● 摘要
本课题以国家重点基础研究发展规划项目《材料的环境行为与失效机理》为背景，在对国家自然环境腐蚀数据库中的数据进行总结归纳的基础上，重点从热力学、动力学机理的角度对自然环境腐蚀数据是否存在力学化学效应，即研究无应力条件下自然环境下的腐蚀数据那些能应用到有应力的情况下，那些情况下的数据能修正后应用，那些情况下不能应用等问题进行了实验研究和理论探讨。本论文中主要的研究进展和创新点如下：1、在弹性范围内，LY12CZ铝合金的自腐蚀电位、保护电位和破裂电位等热力学参数均随外加应力的增加近似呈线性递减，其电化学阻抗谱中极化电阻有显著的降低。这说明外加应力对金属自腐蚀热力学参数有比较显著的影响，外加应力增加了金属自腐蚀的热力学可能性。但外加应力对自腐蚀速率的影响则是腐蚀热力学和动力学综合作用的结果，外加应力对自腐蚀速率影响一般取决于腐蚀动力学的控制过程。2、实验分析表明金属材料在自然环境下的腐蚀控制步骤是原子（或离子）扩散受覆盖金属表面的腐蚀产物膜控制时，外加应力不改变碳钢、低合金钢及铝合金在自然环境下均匀腐蚀速率与时间的幂函数规律，即dv/dt=Atn，n值随应力的增加变化较小，A值随应力呈指数关系增大，这说明外加应力只影响其初始的均匀腐蚀速率。因此可以认为无应力条件下的碳钢、低合金钢和铝合金的自然腐蚀数据可以在对A值进行修正后推广到有应力条件下使用。3、对外加应力作用下的LY12CZ铝合金点蚀行为的影响研究发现在tafel极化曲线上存在两个不同的破裂电位：一个破裂电位在-720mv左右，对应S相的溶解；一个破裂电位为-620mv，对应基体表面膜层的破裂。并且发现这两个破裂电位随外加应力的增加呈近似线性降低趋势，这一事实进一步证明外加应力增加金属自然环境下腐蚀的热力学可能性，随外加应力增加金属的点蚀萌生时间将明显缩短。由于外加应力对电解液中离子的扩散过程影响较小，对在扩散控制下点蚀速度影响不明显，因此从总体上看对点蚀模式的无应力条件下符合幂函数规律的自然环境腐蚀数据可以粗略的扩展到有应力的条件下使用。4、 腐蚀的阳极反应受浓差极化控制的情况下，外加应力作用效果比较明显，而对受阴极浓差极化控制时，外加应力对腐蚀电流则没有明显的影响，因此，对无应力条件下的腐蚀模式为电化学腐蚀过程时获得的腐蚀数据推广到外加应力条件下使用时，应根据其电化学腐蚀的应变电极的控制机制不同采取不同的处理方法来进行推广应用。5、从原理提出有应力腐蚀倾向的腐蚀系统在无应力条件下获得的腐蚀数据，不能推广到有应力条件下使用；但只要外加应力和内应力引起的应力强度因子K1值之和大于材料在该腐蚀系统的K1SCC(当K1≤K1C或KC时),外加应力的大小不再影响其应力腐蚀速率，因此，小应力条件下的应力腐蚀数据可以推广到大应力条件下使用。