腐蚀裂缝尖端,裂纹表面和开裂进行区的化学过程仍未被人们所知。尽管有大量的实验严格定义了裂缝尖端溶液的化学成分和电化学条件,但是对于腐蚀开裂机理仍然有很大的研究空间,包括缺乏对于裂缝尖端的钝化膜层机理的理解,对于应变引起裸露金属的研究以及钝化膜层一旦破裂暴露的溶解速率的计算。以下图为例。
环境应力腐蚀开裂局部放大图: 机械应力作用下试样的生物应力开裂
内部绝缘起搏器电极线的金属离子氧化。注意外部聚合物线圈变化
来源:由美敦力公司
另外,在很多合金体系中,仍然不能预测或者估计合金元素造成氢脆的原因。其中浮现出的大量氢脆模型只能简单地预测材料行为,或用限定的实验来校正损伤系数。这就又为我们提供了一个研究机会。至于应力腐蚀开裂中的热温度变化也不能被人们所预测。
因此,我们缺少大量的模型或者是基本知识来指导设计用于极端环境下使用的高性能工程合金。这类合金需要很好的断裂韧性和缓慢的裂纹生长速率。最后,不同于水溶液中的反应已经被研究透彻记录归档,高温开裂反应活性效果仍然值得我们作进一步的研究。举例来说,高温腐蚀过程会优先在晶界处进行反应,然后将其他微观结构特征作为开裂和失效的路径。我们对于氧和其他元素在高温裂缝生长中的作用具有很大的兴趣,但是研究得很少。
在这方面,Woodford等人以镍基合金为对象做了开创性的工作[1].他们研究比较了在裂缝尖端处钝化性和膜层破损的问题,但是他们并没有做很具体的研究工作,只是对比了已经完成的水溶液条件下的实验条件。因此他们对于进一步的研究给予了一个清晰的领域,那就是可以把具有潜在性灾难后果的裂缝,具有重要作用的应力,已经发表的相关科学文献以及先进的模拟计算模型和试验技术来研究高温腐蚀开裂现象。
[1] D.A.Woodford,镍基超合金的气相脆化及其随时间变化的开裂,能源材料1:59-79,2006