替；若反应不发生，金属元胞Ni仍占据原格位，腐蚀元胞Cl₂重复步骤3.2的过程；

步骤3.7若步骤3.4中腐蚀元胞Cl₂与金属元胞Cr的反应发生，则在下一时间步长，获得逃逸元胞CrCl₄，金属元胞Cr的格位变为空格位。

步骤3.8步骤3.5和步骤3.7获得的逃逸元胞CrCl₄中，一部分以一定概率向熔盐部分扩散，一部分与腐蚀层元胞MgO、腐蚀元胞O₂以一定概率发生反应。若反应发生，则在下一时间步长，获得腐蚀层元胞MgCr₂O₄和腐蚀元胞Cl₂，逃逸元胞CrCl₄、腐蚀层元胞MgO、腐蚀元胞O₂消失，腐蚀层元胞MgO的格位被腐蚀层元胞MgCr₂O₄格位代替。

步骤3.9步骤3.8中的腐蚀元胞Cl₂重复步骤3.2的过程。