金屬及其合金的亞洲歐美色綜合一區二區在線:應力腐蝕開裂已被廣泛研究，研究應力腐蝕的最基本問題是探索裂紋起源、擴展的原因和過程。目前，已經在研究裂紋尖端化學和電化學狀態、應力強度與裂紋擴展速率的關系、氫在裂紋擴展中的地位、應力和應變速率的作用等方面取得了很大進展。已經提出的應力腐蝕開裂機理有陽極溶解型機理和氫致開裂型機理兩大類。在這兩類機理的基礎上又發展了表面膜破裂理論、活性通道理論、應力吸附開裂理論、腐蝕產物楔人理論、閉塞電池理論、以機械開裂為主的兩段論及開裂三階段理論等。應力腐蝕是一個非常復雜的問題，裂紋只是其形式的一種，造成裂紋的原因和裂紋進展過程在不同條件下也不同，所以很多時候不能只用一種理論來解釋。以下將簡要介紹應力腐蝕的相關機理。
1. 陽極溶解機理(li)
陽極溶解理論是由T.P.Hoar和 J.G.Hines提出的。本理論認為，在應力和腐蝕的聯合作用下，局部位置上產生了微裂紋。這時金屬的整個表面是陰極區，裂紋的側面和尖端組成了陽極區，產生了大陰極、小陽極的電化學腐蝕。應力腐蝕是由裂紋尖端的快速陽極溶解所引起的，裂紋的側面由于有表面膜等，使得側面方向上的溶解受到了抑制，從而比裂紋尖端處的溶解速率要小得多，這就保證裂紋能像剪刀似地向前擴展。這種理論最適用于自鈍化金屬。由于裂紋兩側受到鈍化膜保護，更顯示出裂紋尖端的快速溶解，隨著裂紋向前推進，裂紋兩側的金屬將重新發生鈍(dun)化（即再鈍化），因此這種理論與膜的再鈍化過程有密切聯系。如果再鈍化太快，就不會產生裂縫的進一步腐蝕；如果再鈍化太慢，裂縫尖部將變圓而形成活性較低的蝕孔。只有當裂縫中鈍化膜破裂和再鈍化過程處于某種同步條件下才能使裂紋向縱深發展，可以設想有一個使裂縫進展狹小的再鈍化時間的范圍。陽極溶解理論是傳統的應力腐蝕機理，關于它的研究比較多。
2. 氫致開裂機理
近年(nian)來，應(ying)力(li)腐蝕(shi)的(de)(de)吸氫(qing)(qing)脆變理論研究取得了(le)較大的(de)(de)進展。該理論認(ren)為(wei)，由于腐蝕(shi)的(de)(de)陰極(ji)反(fan)應(ying)產(chan)生氫(qing)(qing)，氫(qing)(qing)原子擴散到裂縫尖(jian)端金屬內部(bu)，使(shi)這一(yi)區域變脆，在拉應(ying)力(li)作(zuo)用下脆斷。此理論幾乎一(yi)致的(de)(de)意見(jian)是：在應(ying)力(li)腐蝕(shi)破裂中，氫(qing)(qing)起了(le)重要的(de)(de)作(zuo)用。由于海洋(yang)(yang)結(jie)構(gou)用鋼(gang)(gang)在腐蝕(shi)很(hen)強(qiang)的(de)(de)海洋(yang)(yang)大氣環(huan)境中，在金屬表(biao)(biao)面(mian)容(rong)易(yi)發生陰極(ji)析氫(qing)(qing)反(fan)應(ying)，造成(cheng)(cheng)氫(qing)(qing)在鋼(gang)(gang)鐵(tie)表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)吸附及向內部(bu)的(de)(de)擴散，使(shi)鋼(gang)(gang)鐵(tie)結(jie)構(gou)脆變；同(tong)時，在交變載荷(he)作(zuo)用下，鋼(gang)(gang)鐵(tie)結(jie)構(gou)很(hen)容(rong)易(yi)發生由氫(qing)(qing)脆造成(cheng)(cheng)的(de)(de)斷裂，危(wei)害巨大，氫(qing)(qing)致開裂的(de)(de)具體機(ji)理將在以后(hou)重點介(jie)紹。
3. 表面膜破裂機理
在(zai)腐(fu)蝕(shi)(shi)介(jie)質中(zhong)，金(jin)(jin)屬表(biao)(biao)面形(xing)成(cheng)具有保護能(neng)力(li)的(de)(de)表(biao)(biao)面膜(mo)，此(ci)(ci)膜(mo)在(zai)應(ying)力(li)作用(yong)(yong)下(xia)(xia)引(yin)起破壞(huai)(huai)(huai)或減弱，結果暴露出(chu)新(xin)鮮表(biao)(biao)面。此(ci)(ci)新(xin)鮮表(biao)(biao)面在(zai)電解(jie)(jie)質溶液中(zhong)成(cheng)為(wei)陽極(ji)，它與陰極(ji)具有表(biao)(biao)面膜(mo)的(de)(de)金(jin)(jin)屬其余表(biao)(biao)面組成(cheng)一個大面積陰極(ji)和小面積陽極(ji)的(de)(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)電池；陽極(ji)部位(wei)產生(sheng)坑蝕(shi)(shi)，進而萌生(sheng)裂紋。表(biao)(biao)面膜(mo)破裂是由(you)多種因素造(zao)成(cheng)的(de)(de)，如機械損傷。在(zai)應(ying)力(li)的(de)(de)作用(yong)(yong)下(xia)(xia)表(biao)(biao)面膜(mo)的(de)(de)破壞(huai)(huai)(huai)可(ke)以用(yong)(yong)滑(hua)移(yi)階梯來(lai)解(jie)(jie)釋。金(jin)(jin)屬在(zai)應(ying)力(li)的(de)(de)作用(yong)(yong)下(xia)(xia)產生(sheng)塑性變形(xing)就是金(jin)(jin)屬中(zhong)的(de)(de)位(wei)錯沿滑(hua)移(yi)面的(de)(de)運動，結果在(zai)表(biao)(biao)面匯合處(chu)出(chu)現滑(hua)移(yi)階梯，如果表(biao)(biao)面的(de)(de)保護膜(mo)不能(neng)隨(sui)著階梯發(fa)生(sheng)相應(ying)的(de)(de)變化，表(biao)(biao)面膜(mo)就要被破壞(huai)(huai)(huai)。
4. 活性(xing)通道(dao)理論
活(huo)性(xing)(xing)通(tong)(tong)道(dao)理論(lun)是(shi)由迪克斯(si)、米爾斯(si)和(he)布朗等(deng)(deng)人最先提出(chu)的(de)，他們認(ren)為，在(zai)(zai)發生應力腐(fu)蝕開(kai)裂(lie)的(de)金(jin)屬(shu)(shu)或合(he)金(jin)中存在(zai)(zai)著(zhu)一條(tiao)易于腐(fu)蝕、基本上(shang)是(shi)連續的(de)通(tong)(tong)道(dao)，沿著(zhu)這條(tiao)活(huo)性(xing)(xing)通(tong)(tong)道(dao)優先發生陽(yang)極(ji)溶(rong)解。活(huo)性(xing)(xing)通(tong)(tong)道(dao)可由以下一些不同的(de)原因(yin)構成(cheng)(cheng)：①. 合(he)金(jin)成(cheng)(cheng)分(fen)和(he)顯微結構上(shang)的(de)差異，如多(duo)相(xiang)合(he)金(jin)和(he)晶(jing)(jing)界的(de)析出(chu)物等(deng)(deng)；②. 溶(rong)質原子可能析出(chu)的(de)高度無序晶(jing)(jing)界或亞晶(jing)(jing)界；③. 由于局部應力集中及由此產生的(de)應變引起(qi)的(de)陽(yang)極(ji)晶(jing)(jing)界面；④. 由于應變引起(qi)表面膜的(de)局部破(po)裂(lie)；⑤. 由于塑性(xing)(xing)變形引起(qi)的(de)陽(yang)極(ji)區等(deng)(deng)。在(zai)(zai)腐(fu)蝕環境中，當活(huo)性(xing)(xing)通(tong)(tong)道(dao)與周圍(wei)的(de)主體金(jin)屬(shu)(shu)建立起(qi)腐(fu)蝕電(dian)池時，電(dian)化學腐(fu)蝕就沿著(zhu)這條(tiao)路線進(jin)行。
局部(bu)電化學溶(rong)解將形成(cheng)很(hen)窄的(de)裂縫，而外加應力使裂縫頂端應力集(ji)中產生(sheng)(sheng)局部(bu)塑性變(bian)形，然(ran)后(hou)引(yin)起(qi)(qi)表(biao)面(mian)膜(mo)撕(si)裂。裸(luo)露的(de)金(jin)屬成(cheng)為新(xin)(xin)的(de)陽極(ji)，而裂縫兩(liang)側仍有(you)表(biao)面(mian)膜(mo)保護，與金(jin)屬外表(biao)面(mian)共(gong)同(tong)起(qi)(qi)陰極(ji)作(zuo)用。電解液靠毛細管作(zuo)用滲人(ren)到裂縫尖端，使其在高電流(liu)密(mi)度下發生(sheng)(sheng)加速(su)的(de)陽極(ji)活性溶(rong)解。隨(sui)著反應進行，裂縫尖端的(de)電解質發生(sheng)(sheng)濃度變(bian)化，產生(sheng)(sheng)極(ji)化作(zuo)用和表(biao)面(mian)膜(mo)的(de)再生(sheng)(sheng)，腐(fu)蝕(shi)(shi)速(su)率(lv)迅速(su)下降。重復緩(huan)慢的(de)活性通道腐(fu)蝕(shi)(shi)，直到裂縫尖端重新(xin)(xin)建立起(qi)(qi)足夠大的(de)應力集(ji)中，再次(ci)引(yin)起(qi)(qi)變(bian)形和裂縫產生(sheng)(sheng)。這個過程不斷重復，直到裂縫深(shen)人(ren)到金(jin)屬內部(bu)，使金(jin)屬斷面(mian)減小到不足以承受(shou)載荷斷裂。
活(huo)(huo)性(xing)通道(dao)(dao)假(jia)說強調了應(ying)力(li)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)下表面膜的(de)(de)破(po)裂(lie)(lie)與電(dian)化學活(huo)(huo)性(xing)溶解的(de)(de)聯合作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。因此，這個理論提出了發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)開裂(lie)(lie)必須具備的(de)(de)兩個基(ji)本條件：一(yi)是合金(jin)(jin)中(zhong)預(yu)先要(yao)存在(zai)(zai)一(yi)條對腐(fu)蝕(shi)敏(min)感的(de)(de)、多少(shao)帶有連續性(xing)的(de)(de)通道(dao)(dao)，這條通道(dao)(dao)在(zai)(zai)特定的(de)(de)環境(jing)介質中(zhong)對于周圍(wei)組織是腐(fu)蝕(shi)電(dian)池的(de)(de)陽(yang)極；二是合金(jin)(jin)表面上要(yao)有足(zu)夠大(da)的(de)(de)基(ji)本上是垂直(zhi)于通道(dao)(dao)的(de)(de)張(zhang)應(ying)力(li)，在(zai)(zai)該張(zhang)應(ying)力(li)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)下裂(lie)(lie)縫(feng)尖端(duan)出現(xian)應(ying)力(li)集中(zhong)區，促使表面膜破(po)裂(lie)(lie)。在(zai)(zai)平面排列的(de)(de)位錯露頭處，或(huo)新(xin)形(xing)成(cheng)(cheng)的(de)(de)滑移臺階處，處于高(gao)應(ying)變狀態的(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)原子發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)擇(ze)優(you)腐(fu)蝕(shi)，沿位錯線(xian)向縱深發(fa)展(zhan)，形(xing)成(cheng)(cheng)隧(sui)洞(dong)。在(zai)(zai)應(ying)力(li)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)下，隧(sui)洞(dong)間(jian)的(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)產生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)機械撕裂(lie)(lie)。當機械撕裂(lie)(lie)停止后，又重新(xin)開始(shi)隧(sui)道(dao)(dao)腐(fu)蝕(shi)，此過程(cheng)的(de)(de)反復發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)導致裂(lie)(lie)紋的(de)(de)不斷(duan)擴展(zhan)，直(zhi)到金(jin)(jin)屬(shu)不能(neng)承受載(zai)荷而(er)發(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)過載(zai)斷(duan)裂(lie)(lie)。此模型雖然有一(yi)定的(de)(de)實驗基(ji)礎，但屬(shu)于一(yi)種伴(ban)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)現(xian)象(xiang)，并非(fei)是應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)必要(yao)條件，不能(neng)成(cheng)(cheng)為(wei)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)主要(yao)機理。
5. 應力吸附(fu)開裂理論
上述幾種理(li)(li)(li)論都包含電(dian)化學過程(cheng)(cheng)，但是(shi)(shi)應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)過程(cheng)(cheng)的(de)(de)一些(xie)現(xian)象，如腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)介質(zhi)的(de)(de)選擇性、破(po)裂(lie)臨界電(dian)位與腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)電(dian)位的(de)(de)關系等(deng)，用(yong)電(dian)化學理(li)(li)(li)論不能圓滿解(jie)釋。為(wei)(wei)此，尤利格提出(chu)應(ying)力(li)(li)(li)吸附破(po)裂(lie)理(li)(li)(li)論。他認為(wei)(wei)，應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)開裂(lie)一般并不是(shi)(shi)由于(yu)金(jin)(jin)屬的(de)(de)電(dian)化學溶解(jie)所引起(qi)的(de)(de)，而是(shi)(shi)由于(yu)環境中(zhong)(zhong)某些(xie)破(po)壞性組(zu)分對金(jin)(jin)屬內表面的(de)(de)吸附，削(xue)弱了(le)金(jin)(jin)屬原子間的(de)(de)結(jie)合力(li)(li)(li)，在(zai)拉應(ying)力(li)(li)(li)作用(yong)下引起(qi)破(po)裂(lie)。這是(shi)(shi)一種純(chun)機械性破(po)裂(lie)機理(li)(li)(li)。此模型為(wei)(wei)純(chun)機械開裂(lie)模型，該模型得(de)到的(de)(de)最大(da)支(zhi)持是(shi)(shi)許多純(chun)金(jin)(jin)屬和(he)合金(jin)(jin)在(zai)液態金(jin)(jin)屬中(zhong)(zhong)的(de)(de)脆(cui)斷(duan)。吸附使金(jin)(jin)屬表面能降(jiang)低，降(jiang)低得(de)越多，應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)敏(min)感性越高(gao)，但有的(de)(de)現(xian)象卻是(shi)(shi)相(xiang)反的(de)(de)，缺乏廣泛的(de)(de)實驗支(zhi)持，在(zai)水介質(zhi)的(de)(de)應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)理(li)(li)(li)論中(zhong)(zhong)所占的(de)(de)比例不大(da)。
6. 腐蝕產物楔入理(li)論
腐蝕(shi)產(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)楔入(ru)理論是由N.Nielsen首先提出(chu)的(de)(de)，他認為，腐蝕(shi)產(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)沉(chen)(chen)積(ji)在(zai)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)尖(jian)端(duan)后(hou)面的(de)(de)陰極區。這(zhe)種腐蝕(shi)產(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)有舌(she)狀、扇(shan)狀等(deng)。在(zai)未加應力時，腐蝕(shi)產(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)雜亂(luan)分布；加應力后(hou)，不僅使腐蝕(shi)產(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)沿(yan)晶體缺(que)陷，特別(bie)是沿(yan)位錯(cuo)線排(pai)列，而且舌(she)狀、扇(shan)狀等(deng)也發展(zhan)得(de)更(geng)突出(chu)。腐蝕(shi)產(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)的(de)(de)沉(chen)(chen)積(ji)對裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)起了(le)楔子(zi)作(zuo)用，產(chan)(chan)(chan)生(sheng)了(le)應力。當(dang)沉(chen)(chen)積(ji)物(wu)(wu)(wu)造成(cheng)的(de)(de)應力達(da)到臨(lin)界值后(hou)，裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)向前擴展(zhan)，新產(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)內吸(xi)人了(le)電解(jie)質溶液(ye)，使得(de)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)尖(jian)端(duan)陽極溶解(jie)繼續進(jin)行(xing)，這(zhe)就產(chan)(chan)(chan)生(sheng)了(le)更(geng)多(duo)的(de)(de)可(ke)溶性金屬離子(zi)，這(zhe)些(xie)離子(zi)擴散至(zhi)(zhi)陰極區并生(sheng)成(cheng)氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)(wu)(wu)和(he)氫氧(yang)(yang)化(hua)物(wu)(wu)(wu)等(deng)沉(chen)(chen)積(ji)下(xia)來，因此而產(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)應力又引(yin)起裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)向前擴展(zhan)，如(ru)此反復，直至(zhi)(zhi)開裂(lie)(lie)。
7. 閉(bi)塞電池理(li)論
閉(bi)塞(sai)電池理(li)論（Occluded Cell Corrosion)認為(wei)，由于金屬表(biao)面某些(xie)選擇(ze)性(xing)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)結果，或者由于某些(xie)特殊(shu)的(de)(de)(de)幾(ji)何形(xing)狀，使(shi)電解液中(zhong)這些(xie)部(bu)位(wei)的(de)(de)(de)流(liu)動性(xing)受(shou)到限制，造成這些(xie)部(bu)位(wei)的(de)(de)(de)液體化學成分與整體化學成分有很大差(cha)異(yi)，從而降低了這些(xie)部(bu)位(wei)的(de)(de)(de)電位(wei)，加速該(gai)區域的(de)(de)(de)局部(bu)腐蝕(shi)(shi)，形(xing)成空(kong)洞，這些(xie)空(kong)洞就(jiu)是所謂的(de)(de)(de)閉(bi)塞(sai)電池。閉(bi)塞(sai)電池內，陽極反(fan)應(ying)的(de)(de)(de)結果使(shi)酸度增加，從而加速了孔(kong)蝕(shi)(shi)的(de)(de)(de)速率，在應(ying)力的(de)(de)(de)作(zuo)用下孔(kong)蝕(shi)(shi)可(ke)擴展(zhan)為(wei)裂(lie)紋。
8. 以機械開(kai)裂(lie)為主的兩(liang)段論
以機(ji)械開(kai)裂(lie)為主的(de)兩段論認(ren)為：應力(li)腐蝕首先由于電(dian)化(hua)學(xue)的(de)腐蝕作用形(xing)成(cheng)裂(lie)紋源，然后在應力(li)的(de)作用下迅速擴展而(er)開(kai)裂(lie)。當裂(lie)紋擴展遇到析出物或不(bu)規則取向晶粒時而(er)停止，然后再進(jin)行電(dian)化(hua)學(xue)腐蝕，這樣交(jiao)替進(jin)行，直至開(kai)裂(lie)。
9. 開裂(lie)三段(duan)論理論
左景(jing)伊(yi)提出開裂(lie)(lie)三階段理論，其要點是解釋(shi)所謂的特性離(li)子作用。這三個(ge)階段是：材料表(biao)面(mian)(mian)生成鈍化膜或保護(hu)(hu)膜，全(quan)面(mian)(mian)腐蝕(shi)速率(lv)比(bi)較低，使腐蝕(shi)只(zhi)發(fa)生在局部區(qu)域；保護(hu)(hu)膜局部破裂(lie)(lie)，形成孔蝕(shi)或裂(lie)(lie)紋源；縫內(nei)環境(jing)發(fa)生關鍵性的變化，裂(lie)(lie)縫向縱深發(fa)展，而不(bu)是在表(biao)面(mian)(mian)徑向擴散(san)。
