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巩义铝板厂铝合金应力腐蚀理论研究现状

    经过一个多世纪的研究,对于引起 SCC 的机理学术界仍然存在分歧。 目前被普遍接受的机理是氢致开裂和阳极溶解机理。

    1、氢致开裂

    七十年代中期以来, 较多实验表明, 7×××系高强铝合金的SCC 属于氢致开裂机理。该理论认为: (1)氢通过位错迁移到晶界, 积聚在析出相附近,使晶界的结合强度大大降低, 弱化晶界, 造成沿晶断裂; (2) 由于氢积聚在裂纹内, 形成的氢气压促使合金断裂; (3) 氢促进合金形变而致使断裂; (4) 形成的氢化物促使合金断裂. 目前提出的氢致开裂机理主要有如下理论:

    (a) 氢压理论: 当金属中存在过饱和H时, 将在各种显微缺陷处结合成H2, 室温是不可逆反应, 即H2不会再分解成H. 随着缺陷处H2浓度增加, 氢压也增大. 当氢压大于屈服强度时就会产生局部塑性变形, 使表层鼓起, 形成氢气泡.

    (b) 弱键理论: 金属中的氢降低原子键结合力,当局部应力集中等于原子键结合力时原子键破裂,微裂纹形核.

    (c) 氢降低表面能理论: 氢降低键合力的同时必然降低表面能, 反之亦然. 氢吸附在金属裂纹内表面, 使表面能降低, 导致裂纹失稳扩展所需的临界应力下降. 由于没有考虑塑性变形功, 故对金属材料不适用.

    (d) 氢致开裂综合机理: 此机理综合考虑了氢促进局部塑性变形、氢降低原子键合力以及氢压作用.

    2、 阳极溶解

    阳极溶解理论[7~9]认为阳极金属的不断溶解导致SCC 裂纹的形核和扩展, 造成合金结构的断裂.铝合金SCC的阳极溶解理论的主要观点如下:

    (1) 阳极通道理论: 腐蚀沿局部通道发生并产生裂纹, 拉应力垂直于通道, 在局部裂纹尖端上产生应力集中. 铝合金中预先存在的阳极通道由晶界析出相与基体电位差引起, 而应力则使裂纹张开暴露出新鲜表面. 在此情形下, 腐蚀沿晶界加速进行.

    (2) 滑移溶解理论: 发生SCC 的铝合金表面氧化膜存在局部薄弱点, 在应力作用下合金基体内部位错会沿滑移而产生移动, 形成滑移阶梯. 当滑移阶梯大、表面膜又不能随滑移阶梯的形成而发生相应变形时, 膜就会破裂并裸露出新鲜表面, 与腐蚀介质接触, 发生快速阳极溶解.

    (3) 膜破裂理论: 腐蚀介质中金属表面存在保护膜, 由于遭受应力或活性离子的作用而引起破裂, 裸露的新鲜表面与其余表面膜构成小阳极大阴极的腐蚀电池, 导致新鲜表面发生阳极溶解.

    3、阳极溶解与氢致开裂共同作用

    阳极溶解与氢致开裂是两个不同的概念, 单纯的阳极溶解可通过阴极保护进行预防, 而对于氢致开裂, 阴极极化往往会促进开裂. 有些体系以阳极溶解为主, 有些则以氢致开裂为主. 铝合金的SCC 往往同时包括这两个过程, 要截然区分这两种现象实际上是困难的.

    Najjar 等[10]研究发现7050 铝合金在3% NaCl 溶液中的SCC 是由于阳极溶解与氢致开裂共同作用的结果. 开始时, 由于合金晶界处的粒子存在电位差, 发生局部阳极溶解, 造成钝化膜破裂, 形成临界缺陷, 微裂纹萌生. 随着晶界局部阳极溶解的增加,还原性的H原子扩散到过程区, 与微观特征结构、裂纹尖端应力和塑性应变相互作用, 造成损害.

    除上述SCC机理外, 研究者还从其它角度研究了SCC 机理, 主要包括SCC 表面的迁移理论、SCC的无位错区理论和裂纹生长的半经验模型.

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