氢、阳极溶解在高强度铝合金应力腐蚀过程中的定量作用研究

Stress corrosion cracking (SCC) is of the characteristics of unexpected and intense damage, and it is very harmful to aerospace industry. Although the stress corrosion cracking is an old research field, there exists an argument on whether hydrogen induced cracking or anodic dissolution was the mechanism of SCC of high strength aluminum alloys, which are extensively applied in areospace industry, hence it has been a pending scientific problem in the field of corrosion science for a long time. In the present application, typical 7xxx series high strength aluminum alloys are slected as the research object, and then the quantitative contribution of hydrogen induced fracture and anodic dissolution to SCC of high strength aluminum alloys will be investigated deeply and systematically using electrochemical cathodic hydrogen permeation, slow strain rate tensile test (SSRT), constant displacement specimen SCC test, film induced stress measurement, ion microprobe mass analyzer (IMMA), and etc., by means of the combination of macro measurement with micro analysis. According, the SCC mechanism of high strength aluminum alloys will be elucidated. It is of very important scientific significance because the goal of the present application is to clarify quantitatively the role of hydrogen and anodic dissolution in the SCC process of high strength aluminum alloys from the macro and micro level. Moreover, the present application is also of important actual significance since high strength aluminum alloys are extensively applied in aerospace industry.

应力腐蚀开裂（SCC）具有突发性和强破坏的特点，对航空航天工业危害极大。尽管应力腐蚀是一个古老的研究课题，但是航空航天工业中应用十分广泛的高强度铝合金SCC究竟是氢致开裂型还是阳极溶解型，目前尚存在着争议，因而是腐蚀科学研究领域长期以来一直悬而未决的科学问题。本申请以典型的7xxx系高强度铝合金为研究对象，通过宏观测试与微观分析相结合的方法，采用电化学阴极渗氢、慢应变速率拉伸试验（SSRT）、恒位移试样SCC、膜致应力测量、电子探针质量显微分析仪（IMMA）等现代材料分析测试手段，深入系统地研究氢致开裂和阳极溶解在高强度铝合金SCC过程中的定量贡献，从而阐明高强度铝合金的SCC机理。由于本申请的目的是旨在从宏观和微观层次上定量地弄清氢、阳极溶解在高强度铝合金SCC过程中的作用，因此具有重要的科学意义。此外，由于高强度铝合金在航空航天工业中应用十分广泛，因此本申请也具有重要的实际意义。

应力腐蚀开裂（SCC）具有突发性和强破坏的特点，对航空航天工业危害极大。高强度铝合金是航空航天工业中应用十分广泛的结构材料，但是其SCC究竟是氢致开裂型还是阳极溶解型，目前在学术界仍然存在着争议，因此是腐蚀科学研究领域长期以来一直悬而未决的科学问题。为此，本项目以典型的7xxx系高强度铝合金为研究对象，采用电化学阴极渗氢、慢应变速率拉伸试验（SSRT）、恒位移试样SCC、膜致应力测量、定氢仪、飞行时间二次离子质谱仪（ToF-SIMS）等现代材料分析测试手段，深入系统地研究了氢和阳极溶解在高强度铝合金SCC过程中的定量作用，从而阐明了高强度铝合金SCC的机理。此外，为了加深对腐蚀及应力腐蚀的理解，我们也初步开展了铝合金与镁合金微弧氧化膜电化学腐蚀行为的相关研究。主要结果如下：.1.7050铝合金试样充氢时间越长，氢含量越高，氢脆敏感性越大；自由电子理论计算结果表明，7050铝合金晶界上平均每个原子的结合能及结合力随晶界附近氢偏聚含量的增加而减小。.2.阳极极化时，7050铝合金的SCC主要以阳极溶解为主，并且应力腐蚀敏感性随着极化电位的升高而增大；阴极极化时，铝合金的SCC主要以氢脆为主，且随着极化电位的负移，应力腐蚀敏感性有先升高后降低的趋势，其拐点是-1100mV。无论阳极极化还是阴极极化氢都会进入铝合金中，但进入的氢原子在阳极极化时很少而在阴极极化时则较多，氢脆和阳极溶解引起的塑性损失比ISCC (H)/ISCC (AD)与氢浓度的指数成线性关系。.3.ToF-SIMS分析表明，当外加阴极极化电位后，7050合金恒位移试样SCC断口裂尖区的氢富集浓度有所提高，在晶内扩散程度有所加深，其应力腐蚀敏感性也增高。.4.7050铝合金阳极极化时膜致应力随着电位的升高而升高；阴极极化时膜致应力随着电位的升高先降低后升高。在相同的溶液中，膜致应力随极化电位的变化与SCC敏感性随电位的变化完全一致。.5.7050铝合金氢致附加应力随氢浓度的升高而增大，且合金的氢脆敏感性与氢致附加应力密切相关，即氢致附加应力进一步增强了合金的氢脆敏感性。