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