高强铝合金氢渗入与应力腐蚀开裂的作用机理研究

铝合金和紧固件在某些环境下常发生应力腐蚀开裂(SCC)，因其难以预测，所以危害性很大。因为氢在铝合金中的渗透率较小，所以人们研究氢渗透及应力腐蚀开裂的对象一般都是钢材。随着实验仪器的进步，这方面的研究开始增多，但氢在铝合金中的氢渗透测量实验可重复性不高。研究高强铝合金SCC发生和发展过程中的氢渗透行为，结合SCC敏感性测试的研究将有助于人们对铝合金的SCC机制的更深入和全面的了解，在理论上发展和完善SCC理论，发展铝合金氢渗透测量技术，澄清氢在高强铝合金SCC中所起的作用；在实际应用上，可以发展SCC监测和控制技术，用于监测高强铝合金发生SCC的危险性，采取有效措施减少和尽可能避免所造成的危害。

项目针对申请书研究目标，对高强铝合金（6061-T6，7075-T6）在不同环境中的氢渗透与应力腐蚀破裂行为的关系进行了研究，并结合应力腐蚀开裂发生和发展过程中铝合金的氢渗透行为，澄清氢在铝合金应力腐蚀开裂中所起的作用，在实验结果的基础上提出高强铝合金的应力腐蚀开裂机制，为铝合金应力腐蚀开裂的监测和防护提供理论基础。. 根据项目研究内容采用自行设计的D-S双电解池对高强铝合金氢渗透系数进行了测量，研究了镀镍层厚度、充氢电流密度、反复充氢循环次数对铝合金静观氢渗透系数的影响。对不同环境中（比如HCl、NaOH、NaCl）铝合金氢渗透电流进行了研究，同时用慢应变速率拉伸实验技术研究铝合金在不同腐蚀环境下的应力腐蚀开裂敏感性。结合上两者关系，得到了高强铝合金氢渗透与应力腐蚀的相关性。根据实际工况条件，对高强铝合金在动载条件下的氢渗透行为进行了进一步研究，研究结果表明形变会对金属材料的内部结构和性能造成影响，其本质原因是形变影响到金属材料内部原子结构和原子结合力，形成晶界滑移甚至形成微裂纹，从而导致氢渗透电流发生变化。. 根据研究计划对表面氧化层对高强铝合金的氢渗透行为的影响进行了研究。铝表面氧化层的氢渗透率很小，对铝合金氢渗透率的研究造成较大的误差。鉴于此，项目研究了氧化层厚度对氢渗透率的影响，不同氧化层厚度通过在空气中不同氧化时间来制备，并通过截面观察氧化层厚度。并通过数值计算，建立了双层金属氢渗透计算模型，得到了表面氧化层对氢渗透的影响。. 项目研究过程中，获得了大量第一手研究数据，部分数据已经整理并发表在国内外高水平学术期刊，另有部分在进一步整理投稿。目前项目发表研究论文9篇，申请国家发明专利2项；研究论文SCI收录3篇，EI收录1篇，中文核心3篇，会议论文2篇。另外，1篇在投corrosion science，目前审稿中。参加国内会议3次，并做专题报告，与北京科技大学，东京工业大学，澳大利亚科延科技大学多次进行学术交流，项目培养硕士研究生6人。在本项目的基础上，项目负责人获得国家自然科学基金国际合作与交流项目一项（2013年）。