Stan badań teorii korozji naprężeniowej stopów aluminium

Po ponad stu latach badań w kręgach akademickich nadal nie ma zgody co do mechanizmu powodującego SCC. Obecnie akceptowanymi mechanizmami są pękanie indukowane wodorem i rozpuszczanie anodowe.

1. Pękanie indukowane wodorem

Od połowy lat 70. XX wieku wiele eksperymentów wykazało, że SCC wysokowytrzymałego stopu aluminium serii 7 należy do mechanizmu pękania indukowanego wodorem. Teoria zakłada, że: (1) wodór migruje do granicy ziaren poprzez dyslokacje i gromadzi się w pobliżu fazy wydzielonej, co znacznie zmniejsza siłę wiązania granicy ziaren, osłabia granicę ziaren i powoduje pękanie międzykrystaliczne; (2) z powodu gromadzenia się wodoru w pęknięciu, powstające ciśnienie wodoru sprzyja pękaniu stopu; (3) wodór sprzyja deformacji stopu i powoduje pękanie; (4) powstały wodorek sprzyja pękaniu stopu. Obecnie proponowany mechanizm krakingu indukowanego wodorem opiera się głównie na następujących teoriach:

(a) Teoria ciśnienia wodoru: Gdy w metalu występuje przesycony H, będzie on łączyć się w H2 przy różnych mikroskopijnych defektach. Jest to reakcja nieodwracalna w temperaturze pokojowej, co oznacza, że ​​H2 nie będzie już rozkładał się na H. W przypadku defektu H2 Wraz ze wzrostem stężenia wzrasta również ciśnienie wodoru. Gdy ciśnienie wodoru będzie większe niż granica plastyczności, nastąpi lokalne odkształcenie plastyczne, które spęcznieje powierzchnię i utworzą pęcherzyki wodoru.

(b) Teoria słabych wiązań: Wodór w metalu zmniejsza siłę wiązania wiązania atomowego. Kiedy lokalne stężenie naprężeń jest równe sile wiązania wiązania atomowego, wiązanie atomowe pęka i tworzą się mikropęknięcia.

(c) Wodór zmniejsza teorię energii powierzchniowej: wodór zmniejsza siłę wiązania, nieuchronnie zmniejszając energię powierzchniową i odwrotnie. Wodór jest adsorbowany na wewnętrznej powierzchni pęknięcia metalu, zmniejszając energię powierzchniową, co prowadzi do naprężenia krytycznego wymaganego do niestabilności i propagacji zaniku pęknięcia. Ponieważ nie uwzględnia się pracy odkształcenia plastycznego, nie ma ona zastosowania do materiałów metalowych.

(d) Kompleksowy mechanizm pękania indukowanego wodorem: Mechanizm ten kompleksowo uwzględnia rolę wodoru w promowaniu lokalnego odkształcenia plastycznego, wodoru w zmniejszaniu siły wiązania atomowego oraz ciśnienia wodoru.

2, rozpuszczanie anody

Teoria rozpuszczania anodowego [7~9] zakłada, że ​​ciągłe rozpuszczanie metalu anodowego prowadzi do zarodkowania i propagacji pęknięć SCC, co skutkuje pękaniem struktury stopu. Główne punkty teorii rozpuszczania anodowego stopu aluminium SCC są następujące:

(1) Teoria kanału anodowego: Korozja występuje wzdłuż lokalnego kanału i powstają pęknięcia. Naprężenie rozciągające jest prostopadłe do kanału, a koncentracja naprężeń powstaje na wierzchołku lokalnego pęknięcia. Istniejący wcześniej kanał anodowy w stopie aluminium jest oddzielony od fazy wytrąconej na granicy ziaren i potencjału podłoża. Różnica jest spowodowana różnicą, a naprężenie powoduje otwarcie pęknięcia i odsłonięcie świeżej powierzchni. W tym przypadku korozja przyspiesza wzdłuż granicy ziaren.

(2) Teoria rozpuszczania poślizgu: W powierzchniowej warstwie tlenku stopu aluminium występują lokalne słabe punkty, w których występuje SCC. Pod wpływem naprężenia część osnowy stopu będzie przesuwać się wzdłuż poślizgu i tworzyć drabinkę ślizgową. Gdy folia powierzchniowa jest duża i nie może się odkształcić odpowiednio wraz z utworzeniem przesuwanej drabiny, folia pęknie i odsłoni świeżą powierzchnię, zetknie się z mediami korozyjnymi i nastąpi szybkie rozpuszczanie anodowe.

(3) Teoria pęknięcia folii: Na powierzchni metalu w środowisku korozyjnym znajduje się warstwa ochronna, która jest spowodowana naprężeniem lub aktywnymi jonami. Odsłonięta świeża powierzchnia i pozostała warstwa powierzchniowa tworzą małą anodę i dużą baterię korozyjną katody, w wyniku czego na powierzchni następuje świeże rozpuszczenie anodowe.

3. Współdziałanie rozpuszczania anod i pękania indukowanego wodorem

Rozpuszczanie anodowe i pękanie indukowane wodorem to dwie różne koncepcje. Czystemu rozpuszczaniu anodowemu można zapobiec poprzez ochronę katodową. W przypadku pęknięć wywołanych wodorem polaryzacja katodowa ma tendencję do sprzyjania pękaniu. Niektóre systemy opierają się na rozpuszczaniu anodowym, a głównym z nich jest pękanie wywołane wodorem. SCC stopów aluminium często obejmuje te dwa procesy jednocześnie i właściwie trudno jednoznacznie rozróżnić te dwa zjawiska.

Najjar i in. [10] stwierdzili, że SCC stopu aluminium 7050 w 3% roztworze NaCl jest wynikiem połączonego efektu rozpuszczania anodowego i pękania indukowanego wodorem. Na początku, w wyniku różnicy potencjałów cząstek na granicy ziaren stopu, zlokalizowana anoda ulega rozpuszczeniu, powodując pęknięcie warstwy pasywacyjnej, powstawanie krytycznych defektów i inicjację mikropęknięć. Wraz ze wzrostem lokalnego rozpuszczania anodowego na granicy ziaren, redukujące atomy H dyfundują do strefy procesu i oddziałują z charakterystyczną strukturą mikroskopową, naprężeniem wierzchołkowym pęknięcia i odkształceniem plastycznym, powodując uszkodzenia.

Oprócz wspomnianego powyżej mechanizmu SCC badacze badali także mechanizm SCC z innych perspektyw, obejmujących głównie teorię migracji powierzchni SCC, teorię strefy wolnej od dyslokacji SCC oraz półempiryczny model wzrostu pęknięć