在航空航天領域，材料的性能與可靠性直接關系到飛行安全與裝備壽命。近期，一篇題為《Corrosion fatigue mechanisms and control technologies in aviation aluminum alloys: A critical review》的學術論文，深入探討了航空鋁合金的腐蝕疲勞（CF）機制及其控制技術，為相關研究與應用提供了極具價值的參考。

研究背景

航空鋁合金因其高比強度、優異的耐腐蝕性和良好的成形性，被廣泛應用于航空航天工業，如Al-Cu、Al-Zn-Mg-(Cu)和Al-Li系列合金。然而，這些合金在服役過程中易受循環載荷和腐蝕環境的雙重影響，導致腐蝕疲勞問題頻發，嚴重威脅飛行安全。因此，深入研究航空鋁合金的腐蝕疲勞機制及控制技術，對于提升航空裝備的可靠性和使用壽命具有重大意義。

航空鋁合金的發展歷程

論文首先回顧了航空鋁合金的發展歷程。自20世紀初“時效硬化”技術被發現以來，航空鋁合金經歷了從Al-Cu系列到Al-Zn-Mg-(Cu)系列，再到Al-Li系列的演變。通過不斷優化合金成分和熱處理工藝，鋁合金的強度、韌性和耐腐蝕性得到了顯著提升。例如，2024鋁合金因其高強度被廣泛應用于機身、機翼等關鍵結構部件；而7075鋁合金則以其優異的強度和耐腐蝕性成為航空航天領域的常用材料。

圖1 航空鋁合金的發展歷程

腐蝕疲勞機制

腐蝕疲勞機制是本文的核心內容之一。研究指出，腐蝕疲勞過程分為裂紋萌生和裂紋擴展兩個階段。在裂紋萌生階段，局部腐蝕理論、變形激活腐蝕理論、陽極滑移溶解理論和吸附理論是主要的裂紋萌生機理。例如，局部腐蝕理論認為，合金表面的腐蝕坑會成為裂紋的萌生源；而陽極滑移溶解理論則強調循環載荷引起的滑移臺階會導致表面鈍化膜破裂，進而引發裂紋。在裂紋擴展階段，應變誘導陽極溶解理論、氫脆理論和表面能降低理論是主要的擴展機制。這些理論揭示了腐蝕環境與循環載荷共同作用下，裂紋如何在鋁合金中形成并擴展。

圖2 腐蝕疲勞機制示意圖

影響腐蝕疲勞行為的因素

論文詳細分析了影響航空鋁合金腐蝕疲勞行為的多種因素，包括外部環境因素（如溫度、介質類型）和內部微觀結構因素（如晶粒尺寸、織構、析出相和殘余應力）。例如，在不同溫度下，鋁合金的腐蝕疲勞性能表現出顯著差異。低溫環境下，腐蝕介質活性降低，合金的疲勞性能得到改善；而高溫則加速了腐蝕過程，導致裂紋擴展速率增加。此外，合金的微觀結構對其腐蝕疲勞性能也有重要影響。細晶粒尺寸和優化的織構可以提高合金的耐腐蝕性和疲勞強度，而析出相的分布和尺寸則直接影響裂紋的萌生和擴展路徑。

圖3 溫度對鋁合金腐蝕疲勞行為的影響

腐蝕疲勞表征與壽命預測模型

為了準確評估航空鋁合金的腐蝕疲勞性能，論文介紹了三種主要的腐蝕疲勞表征方法：同步腐蝕疲勞試驗、預腐蝕疲勞試驗和交替腐蝕疲勞試驗。這些方法通過模擬實際服役條件下的腐蝕和疲勞交互作用，為研究鋁合金的腐蝕疲勞行為提供了有力工具。同時，論文還探討了腐蝕疲勞壽命預測模型，包括基于損傷力學理論的模型和基于Miner理論的模型。這些模型能夠根據合金的微觀結構和服役環境，預測其腐蝕疲勞壽命，為航空裝備的設計和維護提供了理論依據。

先進成形技術

論文還介紹了基于微觀結構調控的先進成形技術，如等通道角擠壓（ECAP）和高壓扭轉（HPT）。這些技術通過改變合金的微觀結構，如細化晶粒、優化織構和控制析出相分布，從而顯著提高其腐蝕疲勞性能。例如，HPT技術可以在鋁合金中形成超細晶粒結構，使其疲勞極限提高一倍以上。這些先進成形技術為改善航空鋁合金的腐蝕疲勞性能提供了新的思路和方法。

圖4 HPT、ECAP和CR工藝對鋁合金性能的影響機理研究

研究結論與展望

綜上所述，航空鋁合金的腐蝕疲勞問題是一個復雜的多因素交互作用過程。通過深入研究其腐蝕疲勞機制、影響因素、表征方法和壽命預測模型，以及開發先進的成形技術，可以有效提高航空鋁合金的腐蝕疲勞性能，延長其使用壽命。然而，目前的研究仍面臨諸多挑戰，如實際服役環境中多因素耦合對腐蝕疲勞行為的影響、微觀結構與宏觀性能之間的定量關系等。未來的研究需要進一步深化對腐蝕疲勞機制的理解，開發更加準確的壽命預測模型，并探索更多有效的微觀結構調控技術，以滿足航空航天領域對高性能鋁合金的不斷增長的需求。

論文標題：Corrosion fatigue mechanisms and control technologies in aviation aluminum alloys: A critical review

論文作者：陳宇強，賀梓泯，李恒，陸丁丁，宋宇峰，湛利華，潘素平，劉文輝

作者單位：湖南科技大學

出版信息：中國航空學報，doi：https://doi.org/10.1016/j.cja.2025.103496