金屬及其合金的在線亞洲日產一區二區: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(yang)極(ji)溶解機理
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(ji)理
近年來，應(ying)力腐蝕(shi)的(de)吸(xi)氫(qing)(qing)脆(cui)變理論研究取得(de)了較大(da)的(de)進(jin)展。該理論認為，由于腐蝕(shi)的(de)陰(yin)極反(fan)應(ying)產生(sheng)氫(qing)(qing)，氫(qing)(qing)原子(zi)擴散到裂縫尖端金屬內部(bu)(bu)，使這一區域變脆(cui)，在(zai)拉應(ying)力作用(yong)下脆(cui)斷。此理論幾乎一致的(de)意見是：在(zai)應(ying)力腐蝕(shi)破裂中(zhong)，氫(qing)(qing)起了重要的(de)作用(yong)。由于海(hai)(hai)洋結(jie)構(gou)用(yong)鋼(gang)在(zai)腐蝕(shi)很強的(de)海(hai)(hai)洋大(da)氣環境中(zhong)，在(zai)金屬表面容易發(fa)生(sheng)陰(yin)極析(xi)氫(qing)(qing)反(fan)應(ying)，造成氫(qing)(qing)在(zai)鋼(gang)鐵表面的(de)吸(xi)附及向內部(bu)(bu)的(de)擴散，使鋼(gang)鐵結(jie)構(gou)脆(cui)變；同時，在(zai)交變載荷作用(yong)下，鋼(gang)鐵結(jie)構(gou)很容易發(fa)生(sheng)由氫(qing)(qing)脆(cui)造成的(de)斷裂，危害(hai)巨大(da)，氫(qing)(qing)致開裂的(de)具體(ti)機理將(jiang)在(zai)以后重點介紹。
3. 表面膜(mo)破裂機(ji)理
在(zai)腐(fu)蝕介質中(zhong)，金(jin)屬(shu)(shu)表面(mian)(mian)形成(cheng)(cheng)具有保護能力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)表面(mian)(mian)膜(mo)(mo)，此(ci)膜(mo)(mo)在(zai)應(ying)力(li)(li)作用(yong)(yong)下引起破(po)壞或減弱，結果(guo)暴(bao)露出新鮮(xian)表面(mian)(mian)。此(ci)新鮮(xian)表面(mian)(mian)在(zai)電解質溶液中(zhong)成(cheng)(cheng)為陽極，它(ta)與陰(yin)極具有表面(mian)(mian)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)屬(shu)(shu)其余表面(mian)(mian)組成(cheng)(cheng)一個大(da)面(mian)(mian)積(ji)陰(yin)極和(he)小面(mian)(mian)積(ji)陽極的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕電池；陽極部位產生(sheng)坑蝕，進而萌(meng)生(sheng)裂紋。表面(mian)(mian)膜(mo)(mo)破(po)裂是由多種因素造成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)，如機械損傷。在(zai)應(ying)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)下表面(mian)(mian)膜(mo)(mo)的(de)(de)(de)(de)(de)破(po)壞可以用(yong)(yong)滑移(yi)階梯來解釋。金(jin)屬(shu)(shu)在(zai)應(ying)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)作用(yong)(yong)下產生(sheng)塑(su)性變形就(jiu)是金(jin)屬(shu)(shu)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)位錯(cuo)沿滑移(yi)面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)運動，結果(guo)在(zai)表面(mian)(mian)匯(hui)合(he)處(chu)出現滑移(yi)階梯，如果(guo)表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)保護膜(mo)(mo)不能隨著階梯發生(sheng)相應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)，表面(mian)(mian)膜(mo)(mo)就(jiu)要被破(po)壞。
4. 活性(xing)通道理論(lun)
活(huo)性(xing)(xing)通(tong)(tong)道(dao)理論是由迪(di)克斯、米爾(er)斯和(he)布朗等(deng)(deng)人(ren)最先(xian)(xian)提(ti)出(chu)的(de)(de)，他(ta)們認為，在(zai)(zai)發生應力腐(fu)蝕開裂的(de)(de)金(jin)屬或合金(jin)中(zhong)存在(zai)(zai)著一(yi)條(tiao)易于(yu)腐(fu)蝕、基本上是連(lian)續的(de)(de)通(tong)(tong)道(dao)，沿著這條(tiao)活(huo)性(xing)(xing)通(tong)(tong)道(dao)優先(xian)(xian)發生陽極溶解。活(huo)性(xing)(xing)通(tong)(tong)道(dao)可由以下一(yi)些不(bu)同的(de)(de)原因構(gou)成：①. 合金(jin)成分和(he)顯(xian)微結構(gou)上的(de)(de)差異，如多相合金(jin)和(he)晶(jing)界(jie)的(de)(de)析(xi)出(chu)物(wu)等(deng)(deng)；②. 溶質原子(zi)可能析(xi)出(chu)的(de)(de)高度無序晶(jing)界(jie)或亞晶(jing)界(jie)；③. 由于(yu)局部應力集中(zhong)及由此產生的(de)(de)應變(bian)引起的(de)(de)陽極晶(jing)界(jie)面(mian)(mian)；④. 由于(yu)應變(bian)引起表面(mian)(mian)膜(mo)的(de)(de)局部破裂；⑤. 由于(yu)塑性(xing)(xing)變(bian)形引起的(de)(de)陽極區等(deng)(deng)。在(zai)(zai)腐(fu)蝕環境中(zhong)，當活(huo)性(xing)(xing)通(tong)(tong)道(dao)與周圍的(de)(de)主體(ti)金(jin)屬建立起腐(fu)蝕電池時，電化學腐(fu)蝕就沿著這條(tiao)路線進(jin)行(xing)。
局(ju)部(bu)(bu)電化學溶(rong)解將形成(cheng)很窄的(de)裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)，而外(wai)加應力(li)使裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)頂端(duan)應力(li)集中(zhong)產生(sheng)局(ju)部(bu)(bu)塑性(xing)變(bian)形，然后(hou)引起(qi)(qi)表面膜(mo)撕裂(lie)(lie)(lie)。裸露的(de)金(jin)屬(shu)成(cheng)為(wei)新(xin)的(de)陽極(ji)，而裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)兩側仍有(you)表面膜(mo)保護，與金(jin)屬(shu)外(wai)表面共同(tong)起(qi)(qi)陰極(ji)作(zuo)用。電解液靠毛細管(guan)作(zuo)用滲人到(dao)(dao)(dao)裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)尖端(duan)，使其(qi)在高電流密度下發生(sheng)加速(su)(su)的(de)陽極(ji)活性(xing)溶(rong)解。隨著反應進行，裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)尖端(duan)的(de)電解質(zhi)發生(sheng)濃度變(bian)化，產生(sheng)極(ji)化作(zuo)用和(he)表面膜(mo)的(de)再生(sheng)，腐蝕(shi)速(su)(su)率迅速(su)(su)下降。重(zhong)復緩慢的(de)活性(xing)通(tong)道腐蝕(shi)，直到(dao)(dao)(dao)裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)尖端(duan)重(zhong)新(xin)建立(li)起(qi)(qi)足夠大(da)的(de)應力(li)集中(zhong)，再次引起(qi)(qi)變(bian)形和(he)裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)產生(sheng)。這個過程不(bu)斷(duan)重(zhong)復，直到(dao)(dao)(dao)裂(lie)(lie)(lie)縫(feng)(feng)深人到(dao)(dao)(dao)金(jin)屬(shu)內部(bu)(bu)，使金(jin)屬(shu)斷(duan)面減小到(dao)(dao)(dao)不(bu)足以承受載(zai)荷(he)斷(duan)裂(lie)(lie)(lie)。
活性(xing)(xing)通(tong)道(dao)(dao)假說強調了(le)應(ying)力(li)(li)作(zuo)用(yong)下表(biao)面(mian)膜的破裂(lie)與電化學活性(xing)(xing)溶解的聯合作(zuo)用(yong)。因此(ci)(ci)，這個理論提出了(le)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)開裂(lie)必須具備的兩(liang)個基(ji)本條件：一(yi)是合金中預先(xian)要存在(zai)一(yi)條對(dui)(dui)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)敏感的、多少(shao)帶有連續性(xing)(xing)的通(tong)道(dao)(dao)，這條通(tong)道(dao)(dao)在(zai)特定(ding)的環境介質中對(dui)(dui)于(yu)周圍組織是腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)電池的陽極；二是合金表(biao)面(mian)上要有足夠大的基(ji)本上是垂直(zhi)于(yu)通(tong)道(dao)(dao)的張應(ying)力(li)(li)，在(zai)該張應(ying)力(li)(li)作(zuo)用(yong)下裂(lie)縫尖端(duan)出現應(ying)力(li)(li)集中區，促使(shi)表(biao)面(mian)膜破裂(lie)。在(zai)平(ping)面(mian)排列的位錯(cuo)露頭處(chu)(chu)(chu)，或新形(xing)成的滑(hua)移臺階處(chu)(chu)(chu)，處(chu)(chu)(chu)于(yu)高(gao)應(ying)變狀態的金屬(shu)原子發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)擇優腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)，沿位錯(cuo)線向縱深發(fa)(fa)展，形(xing)成隧(sui)洞(dong)。在(zai)應(ying)力(li)(li)作(zuo)用(yong)下，隧(sui)洞(dong)間的金屬(shu)產生(sheng)(sheng)機械撕(si)裂(lie)。當機械撕(si)裂(lie)停止后，又重新開始隧(sui)道(dao)(dao)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)，此(ci)(ci)過(guo)程的反復發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)導致(zhi)裂(lie)紋的不斷(duan)擴展，直(zhi)到金屬(shu)不能承受(shou)載(zai)(zai)荷而發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)過(guo)載(zai)(zai)斷(duan)裂(lie)。此(ci)(ci)模型(xing)雖然有一(yi)定(ding)的實驗基(ji)礎(chu)，但(dan)屬(shu)于(yu)一(yi)種伴(ban)生(sheng)(sheng)現象，并非是應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的必要條件，不能成為(wei)應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)的主要機理。
5. 應力吸附開(kai)裂理(li)論
上述幾種理論(lun)都包含電化(hua)學過程(cheng)，但(dan)是(shi)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)過程(cheng)的(de)(de)(de)一些(xie)現象，如腐(fu)蝕(shi)介質的(de)(de)(de)選擇性(xing)(xing)、破(po)(po)裂(lie)(lie)臨界(jie)電位與(yu)腐(fu)蝕(shi)電位的(de)(de)(de)關系(xi)等，用電化(hua)學理論(lun)不(bu)(bu)能圓滿解(jie)(jie)釋(shi)。為此，尤(you)利格(ge)提出(chu)應(ying)力(li)吸附破(po)(po)裂(lie)(lie)理論(lun)。他認為，應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)開裂(lie)(lie)一般并不(bu)(bu)是(shi)由(you)(you)于金屬(shu)(shu)的(de)(de)(de)電化(hua)學溶解(jie)(jie)所引起的(de)(de)(de)，而是(shi)由(you)(you)于環境中某些(xie)破(po)(po)壞性(xing)(xing)組分對金屬(shu)(shu)內表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)吸附，削弱了金屬(shu)(shu)原子間的(de)(de)(de)結合力(li)，在(zai)拉應(ying)力(li)作用下(xia)引起破(po)(po)裂(lie)(lie)。這是(shi)一種純機(ji)(ji)械性(xing)(xing)破(po)(po)裂(lie)(lie)機(ji)(ji)理。此模(mo)型為純機(ji)(ji)械開裂(lie)(lie)模(mo)型，該模(mo)型得(de)到的(de)(de)(de)最大(da)支持(chi)是(shi)許多純金屬(shu)(shu)和(he)合金在(zai)液(ye)態金屬(shu)(shu)中的(de)(de)(de)脆(cui)斷。吸附使金屬(shu)(shu)表面(mian)(mian)能降低(di)，降低(di)得(de)越多，應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)敏感性(xing)(xing)越高，但(dan)有的(de)(de)(de)現象卻是(shi)相(xiang)反的(de)(de)(de)，缺乏廣泛(fan)的(de)(de)(de)實驗支持(chi)，在(zai)水介質的(de)(de)(de)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)理論(lun)中所占的(de)(de)(de)比例不(bu)(bu)大(da)。
6. 腐蝕產物楔入理論(lun)
腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)楔入理論是由N.Nielsen首先提出的(de)，他認(ren)為(wei)，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)沉(chen)積(ji)(ji)在裂紋(wen)尖端后(hou)(hou)面的(de)陰極區(qu)。這種腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)有(you)舌(she)狀、扇狀等。在未加應(ying)力(li)時，腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)雜亂分布(bu)；加應(ying)力(li)后(hou)(hou)，不僅(jin)使腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)沿(yan)晶體缺(que)陷，特別是沿(yan)位錯線(xian)排列(lie)，而且(qie)舌(she)狀、扇狀等也發展得更(geng)突(tu)出。腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)物(wu)(wu)(wu)(wu)的(de)沉(chen)積(ji)(ji)對裂紋(wen)起了(le)(le)(le)楔子作用，產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)了(le)(le)(le)應(ying)力(li)。當(dang)沉(chen)積(ji)(ji)物(wu)(wu)(wu)(wu)造成(cheng)的(de)應(ying)力(li)達(da)到臨(lin)界值后(hou)(hou)，裂紋(wen)向(xiang)前擴(kuo)展，新產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)裂紋(wen)內吸人(ren)了(le)(le)(le)電解質溶(rong)液，使得裂紋(wen)尖端陽極溶(rong)解繼續進行，這就產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)了(le)(le)(le)更(geng)多的(de)可溶(rong)性金屬離(li)子，這些離(li)子擴(kuo)散至陰極區(qu)并生(sheng)成(cheng)氧(yang)化物(wu)(wu)(wu)(wu)和(he)氫(qing)氧(yang)化物(wu)(wu)(wu)(wu)等沉(chen)積(ji)(ji)下來，因此(ci)而產(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)(chan)生(sheng)的(de)應(ying)力(li)又(you)引起裂紋(wen)向(xiang)前擴(kuo)展，如此(ci)反(fan)復，直至開裂。
7. 閉塞電池理論(lun)
閉塞電池理論(lun)（Occluded Cell Corrosion)認為，由于金屬表面某些選擇性(xing)腐蝕(shi)(shi)的(de)(de)結果，或者由于某些特殊(shu)的(de)(de)幾何形狀，使電解液(ye)中這(zhe)些部位的(de)(de)流(liu)動性(xing)受到(dao)限制，造(zao)成(cheng)這(zhe)些部位的(de)(de)液(ye)體(ti)化(hua)學成(cheng)分與整體(ti)化(hua)學成(cheng)分有很大差異，從而(er)降低了這(zhe)些部位的(de)(de)電位，加(jia)速該區域的(de)(de)局部腐蝕(shi)(shi)，形成(cheng)空洞，這(zhe)些空洞就是所謂(wei)的(de)(de)閉塞電池。閉塞電池內，陽極反(fan)應(ying)的(de)(de)結果使酸(suan)度增加(jia)，從而(er)加(jia)速了孔蝕(shi)(shi)的(de)(de)速率，在應(ying)力(li)的(de)(de)作用下(xia)孔蝕(shi)(shi)可擴展為裂紋(wen)。
8. 以(yi)機械開(kai)裂(lie)為主的兩段論
以機械(xie)開(kai)裂為主的(de)(de)兩段(duan)論(lun)認為：應力腐蝕首先由于(yu)電化學(xue)的(de)(de)腐蝕作(zuo)用形成裂紋(wen)源，然后在(zai)應力的(de)(de)作(zuo)用下迅(xun)速擴(kuo)展(zhan)(zhan)而(er)(er)開(kai)裂。當裂紋(wen)擴(kuo)展(zhan)(zhan)遇到析出物(wu)或不規則取向晶粒(li)時而(er)(er)停止，然后再進行電化學(xue)腐蝕，這樣交替進行，直至開(kai)裂。
9. 開(kai)裂(lie)三段論(lun)理論(lun)
左景伊(yi)提出開裂(lie)三階段理論(lun)，其(qi)要點是解(jie)釋所謂的特性離子作(zuo)用。這三個階段是：材料表(biao)面生成(cheng)鈍化膜或保護膜，全(quan)面腐(fu)蝕速(su)率比較低，使腐(fu)蝕只(zhi)發生在局(ju)部區域；保護膜局(ju)部破裂(lie)，形(xing)成(cheng)孔蝕或裂(lie)紋源(yuan)；縫(feng)內環境發生關鍵性的變化，裂(lie)縫(feng)向縱(zong)深(shen)發展，而(er)不是在表(biao)面徑(jing)向擴散。
