알루미늄 합금 응력 부식 이론의 연구 현황

100년이 넘는 연구 끝에 SCC를 유발하는 메커니즘에 대해서는 학계에서 여전히 의견 차이가 있습니다. 현재 받아들여지는 메커니즘은 수소 유도 균열과 양극 용해입니다.

1. 수소 유발 균열

1970년대 중반 이후 많은 실험을 통해 7 시리즈 고강도 알루미늄 합금의 SCC가 수소 유도 균열 메커니즘에 속한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이론은 다음과 같이 믿습니다. (1) 수소는 전위를 통해 결정립계로 이동하고 석출상 근처에 축적되어 결정립계의 결합 강도를 크게 감소시키고 결정립계를 약화시키며 입계 파괴를 유발합니다. (2) 균열에 수소가 축적되어 형성된 수소 압력은 합금의 파괴를 촉진합니다. (3) 수소는 합금의 변형을 촉진하고 파괴를 유발합니다. (4) 형성된 수소화물은 합금의 파괴를 촉진한다. 현재 제안된 수소 유도 균열 메커니즘은 주로 다음과 같은 이론을 가지고 있다.:

(a) 수소 압력 이론: 금속에 과포화 H가 있으면 다양한 미세한 결함에서 H2로 결합됩니다. 이는 실온에서 비가역적인 반응입니다. 즉, H2는 더 이상 H로 분해되지 않습니다. 결함이 있는 H2 농도가 증가함에 따라 수소 압력도 증가합니다. 수소 압력이 항복 강도보다 크면 국부적인 소성 변형이 발생하여 표면이 부풀어 오르고 수소 기포가 형성됩니다.

(b) 약한 결합 이론: 금속의 수소는 원자 결합의 결합력을 감소시킵니다. 국부적인 응력 농도가 원자 결합의 결합력과 같을 때 원자 결합이 끊어지고 미세균열이 핵생성됩니다.

(c) 수소는 표면 에너지를 감소시킨다는 이론: 수소는 결합력을 감소시키는 동시에 표면 에너지를 필연적으로 감소시키며, 그 반대도 마찬가지입니다. 금속 균열의 내부 표면에 수소가 흡착되어 표면 에너지가 감소하고 균열의 불안정성과 확산에 필요한 임계 응력이 감소합니다. 소성 변형 작업을 고려하지 않기 때문에 금속 재료에는 적용할 수 없습니다.

(d) 포괄적인 수소 유도 균열 메커니즘: 이 메커니즘은 국부적인 소성 변형을 촉진하는 수소, 원자 결합력을 감소시키는 수소, 수소 압력의 역할을 종합적으로 고려합니다.

2, 양극 용해

양극 용해 이론[7~9]은 양극 금속의 지속적인 용해가 SCC 균열의 핵 생성 및 전파로 이어져 합금 구조의 파괴를 초래한다고 믿습니다. 알루미늄 합금 SCC의 양극 용해 이론의 주요 내용은 다음과 같습니다.:

(1) 양극 채널 이론: 국부 채널을 따라 부식이 발생하고 균열이 발생한다. 인장응력은 채널에 수직이며 국부균열 선단에 응력집중이 발생한다. 알루미늄 합금의 기존 양극 채널은 결정립계 석출상과 기판 전위의 차이로 인해 분리되며, 응력으로 인해 균열이 벌어지고 새로운 표면이 노출됩니다. 이 경우 부식은 결정립계를 따라 가속화됩니다.

(2) 슬립 용해 이론: SCC가 발생하는 알루미늄 합금의 표면 산화막에는 국부적인 약점이 있습니다. 응력이 가해지면 합금 매트릭스의 일부가 미끄러짐을 따라 이동하여 미끄러짐 사다리를 형성합니다. 표면 필름이 크고 슬라이딩 사다리의 형성에 따라 변형될 수 없는 경우 필름이 파열되어 새로운 표면이 노출되고 부식성 매체와 접촉하여 급속한 양극 용해가 발생합니다.

(3) 막 파열 이론: 부식성 매체의 금속 표면에 보호막이 있는데 이는 응력이나 활성 이온으로 인해 발생합니다. 노출된 신선한 표면과 남은 표면 필름은 작은 양극과 큰 음극 부식 배터리를 형성하여 표면에 신선한 양극 용해가 발생합니다.

3. 양극 용해와 수소 유발 균열의 동시 작용

양극 용해와 수소 유발 균열은 두 가지 다른 개념입니다. 순수한 양극 용해는 음극 보호를 통해 방지할 수 있습니다. 수소 유도 균열의 경우, 음극 분극이 균열을 촉진하는 경향이 있습니다. 일부 시스템은 양극 용해를 기반으로 하며 일부 수소 유발 균열이 주요 시스템입니다. 알루미늄 합금의 SCC에는 이 두 가지 공정이 동시에 포함되는 경우가 많으며, 실제로 이 두 가지 현상을 명확하게 구분하기는 어렵습니다.

Najjaret al. [10]은 3% NaCl 용액에서 7050 알루미늄 합금의 SCC가 양극 용해와 수소 유발 균열의 결합 효과의 결과라는 것을 발견했습니다. 처음에는 합금 결정립계에 있는 입자의 전위차로 인해 국부적인 양극이 용해되어 부동태막이 파열되어 심각한 결함이 발생하고 미세 균열이 발생합니다. 결정립계에서 국부적인 양극 용해가 증가함에 따라 감소된 H 원자가 공정 영역으로 확산되어 미세한 특성 구조, 균열 팁 응력 및 소성 변형과 상호 작용하여 손상을 유발합니다.

연구진은 위에서 언급한 SCC 메커니즘 외에도 주로 SCC 표면의 이동 이론, SCC의 무전위 영역 이론, 균열 성장의 반경험적 모델 등을 비롯한 다른 관점에서 SCC 메커니즘을 연구했습니다.