腐蚀是金属材料最常见的失效形式之一。局部腐蚀具有腐蚀破坏快速、隐蔽性强、难以预测、控制难度大等特点,与全面腐蚀相比危害性更大,更易突发灾难性事故。因此,预测金属腐蚀形貌、研究金属局部腐蚀损伤演化过程及其规律并探究金属局部腐蚀机理具有重要的价值和意义。本文基于金属腐蚀机理和元胞自动机(Cellular Automata,简称CA)理论,分析了腐蚀环境下金属局部腐蚀中基本的物理化学过程,得到相应的物理模型,并将腐蚀体系离散成元胞自动机空间中有序的元胞网格,制定局部演化规则,建立对应问题的元胞自动机模型,从而实现对金属局部腐蚀损伤演化过程的模拟。主要研究内容与结论如下:(1)根据金属腐蚀过程中的溶解和钝化现象,引入电解质浓度c、溶解概率P_d和钝化概率P_p三个参数,探究不同参数对金属腐蚀损伤演化过程的影响。结果表明:蚀坑形貌的模拟结果与实际蚀坑形貌相吻合;随着c的增加、P_d的增加以及P_p的减小,蚀坑等效半径、等效深度及溶解的金属元胞数量均增加,金属溶解速率加快,蚀坑不断扩展;当P_p增加至与P_d相等时,金属溶解和钝化处于动态平衡,蚀坑几乎不再扩展。(2)以金属亚稳态点蚀机理为基础,建立点蚀亚稳态过程的元胞自动机模型,得到不同溶解概率下点蚀坑的腐蚀形貌图;根据模拟结果计算得到了电流-时间曲线和电流密度-时间曲线,曲线分别具有I∝t~2和i∝t的关系。分析了不同模拟参数对模拟结果的影响,确定了当网格常数q=3.5 nm,溶解概率d=0.1~0.25时,模拟结果能够反映真实的蚀坑形貌且与实验结果相吻合。(3)以闭塞腐蚀电池的自催化理论为基础,提出模拟金属稳态点蚀过程的CA模型框架,并基于腐蚀速率在空间上具有不均匀性的特点,在模型中引入参数δ、λ和ε,建立腐蚀概率的参数化模型。δ用来控制蚀坑内整体腐蚀概率的大小;λ定义了腐蚀坑中反应概率不同的两个区域的相对位置;ε则调节了这两个区域中的反应概率。