الحالة البحثية لنظرية التآكل الإجهادي لسبائك الألومنيوم

بعد أكثر من قرن من البحث، لا تزال هناك خلافات في الأوساط الأكاديمية حول الآلية التي تسبب سرطان الخلايا الحرشفية. الآليات المقبولة حاليا هي التكسير الناجم عن الهيدروجين والانحلال الأنودي.

1. التكسير الناجم عن الهيدروجين

منذ منتصف السبعينيات، أظهرت العديد من التجارب أن SCC لسبائك الألومنيوم عالية القوة من السلسلة 7 تنتمي إلى آلية التكسير المستحث بالهيدروجين. تعتقد النظرية أن: (1) يهاجر الهيدروجين إلى حدود الحبوب من خلال الاضطرابات ويتراكم بالقرب من المرحلة المترسبة، مما يقلل بشكل كبير من قوة الترابط بين حدود الحبوب، ويضعف حدود الحبوب، ويسبب كسرًا بين الحبيبات؛ (2) بسبب تراكم الهيدروجين في الكراك، فإن ضغط الهيدروجين المتشكل يعزز كسر السبيكة؛ (3) يعزز الهيدروجين تشوه السبيكة ويسبب الكسر؛ (4) يعزز الهيدريد المتكون كسر السبيكة. آلية التكسير المستحث بالهيدروجين المقترحة حاليًا لها النظريات التالية بشكل أساسي:

(أ) نظرية ضغط الهيدروجين: عندما يكون هناك H مفرط التشبع في المعدن، فإنه سوف يتحد في H2 عند عيوب مجهرية مختلفة. إنه تفاعل لا رجعة فيه في درجة حرارة الغرفة، أي أن H2 لن يتحلل بعد الآن إلى H. ومع الخلل، H2 ومع زيادة التركيز، يزداد ضغط الهيدروجين أيضًا. عندما يكون ضغط الهيدروجين أكبر من قوة الخضوع، سيحدث تشوه بلاستيكي محلي، مما يؤدي إلى تضخم السطح وتشكيل فقاعات الهيدروجين.

(ب) نظرية الرابطة الضعيفة: الهيدروجين الموجود في المعدن يقلل من قوة الترابط للرابطة الذرية. عندما يكون تركيز الإجهاد المحلي مساويًا لقوة الترابط للرابطة الذرية، تنكسر الرابطة الذرية وتتشكل شقوق صغيرة.

(ج) الهيدروجين يقلل من نظرية الطاقة السطحية: الهيدروجين يقلل من قوة الترابط بينما يقلل حتما من الطاقة السطحية، والعكس صحيح. يتم امتصاص الهيدروجين على السطح الداخلي للشق المعدني، مما يقلل من الطاقة السطحية، مما يؤدي إلى الضغط الحرج المطلوب لعدم الاستقرار وانتشار تراجع الشق. وبما أنه لا يتم أخذ أعمال التشوه البلاستيكية في الاعتبار، فإنها لا تنطبق على المواد المعدنية.

(د) آلية التكسير الشاملة المستحثة بالهيدروجين: تدرس هذه الآلية بشكل شامل دور الهيدروجين في تعزيز تشوه البلاستيك المحلي، ودور الهيدروجين في تقليل قوة الترابط الذري، وضغط الهيدروجين.

2، ذوبان الأنود

تعتقد نظرية الذوبان الأنودي [7 ~ 9] أن الذوبان المستمر لمعدن الأنود يؤدي إلى نواة وانتشار شقوق SCC، مما يؤدي إلى كسر هيكل السبائك. النقاط الرئيسية لنظرية الذوبان الأنودي لسبائك الألومنيوم SCC هي كما يلي:

(1) نظرية قناة الأنود: يحدث التآكل على طول القناة المحلية وتتولد الشقوق. يكون إجهاد الشد عموديًا على القناة، ويتولد تركيز الإجهاد عند طرف الشق المحلي. يتم فصل قناة الأنود الموجودة مسبقًا في سبائك الألومنيوم عن المرحلة المترسبة لحدود الحبوب وإمكانات الركيزة. ويحدث الاختلاف بسبب الاختلاف، ويؤدي الضغط إلى فتح الكراك وكشف السطح الجديد. في هذه الحالة، يتسارع التآكل على طول حدود الحبوب.

(2) نظرية ذوبان الانزلاق: توجد نقاط ضعف محلية في طبقة الأكسيد السطحية لسبائك الألومنيوم حيث يحدث SCC. تحت تأثير الضغط، سيتحرك جزء من مصفوفة السبائك على طول الانزلاق ويشكل سلمًا منزلقًا. عندما يكون الغشاء السطحي كبيرًا ولا يمكن أن يتشوه بشكل متوافق مع تكوين السلم المنزلق، سوف يتمزق الفيلم ويكشف السطح الجديد، ويتصل بالوسائط المسببة للتآكل، ويحدث انحلال أنودي سريع.

(3) نظرية تمزق الفيلم: هناك طبقة واقية على سطح المعدن في الوسط المتآكل، والتي تنتج عن الإجهاد أو الأيونات النشطة. يشكل السطح الطازج المكشوف والفيلم السطحي المتبقي أنودًا صغيرًا وبطارية تآكل كاثود كبيرة، مما يؤدي إلى حدوث انحلال أنودي جديد على السطح.

3. العمل المشترك لحل الأنود والتكسير الناجم عن الهيدروجين

إن الذوبان الأنوديك والتكسير الناجم عن الهيدروجين مفهومان مختلفان. يمكن منع الذوبان الأنودي النقي عن طريق الحماية الكاثودية. بالنسبة للتشقق الناتج عن الهيدروجين، يميل الاستقطاب الكاثودي إلى تعزيز التشقق. تعتمد بعض الأنظمة على الذوبان الأنودي، وبعض التكسير الناتج عن الهيدروجين هو النظام الرئيسي. غالبًا ما تتضمن SCC لسبائك الألومنيوم هاتين العمليتين في نفس الوقت، ومن الصعب في الواقع التمييز بوضوح بين هاتين الظاهرتين.

النجار وآخرون. [10] وجد أن SCC لسبائك الألومنيوم 7050 في محلول كلوريد الصوديوم بنسبة 3٪ هو نتيجة للتأثير المشترك للذوبان الأنوديك والتكسير الناجم عن الهيدروجين. في البداية، بسبب الاختلاف المحتمل بين الجزيئات عند الحدود الحبيبية للسبيكة، يذوب الأنود الموضعي، مما يتسبب في تمزق فيلم التخميل، وتشكيل عيوب خطيرة، وبدء الشقوق الصغيرة. مع زيادة الذوبان الأنوديك المحلي عند حدود الحبوب، ينتشر تقليل ذرات H في منطقة العملية وتتفاعل مع البنية المميزة المجهرية، وإجهاد طرف الكراك والإجهاد البلاستيكي، مما يسبب الضرر.

بالإضافة إلى آلية SCC المذكورة أعلاه، درس الباحثون أيضًا آلية SCC من وجهات نظر أخرى، بما في ذلك بشكل أساسي نظرية هجرة سطح SCC، ونظرية المنطقة الخالية من التفكك في SCC، والنموذج شبه التجريبي لنمو الشقوق.