アルミニウム合金応力腐食理論の研究状況

研究から1世紀以上が経った今でも、SCCを引き起こすメカニズムについては学界で意見の相違が残っている。 現在受け入れられているメカニズムは、水素誘起亀裂と陽極溶解です。

1. 水素誘起亀裂

1970 年代半ば以来、多くの実験により、7 シリーズ高強度アルミニウム合金の SCC が水素誘起亀裂メカニズムに属することが示されてきました。 この理論では、（1）水素が転位を介して粒界に移動し、析出相の近くに蓄積し、粒界の結合強度が大幅に低下し、粒界が弱くなり、粒界破壊が引き起こされる。 (2) 亀裂内に水素が蓄積するため、形成された水素圧力が合金の破壊を促進します。 (3) 水素は合金の変形を促進し、破壊を引き起こします。 (4) 形成された水素化物は合金の破壊を促進します。 現在提案されている水素誘起分解機構には主に以下のような理論がある。：

(a) 水素圧力理論: 金属中に過飽和の H が存在すると、さまざまな微視的な欠陥で結合して H2 になります。 これは室温では不可逆反応であり、H2 はもはや H に分解しません。 欠陥があると、H2 濃度が増加するにつれて、水素圧力も増加します。 水素圧力が降伏強度よりも大きい場合、局所的な塑性変形が発生し、表面が膨張して水素の泡が形成されます。

(b) 弱い結合理論: 金属内の水素は原子結合の結合力を減少させます。 局所的な応力集中が原子結合の結合力と等しい場合、原子結合が破壊され、微小亀裂が核生成します。

(c) 水素は表面エネルギーを減少させる理論: 水素は表面エネルギーを必然的に減少させながら結合力を減少させ、またその逆も同様です。 水素は金属亀裂の内面に吸着され、表面エネルギーが低下し、亀裂の不安定性と伝播に必要な臨界応力が低下します。 塑性変形加工を考慮していないため、金属材料には適用できません。

(d) 包括的な水素誘起亀裂メカニズム: このメカニズムは、局所的な塑性変形を促進する水素の役割、原子結合力を低下させる水素の役割、および水素圧力を包括的に考慮します。

2、陽極溶解

陽極溶解理論 [7~9] では、陽極金属の継続的な溶解により SCC 亀裂の核生成と伝播が起こり、合金構造の破壊が生じると考えられています。 アルミニウム合金SCCの陽極溶解理論の要点は次のとおりです。：

(1) アノードチャネル理論：局所的なチャネルに沿って腐食が発生し、亀裂が発生します。 引張応力は流路に対して垂直であり、局所亀裂の先端に応力集中が発生する。 アルミニウム合金中の既存のアノードチャネルは、粒界析出相と基板電位の違いにより分離され、応力により亀裂が開き、新鮮な表面が露出します。 この場合、粒界に沿って腐食が加速します。

(2) 滑り溶解理論：アルミニウム合金の表面酸化皮膜には局所的な弱点があり、SCC が発生します。 応力の作用下で、合金マトリックスの一部が滑りに沿って移動し、滑り梯子を形成します。 表面皮膜が大きく、滑り梯子の形成に対応して変形できない場合、皮膜が破れて新しい表面が露出し、腐食性媒体と接触し、急速な陽極溶解が起こります。

(3) 皮膜破壊理論：腐食性媒体中の金属表面には、応力や活性イオンなどによって保護皮膜が形成されます。 露出した新しい表面と残りの表面フィルムは小さなアノードと大きなカソード腐食バッテリーを形成し、その結果、表面で新しいアノード溶解が発生します。

3. アノード溶解と水素誘起亀裂の共作用

陽極溶解と水素誘起亀裂は 2 つの異なる概念です。 純粋な陽極溶解は、陰極保護によって防ぐことができます。 水素誘起亀裂の場合、陰極分極により亀裂が促進される傾向があります。 一部のシステムは陽極溶解に基づいており、一部の水素誘起亀裂が主なシステムです。 アルミニウム合金のSCCはこの2つの過程が同時に起こることが多く、両者を明確に区別することは実は難しいのです。

ナジャールら。 [10] は、3% NaCl 溶液中での 7050 アルミニウム合金の SCC は、陽極溶解と水素誘起亀裂の複合効果の結果であることを発見しました。 最初は、合金の粒界にある粒子の電位差により、局所的にアノードが溶解し、不動態皮膜が破壊され、重大な欠陥が形成され、マイクロクラックが発生します。 粒界での局所的な陽極溶解の増加に伴い、還元性 H 原子がプロセスゾーンに拡散し、微細な特徴的な構造、亀裂先端応力および塑性ひずみと相互作用し、損傷を引き起こします。

上述のSCCメカニズムに加えて、研究者らは、主にSCC表面のマイグレーション理論、SCCの無転位領域理論、亀裂成長の半経験的モデルなど、他の観点からもSCCメカニズムを研究した。