航空铝合金腐蚀疲劳机制与控制技术：深度解析与前沿展望

材料科学与工程 · 公众号 · · 2025-04-02 09:00

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图 1 航空铝合金的发展历程

腐蚀疲劳机制

腐蚀疲劳机制是本文的核心内容之一。研究指出，腐蚀疲劳过程分为裂纹萌生和裂纹扩展两个阶段。在裂纹萌生阶段，局部腐蚀理论、变形激活腐蚀理论、阳极滑移溶解理论和吸附理论是主要的裂纹萌生机理。例如，局部腐蚀理论认为，合金表面的腐蚀坑会成为裂纹的萌生源；而阳极滑移溶解理论则强调循环载荷引起的滑移台阶会导致表面钝化膜破裂，进而引发裂纹。在裂纹扩展阶段，应变诱导阳极溶解理论、氢脆理论和表面能降低理论是主要的扩展机制。这些理论揭示了腐蚀环境与循环载荷共同作用下，裂纹如何在铝合金中形成并扩展。

图 2 腐蚀疲劳机制示意图

影响腐蚀疲劳行为的因素

论文详细分析了影响航空铝合金腐蚀疲劳行为的多种因素，包括外部环境因素（如温度、介质类型）和内部微观结构因素（如晶粒尺寸、织构、析出相和残余应力）。例如，在不同温度下，铝合金的腐蚀疲劳性能表现出显著差异。低温环境下，腐蚀介质活性降低，合金的疲劳性能得到改善；而高温则加速了腐蚀过程，导致裂纹扩展速率增加。此外，合金的微观结构对其腐蚀疲劳性能也有重要影响。细晶粒尺寸和优化的织构可以提高合金的耐腐蚀性和疲劳强度，而析出相的分布和尺寸则直接影响裂纹的萌生和扩展路径。

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图 3 温度对铝合金腐蚀疲劳行为的影响

腐蚀疲劳表征与寿命预测模型

为了准确评估航空铝合金的腐蚀疲劳性能，论文介绍了三种主要的腐蚀疲劳表征方法：同步腐蚀疲劳试验、预腐蚀疲劳试验和交替腐蚀疲劳试验。这些方法通过模拟实际服役条件下的腐蚀和疲劳交互作用，为研究铝合金的腐蚀疲劳行为提供了有力工具。同时，论文还探讨了腐蚀疲劳寿命预测模型，包括基于损伤力学理论的模型和基于 Miner 理论的模型。这些模型能够根据合金的微观结构和服役环境，预测其腐蚀疲劳寿命，为航空装备的设计和维护提供了理论依据。