影响铝合金应力腐蚀的主要因素

应力腐蚀的形成条件与特征“在腐蚀环境下服役的零部件，由于其材料的敏感部位首先出现微小凹坑或裂缝，在拉应力的作用下，其裂纹尖端不断扩展，直至达到临界状态不能再承受拉应力，最终裂纹急剧扩展以致紧固件断裂。

这样的应力腐蚀开裂尤其在建筑、石化等易受腐蚀环境影响的行业极易发生。

如果想要科学降低或避免此类事故发生概率，我们应首先了解其形成的条件和自身特征是什么？”一、应力腐蚀的形成条件引起应力腐蚀一般要满足敏感的金属材料、特定的腐蚀介质以及足够大的拉伸应力三个条件才可能引起应力腐蚀开裂。

不同的金属材料其对腐蚀介质的敏感性不同，且只有当拉伸应力大于临界力值KIscc，裂纹才会扩展。

敏感的金属材料一般情况下，纯金属不会发生应力腐蚀，含杂质或者合金才能发生应力腐蚀。

高强度合金钢的腐蚀开裂抗力要受化学成分和金相组织控制。

特定的腐蚀介质特定的材料对应特定的腐蚀介质，才能发生应力腐蚀。

例如：奥氏体不锈钢---氯离子溶液；低合金高强度钢---潮湿大气中，这样的搭配才可能发生。

不同的材质其腐蚀介质不同，我们要充分考虑紧固件在服役时其所在应用环境下是否会发生应力腐蚀断裂的风险。

常见的材料及其腐蚀介质可参考下表：足够大的拉伸应力导致应力腐蚀开裂的应力可以是外部拉应力，也可以是生产制造过程中产生的残余应力。

由残余应力引起的应力腐蚀事件不可小觑。

二、应力腐蚀的特征应力腐蚀的特征主要体现在裂纹断裂时间、晶像组织、裂纹的扩展速度以及断口形貌等方面。

典型的滞后破坏性应力腐蚀断裂具有滞后性，其裂纹扩展速度是缓慢进行的，发生裂纹扩展的应力强度因子KI若低于临界值KIscc,则不会发生裂纹扩展。

若高于KIscc，裂纹才会扩展，且其断裂时间与材料、腐蚀介质、应力密切相关。

当发生应力腐蚀断裂时，其应力可能远低于材料的屈服强度，且未产生明显的塑性变形，多见于脆性断裂。

应力腐蚀断裂的过程一般可分为三个阶段，即孕育期、裂纹扩展期、快速断裂期。

孕育期--此为第一阶段，因腐蚀过程局部化和拉应力作用的结果，使裂纹生核。

7.1应力腐蚀断裂7.1应力腐蚀断裂7.2 金属的氢脆和氢损伤7.2 金属的氢脆和氢损伤7.4 腐蚀疲劳7.4 腐蚀疲劳7.5 腐蚀磨损7.5 腐蚀磨损7.3 晶须增强铝复合材料应力腐蚀行为的研究7.3 晶须增强铝复合材料应力腐蚀行为的研究7.1 应力腐蚀断裂7.1 应力腐蚀断裂应力腐蚀－普遍而历史悠久的现象古代波斯王国青铜少女头像上具有黄铜弹壳开裂、黄铜冷凝管蒸汽机车锅炉碱脆铝合金在潮湿大气中的SCC奥氏体不锈钢的SCC；含S的油、气设备出现的SCC航空技术中出现的钛合金的腐蚀领域研究最多的课题－应力腐蚀开裂一. 应力腐蚀断裂产生的条件及特征1.必须有应力，拉伸应力越大，则断裂所需的时间越短。

断裂所需应力，一般低于材料的屈服强度2.腐蚀介质是特定的，只有某些金属－介质的组合，才会发生应力腐蚀断裂3.断裂速度介于无应力时的腐蚀速度及单纯力学因素引起的断裂速度拉伸应力来源：1.残余应力－加工、冶炼、装配过程中产生的2.外应力及工作所承受的载荷3.体积效应所造成的不均匀应力7.1 应力腐蚀断裂7.1 应力腐蚀断裂应力－力学因素应力应力在特定破裂体系中起以下作用应力引起塑性变形；应力使腐蚀产生的裂纹向纵深扩展应力使能量集中于局部工作应力应力－力学因素7.1 应力腐蚀断裂7.1 应力腐蚀断裂腐蚀－电化学因素凡是能促使钝化膜不稳定的电势区域，都易产生应力腐蚀断裂在活化－钝化以及钝化－再活化过渡区的很窄电位区内容易发生应力腐蚀金属断裂－金属学因素1.晶界吸附－晶界偏聚2.晶界沉淀－过饱和固溶体脱溶沉淀时，在晶界择优不均匀长大3.位错与金属结构交互作用4.表面膜对位错运动的影响二. 应力腐蚀过程的三个阶段1.孕育期，因腐蚀过程的局部化和拉应力作用的结果使裂纹形核2.腐蚀裂纹扩展期，裂纹形核后，在腐蚀介质和拉应力共同作用下扩展3.失稳断裂，由于拉应力局部集中，裂纹急剧生长导致零件破坏三. 应力腐蚀机理1.快速溶解理论－裂尖形变，位错连续到达；裂纹的前沿是阳极区2.表面膜破裂理论－位错沿滑移面产生滑移，形成滑移台阶；表面膜不能变形3.电化学阳极溶解自催化理论－腐蚀优先沿已存在的阳极溶解活化通道进行4.氢脆理论－氢扩散到裂纹尖端，局部区域脆化，裂尖溶液酸化，氢析出提供可能5.吸附理论－环境中的侵蚀性物质吸附在金属表面，削弱金属原子间的结合力金属－应力－腐蚀－开裂四. 应力腐蚀试验方法1. 恒载荷试验I型及2. 恒应变试验C环3. 预制裂纹试验双悬臂梁4. 慢应变速率拉伸试验应力腐蚀黄铜的应力腐蚀现象：弹壳破裂机理：锌在黄铜晶界上的富集－形成阳极原因：析出相使晶间结合强度降低，腐蚀加速晶间破裂通过退火消除应力通过表面镀层应力腐蚀高强度铝合金的应力腐蚀现象：沿晶界腐蚀机理：析出相及固溶体为阴极，纯铝为阳极原因：析出相使晶间结合强度降低，腐蚀加速晶间破裂铝锌及铝镁硅合金中加入铬可大大提高应力腐蚀敏感性提高了晶界电位，降低了晶界腐蚀趋势提高再结晶温度，避免晶界软化应力腐蚀钛合金的应力腐蚀钛合金在水溶液中的应力腐蚀钛合金有机溶液中的应力腐蚀钛合金在热盐中的应力腐蚀钛合金在气体介质中的应力腐蚀穿晶及沿晶混合型应力腐蚀应力腐蚀不锈钢的应力腐蚀及高温水中机理：阳极溶解型在应力的协同作用下，加速金属内活化区的溶解而导致断裂的机理应力腐蚀高强钢的应力腐蚀现象：海水及硫化物破裂机理：环境氢脆原因：氢渗入材料内部一. 氢的来源及在金属中的存在形式7.2 金属的氢脆和氢损伤7.2 金属的氢脆和氢损伤1.氢的来源：内氢，外氢（1）H 2S 等与金属接触，氢分子通过物理化学吸附在金属表面，分解产生活化氢原子（2）水溶液腐蚀时析出氢，水化质子在金属表面上分解成原子氢（3）含氢物质与金属表面发生反应放出氢2. 氢的存在形式（1）化合物氢在金属中，如超过固溶度，可形成三类化合物氢分子－在晶界等内部缺陷处聚集氢化物－钢中Fe3C 在高温高压的氢气中，分解成氢气团－氢与位错结合（2）固溶体氢以三种形态固溶于金属中－增加原子间斥力，导致晶格力降低氢损伤（氢脆）－指由于氢的存在或氢与材料相互作用，引起材料脆化，导致材料力学性能变坏的现象7.2 金属的氢脆和氢损伤二. 氢脆和氢损伤类型1.第一类氢脆在材料加负载前内部存在某种氢脆源，在应力作用下加快裂纹的形成及扩展，造成金属永久性损伤。

浅谈金属材料的应力腐蚀问题作者：陶勇来源：《学习导刊》2013年第11期【摘要】金属被环境介质的化学以及电化学作用而受破坏过程即腐蚀。

根据工程实情，对应力腐蚀裂纹的形成等问题展开研究，对设计中怎样更有效地实施措施防止金属材料应力腐蚀的现象发生以及在生产实践中怎样处理金属材料应力腐蚀裂纹的问题进行了探究。

【关键词】金属材料；应力腐蚀1.应力腐蚀概论应力腐蚀指的是金属材料或结构处于静载拉应力与一定的腐蚀环境一起作用下所导致发生的脆性破裂。

1.1 金属材料应力腐蚀裂纹金属材料在一定的腐蚀环境中，被应力作用，因金属本身微观径路在设限范围内产生腐蚀而呈现裂纹的现象称应力腐蚀裂纹。

应力腐蚀裂纹的特征是金属外表为脆性机械断裂。

裂纹只产生于金属的部分区域，由内向外发展，通常是与作用力保持垂直状态。

金属材料应力腐蚀裂纹同简单因应力导致的破坏不一样，其腐蚀在极其微弱的应力条件下也可以产生；金属材料应力腐蚀裂纹同单一因腐蚀造成的破坏也不一样，其腐蚀性最为微弱的介质也可以导致腐蚀裂纹。

而处于严重的全面腐蚀状况下，则不易发生应力腐蚀裂纹现象。

应力腐蚀外表没有变化，裂纹发展速度极快并且很难意料，因此可以说是一种具有极大危害性的破坏形式。

1.2 氢脆理论依据裂纹发展阶段的电化学反应，可将应力腐蚀划分成阳极和阴极两个反应敏感型。

具体说明如下：1）应力腐蚀阳极反应敏感指的是此类应力腐蚀裂纹的产生与发展阶段都是受裂纹处金属的阳极溶解制约的，裂纹的发展快慢也是由金属阳极溶解的快慢决定。

2）应力腐蚀阴极反应敏感指的是此类应反应阶段中因阴极吸氢而导致的脆性破坏，其也称之为氢脆型应力腐蚀。

而氢脆裂纹指的是金属材料在应力作用下，因为腐蚀反应所产生的氢为金属所吸收出现氢蚀脆化导致的裂纹。

2.金属材料发生应力腐蚀的特征我们通常所讲的应力腐蚀，即阳极反应敏感应力腐蚀。

对于金属材料发生应力腐蚀的特征，我们可从以下四个方面来加以说明。

2.1 金属材料发生应力腐蚀裂纹必须是拉应力只有处于应力（特别是拉应力）的状态下才会发生应力腐蚀裂纹。

应力腐蚀断裂一．概述应力腐蚀是材料、机械零件或构件在静应力(主要是拉应力）和腐蚀的共同作用下产生的失效现象。

它常出现于锅炉用钢、黄铜、高强度铝合金和不锈钢中，凝汽器管、矿山用钢索、飞机紧急刹车用高压气瓶内壁等所产生的应力腐蚀也很显著。

常见应力腐蚀的机理是：零件或构件在应力和腐蚀介质作用下，表面的氧化膜被腐蚀而受到破坏，破坏的表面和未破坏的表面分别形成阳极和阴极,阳极处的金属成为离子而被溶解，产生电流流向阴极。

由于阳极面积比阴极的小得多，阳极的电流密度很大,进一步腐蚀已破坏的表面。

加上拉应力的作用，破坏处逐渐形成裂纹，裂纹随时间逐渐扩展直到断裂。

这种裂纹不仅可以沿着金属晶粒边界发展,而且还能穿过晶粒发展。

应力腐蚀过程试验研究表明：当金属加上阳极电流时可以加剧应力腐蚀，而加上阴极电流时则能停止应力腐蚀。

一般认为压应力对应力腐蚀的影响不大。

应力腐蚀的机理仍处于进一步研究中。

为防止零件的应力腐蚀，首先应合理选材，避免使用对应力腐蚀敏感的材料,可以采用抗应力腐蚀开裂的不锈钢系列,如高镍奥氏体钢、高纯奥氏体钢、超纯高铬铁素体钢等.其次应合理设计零件和构件，减少应力集中。

改善腐蚀环境，如在腐蚀介质中添加缓蚀剂，也是防止应力腐蚀的措施.采用金属或非金属保护层，可以隔绝腐蚀介质的作用。

此外，采用阴极保护法见电化学保护也可减小或停止应力腐蚀。

本篇文章将重点介绍应力腐蚀断裂失效机理与案例研究，并分析比较应力腐蚀断裂其他环境作用条件下发生失效的特征。

，由于应力腐蚀的测试方法与本文中重点分析之处结合联系不大，故不再本文中加以介绍.二．应力腐蚀开裂特征（1)引起应力腐蚀开裂的往往是拉应力。

这种拉应力的来源可以是:1．工作状态下构件所承受的外加载荷形成的抗应力。

2．加工，制造,热处理引起的内应力.3．装配，安装形成的内应力。

4．温差引起的热应力。

5．裂纹内因腐蚀产物的体积效应造成的楔入作用也能产生裂纹扩展所需要的应力。

（2)每种合金的应力腐蚀开裂只对某些特殊介质敏感.一般认为纯金属不易发生应力腐蚀开裂,合金比纯金属更易发生应力腐蚀开裂。

各元素对铝合金性能影响铝合金是由铝与其他元素（如铜、镁、锰、硅等）合金化而成的材料。

不同元素的加入会对铝合金的性能产生不同的影响。

以下将对各元素对铝合金性能的影响进行详细讨论。

1. 铜（Cu）：铜是常用的合金元素之一，加入适量的铜可以显著提高铝合金的强度和硬度。

铜的溶解能力较小，容易形成均匀分布的预cipitate ，增强铝合金的固溶强化效果。

然而，过多的铜会降低铝合金的塑性和热变形能力。

2.镁（Mg）：镁是常用的合金元素之一，它可以显著提高铝合金的强度和韧性。

镁具有良好的固溶强化效果，通过形成Mg2Al3等固溶体粒子，增加了铝合金的强度。

同时，镁在冷变形时会细化晶粒，提高抗应力腐蚀开撕性能。

然而，过多的镁会导致铝合金的可焊性和耐热性下降。

3.锰（Mn）：锰的主要作用是固溶强化铝合金。

适量的锰可以提高铝合金的强度和硬度，提高耐热性能。

锰也能够抑制晶粒长大，细化晶粒，提高抗应力腐蚀性能。

然而，过量的锰会导致铝合金的塑性下降。

4.硅（Si）：硅是常用的合金元素之一，它可以显著提高铝合金的强度和耐蚀性。

硅可以形成硅铝溶液，在晶界处形成硬度较高的细小Si粒子，抑制晶粒长大。

硅还能提高铝合金的耐磨性和耐蚀性能。

然而，过多的硅会导致铝合金的塑性下降。

5.锌（Zn）：锌的加入可以显著提高铝合金的强度和硬度。

锌可以溶解在铝中并形成固溶体，提高铝合金的强度和硬度。

锌还能提高铝合金的耐腐蚀性能。

然而，过多的锌会降低铝合金的塑性。

6.铁（Fe）：铁的加入可以显著提高铝合金的强度和硬度。

同时，铁还能提高铝合金的耐氧化性能。

然而，过多的铁会降低铝合金的韧性和塑性。

7.锡（Sn）：锡的加入可以提高铝合金的强度和硬度。

锡能够与铝形成固溶体，增强铝合金的固溶强化效果。

然而，过多的锡会降低铝合金的塑性和热变形能力。

8.钛（Ti）：钛的加入可以显著提高铝合金的强度和硬度。

钛能够形成稳定的钛化合物，如TiAl3等，通过固溶强化提高合金的强度和硬度。

摘要金属材料是现代最重要的工程材料，人类社会的文明和发展与金属材料的使用、发展与进步有着极为密切的联系。

但是金属材料及其制品会受到各种不同形式的损坏,其中最重要、最常见的损坏形式腐蚀.铝是一种活泼金属，极容易和空气中的氧气起化应生成氧化铝。

氧化铝在铝制器皿表面结一层灰色致密的极薄的（约十万分之一厘米厚）薄膜，这层薄膜十分坚固，它能使里力的金属和外界完全隔开。

从而保护内部的铝不再受空气中氧气的侵蚀.铝和氧化铝薄膜都能和许多酸性或碱性物质起化学反应,一旦氧化铝薄膜被碱性溶液或酸性溶液溶解掉，则内部铝就要和碱性或酸性溶液起反应而渐渐被侵蚀掉.所以铝制器皿不能用碱性溶液或酸性溶液洗刷，也不能用铝制器皿盛放纯碱、洗衣粉或食醋等物质。

关键词: 铝合金、腐蚀、表面处理、防腐涂料1 引言1.1 铝防腐蚀的重要意义金属腐蚀问题存在于国民经济的各个领域，而且随着经济建设和科学技术的发展，腐蚀的危害越来越严重，对于国民经济的发展的制约作用越来越突出。

使得腐蚀科学在国民经济中所处的地位越来越重要。

据统计，人们每年冶炼出来的金属约有1/10被腐蚀破坏，相当于每年约有1/10 的冶炼厂因腐蚀的存在而做了无用功；而1/10 被腐蚀破坏的金属所殃及的金属制品的破坏，其损失要远远大于金属本身的价值。

据美国国家标准局(NBS）调查，1975年美国因腐蚀造成的损失高达700亿美元,即当年国民经济总产值（GNP)的4.2％；《光明日报》1999年1月20日报道，1997年因腐蚀给我国国民经济带来的损失高达2800亿人民币。

2 铝的主要腐蚀形式和腐蚀机理2.1 铝的腐蚀形式铝的主要腐蚀形式有点腐蚀、均匀腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀开裂.2.1。

1 点腐蚀点腐蚀：点腐蚀又称为孔腐蚀，是在金属上产生针尖状、点状、孔状的一种为局部的腐蚀形态。

点腐蚀是阳极反应的一种独特形式，是一种自催化过程，即点腐蚀孔内的腐蚀过程造成的条件，如有腐蚀介质（CL-、F-等）、促进反应的物质（CU2+、ZN2+等），既促进又足以维持腐蚀的继续进行。

高强铝合金应力腐蚀及氢渗透行为研究进展郑传波;益帼;高延敏【摘要】The domestic and overseas status of the investigation on hydrogen embrittlement (HE) and experimental methods for hydrogen permeation behavior is reviewed.Several mechanisms of HE and test methods for hydrogen permeation are introduced.It is pointed out that the nature of HE is not clarified theoretically so far,and there are some shortcomings of test methods for hydrogen permeation.A new specimen treatment method was proposed,and hydrogen permeation test was carried out,and reliable results were obtained.%综述了高强铝合金应力腐蚀氢脆机理、铝合金氢含量及氢渗透行为的研究进展,对高强铝合金氢渗透行为研究进展的优缺点进行了阐述.根据文献提出了一种研究高强铝合金氢渗透行为的方法.对比文献,该方法具有方便快速可靠,重现性好等优点.【期刊名称】《腐蚀与防护》【年(卷),期】2013(034)007【总页数】5页(P600-604)【关键词】高强铝合金;氢脆;氢渗透;应力腐蚀开裂【作者】郑传波;益帼;高延敏【作者单位】江苏科技大学材料学院,镇江212003;江苏科技大学材料学院,镇江212003;江苏科技大学材料学院,镇江212003【正文语种】中文【中图分类】TG172.9高强铝合金是一种高强度、低密度的材料，广泛应用于航空航天领域。