สถานะการวิจัยทฤษฎีการกัดกร่อนความเค้นของโลหะผสมอลูมิเนียม

หลังจากการค้นคว้าวิจัยมากว่าศตวรรษ วงการวิชาการยังคงมีข้อขัดแย้งเกี่ยวกับกลไกที่ทำให้เกิด SCC กลไกที่ได้รับการยอมรับในปัจจุบันคือการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจนและการละลายของขั้วบวก

1. การแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน

ตั้งแต่กลางทศวรรษ 1970 มีการทดลองมากมายแสดงให้เห็นว่า SCC ของอะลูมิเนียมอัลลอยด์ความแข็งแรงสูงซีรีส์ 7 เป็นของกลไกการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน ทฤษฎีเชื่อว่า: (1) ไฮโดรเจนอพยพไปยังขอบเขตของเมล็ดพืชผ่านการเคลื่อนตัวและสะสมใกล้กับระยะตกตะกอน ซึ่งลดความแข็งแรงในการยึดเกาะของขอบเขตของเมล็ดพืชลงอย่างมาก ทำให้ขอบเขตของเมล็ดพืชอ่อนลง และทำให้เกิดการแตกหักตามขอบเกรน; (2) เนื่องจากการสะสมของไฮโดรเจนในรอยแตก ความดันไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นจะส่งเสริมการแตกหักของโลหะผสม (3) ไฮโดรเจนส่งเสริมการเสียรูปของโลหะผสมและทำให้เกิดการแตกหัก (4) ไฮไดรด์ที่เกิดขึ้นจะส่งเสริมการแตกหักของโลหะผสม กลไกการแคร็กที่เกิดจากไฮโดรเจนที่นำเสนอในปัจจุบันมีทฤษฎีดังต่อไปนี้เป็นหลัก:

(a) ทฤษฎีความดันไฮโดรเจน: เมื่อมี H อิ่มตัวยิ่งยวดในโลหะ มันจะรวมตัวเป็น H2 ที่ข้อบกพร่องระดับจุลภาคต่างๆ เป็นปฏิกิริยาที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ที่อุณหภูมิห้อง กล่าวคือ H2 จะไม่สลายตัวเป็น H อีกต่อไป โดยมีข้อบกพร่อง H2 เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้น ความดันไฮโดรเจนก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน เมื่อความดันไฮโดรเจนมากกว่าความแข็งแรงของผลผลิต การเสียรูปพลาสติกในท้องถิ่นจะเกิดขึ้น ซึ่งจะทำให้พื้นผิวขยายตัวและก่อตัวเป็นฟองไฮโดรเจน

(b) ทฤษฎีพันธะอ่อน: ไฮโดรเจนในโลหะลดแรงยึดเกาะของพันธะอะตอม เมื่อความเข้มข้นของความเค้นเฉพาะจุดเท่ากับแรงยึดเหนี่ยวของพันธะอะตอม พันธะอะตอมจะแตกตัวและเกิดรอยแตกขนาดเล็กในนิวเคลียส

(ค) ไฮโดรเจนลดทฤษฎีพลังงานพื้นผิว: ไฮโดรเจนลดแรงยึดเกาะในขณะที่พลังงานพื้นผิวลดลงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ และในทางกลับกัน ไฮโดรเจนถูกดูดซับบนพื้นผิวด้านในของรอยแตกร้าวโลหะ ส่งผลให้พลังงานพื้นผิวลดลง นำไปสู่ความเครียดวิกฤตที่จำเป็นสำหรับความไม่เสถียรและการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวที่ลดลง เนื่องจากไม่คำนึงถึงงานเปลี่ยนรูปพลาสติก จึงไม่สามารถใช้ได้กับวัสดุโลหะ

(d) กลไกการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจนที่ครอบคลุม: กลไกนี้พิจารณาบทบาทของไฮโดรเจนในการส่งเสริมการเสียรูปพลาสติกในท้องถิ่นอย่างครอบคลุม ไฮโดรเจนเพื่อลดแรงพันธะของอะตอม และความดันไฮโดรเจน

2 การสลายตัวของขั้วบวก

ทฤษฎีการละลายขั้วบวก [7~9] เชื่อว่าการละลายอย่างต่อเนื่องของโลหะขั้วบวกจะนำไปสู่การเกิดนิวเคลียสและการแพร่กระจายของรอยแตกร้าว SCC ส่งผลให้โครงสร้างโลหะผสมแตกหัก ประเด็นหลักของทฤษฎีการละลายขั้วบวกของอลูมิเนียมอัลลอยด์ SCC มีดังนี้:

(1) ทฤษฎีช่องแอโนด: การกัดกร่อนเกิดขึ้นตามช่องท้องถิ่นและเกิดรอยแตก ความเค้นดึงจะตั้งฉากกับช่อง และความเข้มข้นของความเค้นจะถูกสร้างขึ้นที่ส่วนปลายของรอยแตกเฉพาะที่ ช่องแอโนดที่มีอยู่แล้วในโลหะผสมอลูมิเนียมจะถูกแยกออกจากเฟสตกตะกอนของขอบเขตเกรนและศักยภาพของพื้นผิว ความแตกต่างเกิดจากความแตกต่าง และความเครียดทำให้รอยแตกเปิดและเผยให้เห็นพื้นผิวใหม่ ในกรณีนี้การกัดกร่อนจะเร่งตัวขึ้นตามขอบเกรน

(2) ทฤษฎีการละลายสลิป: มีจุดอ่อนเฉพาะจุดในฟิล์มออกไซด์ที่พื้นผิวของโลหะผสมอลูมิเนียมที่เกิด SCC ภายใต้การกระทำของความเค้น ส่วนของเมทริกซ์อัลลอยด์จะเคลื่อนที่ไปตามสลิปและก่อตัวเป็นบันไดสลิป เมื่อฟิล์มพื้นผิวมีขนาดใหญ่และไม่สามารถเปลี่ยนรูปตามการก่อตัวของบันไดเลื่อนได้ ฟิล์มจะแตกและเผยให้เห็นพื้นผิวใหม่ การสัมผัสกับสื่อที่มีฤทธิ์กัดกร่อน และเกิดการละลายของขั้วบวกอย่างรวดเร็ว

(3) ทฤษฎีการแตกของฟิล์ม: มีฟิล์มป้องกันบนพื้นผิวโลหะในตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนซึ่งเกิดจากความเครียดหรือไอออนที่ทำงานอยู่ พื้นผิวสดที่ถูกสัมผัสและฟิล์มพื้นผิวที่เหลือก่อให้เกิดขั้วบวกขนาดเล็กและแบตเตอรี่ที่มีการกัดกร่อนแคโทดขนาดใหญ่ ส่งผลให้เกิดการละลายขั้วบวกสดเกิดขึ้นบนพื้นผิว

3. ปฏิกิริยาร่วมของการละลายขั้วบวกและการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน

การละลายของขั้วบวกและการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจนเป็นแนวคิดที่แตกต่างกันสองประการ การละลายขั้วบวกบริสุทธิ์สามารถป้องกันได้โดยการป้องกันแบบแคโทด สำหรับการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน โพลาไรซ์แบบคาโทดิกมีแนวโน้มที่จะส่งเสริมการแตกร้าว บางระบบมีพื้นฐานมาจากการละลายขั้วบวก และการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจนบางระบบถือเป็นระบบหลัก SCC ของอะลูมิเนียมอัลลอยด์มักจะรวมกระบวนการทั้งสองนี้ไว้พร้อมๆ กัน และจริงๆ แล้วเป็นเรื่องยากที่จะแยกแยะปรากฏการณ์ทั้งสองนี้ให้ชัดเจน

นัจจาร์ และคณะ [10] พบว่า SCC ของอะลูมิเนียมอัลลอยด์ 7050 ในสารละลาย NaCl 3% เป็นผลมาจากผลรวมของการละลายขั้วบวกและการแตกร้าวที่เกิดจากไฮโดรเจน ในตอนแรก เนื่องจากความแตกต่างที่เป็นไปได้ของอนุภาคที่ขอบเขตเกรนของโลหะผสม ขั้วบวกจะละลายเฉพาะที่ ส่งผลให้ฟิล์มฟิล์มแตก ทำให้เกิดข้อบกพร่องร้ายแรง และการเริ่มต้นของรอยแตกขนาดเล็ก ด้วยการเพิ่มขึ้นของการละลายขั้วบวกเฉพาะที่ขอบเขตของเกรน ส่งผลให้อะตอม H กระจายเข้าสู่โซนกระบวนการลดลงและมีปฏิกิริยากับโครงสร้างลักษณะเฉพาะระดับจุลภาค ความเค้นที่ปลายรอยแตก และความเครียดของพลาสติก ทำให้เกิดความเสียหาย

นอกเหนือจากกลไก SCC ที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว นักวิจัยยังได้ศึกษากลไก SCC จากมุมมองอื่นๆ ซึ่งรวมถึงทฤษฎีการย้ายถิ่นของพื้นผิว SCC เป็นหลัก ทฤษฎีโซนปลอดการเคลื่อนที่ของ SCC และแบบจำลองกึ่งเชิงประจักษ์ของการเติบโตของรอยแตกร้าว