關(guān)于鋁合金應(yīng)力腐蝕理論研究的現(xiàn)狀

經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)的研究，對(duì)于引起 SCC 的機(jī)理學(xué)術(shù)界仍然存在分歧。 目前被普遍接受的機(jī)理是氫致開裂和陽(yáng)極溶解機(jī)理。下面就讓我們分析鋁合金應(yīng)力腐蝕的相關(guān)情況！

1、氫致開裂

七十年代中期以來, 較多實(shí)驗(yàn)表明, 7×××系高強(qiáng)鋁合金的SCC 屬于氫致開裂機(jī)理。該理論認(rèn)為: (1)氫通過位錯(cuò)遷移到晶界, 積聚在析出相附近,使晶界的結(jié)合強(qiáng)度大大降低, 弱化晶界, 造成沿晶斷裂; (2) 由于氫積聚在裂紋內(nèi), 形成的氫氣壓促使合金斷裂; (3) 氫促進(jìn)合金形變而致使斷裂; (4) 形成的氫化物促使合金斷裂. 目前提出的氫致開裂機(jī)理主要有如下理論：

(a) 氫壓理論: 當(dāng)金屬中存在過飽和H時(shí), 將在各種顯微缺陷處結(jié)合成H2, 室溫是不可逆反應(yīng), 即H2不會(huì)再分解成H. 隨著缺陷處H2濃度增加, 氫壓也增大. 當(dāng)氫壓大于屈服強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生局部塑性變形, 使表層鼓起, 形成氫氣泡。

(b) 弱鍵理論: 金屬中的氫降低原子鍵結(jié)合力,當(dāng)局部應(yīng)力集中等于原子鍵結(jié)合力時(shí)原子鍵破裂,微裂紋形核。

(c) 氫降低表面能理論: 氫降低鍵合力的同時(shí)必然降低表面能, 反之亦然. 氫吸附在金屬裂紋內(nèi)表面, 使表面能降低, 導(dǎo)致裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展所需的臨界應(yīng)力下降. 由于沒有考慮塑性變形功, 故對(duì)金屬材料不適用。

(d) 氫致開裂綜合機(jī)理: 此機(jī)理綜合考慮了氫促進(jìn)局部塑性變形、氫降低原子鍵合力以及氫壓作用。

2、 陽(yáng)極溶解

陽(yáng)極溶解理論[7~9]認(rèn)為陽(yáng)極金屬的不斷溶解導(dǎo)致SCC 裂紋的形核和擴(kuò)展, 造成合金結(jié)構(gòu)的斷裂.鋁合金SCC的陽(yáng)極溶解理論的主要觀點(diǎn)如下:

(1) 陽(yáng)極通道理論: 腐蝕沿局部通道發(fā)生并產(chǎn)生裂紋, 拉應(yīng)力垂直于通道, 在局部裂紋尖端上產(chǎn)生應(yīng)力集中. 鋁合金中預(yù)先存在的陽(yáng)極通道由晶界析出相與基體電位差引起, 而應(yīng)力則使裂紋張開暴露出新鮮表面. 在此情形下, 腐蝕沿晶界加速進(jìn)行.

(2) 滑移溶解理論: 發(fā)生SCC 的鋁合金表面氧化膜存在局部薄弱點(diǎn), 在應(yīng)力作用下合金基體內(nèi)部位錯(cuò)會(huì)沿滑移而產(chǎn)生移動(dòng), 形成滑移階梯. 當(dāng)滑移階梯大、表面膜又不能隨滑移階梯的形成而發(fā)生相應(yīng)變形時(shí), 膜就會(huì)破裂并裸露出新鮮表面, 與腐蝕介質(zhì)接觸, 發(fā)生快速陽(yáng)極溶解.

(3) 膜破裂理論: 腐蝕介質(zhì)中金屬表面存在保護(hù)膜, 由于遭受應(yīng)力或活性離子的作用而引起破裂, 裸露的新鮮表面與其余表面膜構(gòu)成小陽(yáng)極大陰極的腐蝕電池, 導(dǎo)致新鮮表面發(fā)生陽(yáng)極溶解.

3、陽(yáng)極溶解與氫致開裂共同作用

陽(yáng)極溶解與氫致開裂是兩個(gè)不同的概念, 單純的陽(yáng)極溶解可通過陰極保護(hù)進(jìn)行預(yù)防, 而對(duì)于氫致開裂, 陰極極化往往會(huì)促進(jìn)開裂. 有些體系以陽(yáng)極溶解為主, 有些則以氫致開裂為主. 鋁合金的SCC 往往同時(shí)包括這兩個(gè)過程, 要截然區(qū)分這兩種現(xiàn)象實(shí)際上是困難的.

Najjar 等[10]研究發(fā)現(xiàn)7050 鋁合金在3% NaCl 溶液中的SCC 是由于陽(yáng)極溶解與氫致開裂共同作用的結(jié)果. 開始時(shí), 由于合金晶界處的粒子存在電位差, 發(fā)生局部陽(yáng)極溶解, 造成鈍化膜破裂, 形成臨界缺陷, 微裂紋萌生. 隨著晶界局部陽(yáng)極溶解的增加,還原性的H原子擴(kuò)散到過程區(qū), 與微觀特征結(jié)構(gòu)、裂紋尖端應(yīng)力和塑性應(yīng)變相互作用, 造成損害.

除上述SCC機(jī)理外, 研究者還從其它角度研究了SCC 機(jī)理, 主要包括SCC 表面的遷移理論、SCC的無位錯(cuò)區(qū)理論和裂紋生長(zhǎng)的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/span>

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