Az alumíniumötvözetek feszültségkorróziós elméletének kutatási helyzete

Több mint egy évszázados kutatás után még mindig vannak nézeteltérések az akadémiai körökben az SCC-t okozó mechanizmusról. A jelenleg elfogadott mechanizmusok a hidrogén által kiváltott repedés és az anódos oldódás.

1. Hidrogén okozta repedés

Az 1970-es évek közepe óta számos kísérlet kimutatta, hogy a 7-es sorozatú, nagy szilárdságú alumíniumötvözet SCC-je a hidrogén által kiváltott repedési mechanizmushoz tartozik. Az elmélet szerint: (1) a hidrogén diszlokációk révén a szemcsehatárig vándorol, és a kicsapódott fázis közelében felhalmozódik, ami nagymértékben csökkenti a szemcsehatár kötési szilárdságát, gyengíti a szemcsehatárt, és szemcseközi törést okoz; (2) a hidrogén felhalmozódása miatt a repedésben, A kialakuló hidrogénnyomás elősegíti az ötvözet törését; (3) a hidrogén elősegíti az ötvözet deformálódását és törést okoz; (4) a képződött hidrid elősegíti az ötvözet törését. A jelenleg javasolt hidrogén-indukált krakkolási mechanizmus főként a következő elméletekkel rendelkezik:

(a) Hidrogénnyomás-elmélet: Ha a fémben túltelített H van, az különböző mikroszkopikus hibák esetén H2-vé egyesül. Ez egy visszafordíthatatlan reakció szobahőmérsékleten, vagyis a H2 már nem bomlik H-vé. A hibával H2 A koncentráció növekedésével a hidrogénnyomás is nő. Ha a hidrogénnyomás nagyobb, mint a folyáshatár, helyi képlékeny deformáció lép fel, ami megduzzasztja a felületet és hidrogénbuborékokat képez.

(b) Gyenge kötés elmélete: A fémben lévő hidrogén csökkenti az atomi kötés kötőerejét. Ha a helyi feszültségkoncentráció megegyezik az atomi kötés kötőerejével, az atomi kötés megszakad, és mikrorepedések gócképződnek.

(c) A hidrogén csökkenti a felületi energia elméletet: a hidrogén csökkenti a kötési erőt, miközben elkerülhetetlenül csökkenti a felületi energiát, és fordítva. A hidrogén adszorbeálódik a fémrepedés belső felületén, csökkentve a felületi energiát, ami a repedés instabilitásához és terjedéséhez szükséges kritikus feszültséghez vezet. Mivel a képlékeny alakváltozási munkákat nem vesszük figyelembe, nem alkalmazható fémanyagokra.

(d) Átfogó hidrogén által kiváltott repedési mechanizmus: Ez a mechanizmus átfogóan figyelembe veszi a hidrogén szerepét a helyi képlékeny deformáció elősegítésében, a hidrogén szerepét az atomi kötési erő és a hidrogénnyomás csökkentésében.

2, anódoldás

Az anódos oldódás elmélete [7~9] úgy véli, hogy az anódfém folyamatos oldódása SCC repedések gócképződéséhez és továbbterjedéséhez vezet, ami az ötvözet szerkezetének töréséhez vezet. Az alumíniumötvözet SCC anódos kioldódási elméletének főbb pontjai a következők:

(1) Anódcsatorna elmélet: A helyi csatorna mentén korrózió lép fel, és repedések keletkeznek. A húzófeszültség merőleges a csatornára, és a feszültségkoncentráció a helyi repedés csúcsán keletkezik. Az alumíniumötvözetben már meglévő anódcsatorna el van választva a szemcsehatár kicsapott fázistól és a szubsztrátpotenciáltól. A különbséget a különbség okozza, és a feszültség hatására a repedés kinyílik és szabaddá válik a friss felület. Ebben az esetben a korrózió a szemcsehatár mentén felgyorsul.

(2) Csúszásoldás elmélet: Az alumíniumötvözet felületi oxidfilmjében vannak helyi gyenge pontok, ahol az SCC előfordul. Feszültség hatására az ötvözetmátrix része a csúszás mentén elmozdul, és csúszólétrát képez. Ha a felületi film nagy, és nem tud megfelelően deformálódni a csúszó létra kialakulásával, a film felszakad, és szabaddá teszi a friss felületet, érintkezik korrozív közeggel, és gyors anódos oldódás következik be.

(3) Filmszakadás elmélet: A korrozív közegben a fém felületén védőréteg van, amelyet feszültség vagy aktív ionok okoznak. A szabaddá vált friss felület és a visszamaradt felületi film egy kis anód és egy nagy katód korróziós akkumulátort képez, aminek eredményeként a felületen friss anódos oldódás következik be.

3. Az anódoldódás és a hidrogén által kiváltott repedés együttes hatása

Az anódos oldódás és a hidrogén által kiváltott repedés két különböző fogalom. A tiszta anódos oldódás katódos védelemmel megelőzhető. Hidrogén által kiváltott repedés esetén a katódos polarizáció elősegíti a repedést. Egyes rendszerek anódos oldódáson alapulnak, és néhány a hidrogén által kiváltott repedés a fő. Az alumíniumötvözetek SCC-je gyakran egyszerre tartalmazza ezt a két folyamatot, és valójában nehéz egyértelműen megkülönböztetni ezt a két jelenséget.

Najjar et al. [10] azt találta, hogy a 7050-es alumíniumötvözet SCC-je 3%-os NaCl-oldatban az anódos oldódás és a hidrogén által kiváltott repedés együttes hatásának eredménye. Kezdetben az ötvözet szemcsehatárán lévő részecskék potenciálkülönbsége miatt lokalizált Az anód feloldódik, amitől a passzivációs film felszakad, kritikus hibák keletkeznek, és mikrorepedés keletkezik. A szemcsehatáron a lokális anódos oldódás növekedésével a redukáló H atomok bediffundálnak a folyamat zónába, és kölcsönhatásba lépnek a mikroszkopikus jellemző szerkezettel, a repedéscsúcs feszültségével és a képlékeny feszültséggel, károkat okozva.

A fent említett SCC-mechanizmuson kívül a kutatók az SCC-mechanizmust más szempontokból is tanulmányozták, elsősorban az SCC-felület migrációs elméletét, az SCC diszlokációmentes zónaelméletét, valamint a repedésnövekedés fél-empirikus modelljét.