一、什么是腐蝕疲勞？

疲勞：材料在承受遠低于其抗拉強度的循環(huán)載荷時，經(jīng)過足夠多的循環(huán)次數(shù)后發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。

腐蝕疲勞：材料在循環(huán)應(yīng)力和腐蝕性環(huán)境共同作用下，疲勞性能（主要是疲勞壽命）顯著降低的現(xiàn)象。

對于鋁合金而言，其表面天然形成的氧化鋁保護膜在腐蝕環(huán)境中容易被破壞，使得腐蝕和疲勞相互促進，導(dǎo)致裂紋更早萌生和更快擴展。這是航空航天、船舶、汽車等領(lǐng)域鋁合金部件失效的主要模式之一。

二、腐蝕疲勞測試的核心目的

1. 獲取S-N曲線：在特定腐蝕環(huán)境下，測定不同應(yīng)力水平對應(yīng)的疲勞壽命（循環(huán)次數(shù)），繪制出腐蝕環(huán)境下的S-N曲線，并與空氣中的S-N曲線對比，評估環(huán)境的影響。

2. 測定疲勞極限：確定在無限次循環(huán)（如10^7次）下材料不發(fā)生斷裂的最大應(yīng)力幅值。腐蝕環(huán)境通常會顯著降低或消除材料的疲勞極限。

3. 研究裂紋擴展速率：使用預(yù)制裂紋的試樣，研究在腐蝕環(huán)境和循環(huán)載荷共同作用下，裂紋長度隨循環(huán)次數(shù)的增長規(guī)律（da/dN - ΔK曲線）。

4. 評估防護措施的有效性：測試不同涂層、熱處理工藝、材料牌號等對腐蝕疲勞性能的改善效果。

5. 為工程設(shè)計提供數(shù)據(jù)：為在腐蝕環(huán)境中服役的鋁合金結(jié)構(gòu)件的安全設(shè)計和壽命預(yù)測提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

三、測試方法與設(shè)備

腐蝕疲勞測試通常在專用的腐蝕疲勞試驗機上進行，它結(jié)合了疲勞試驗機和腐蝕環(huán)境控制系統(tǒng)。

主要測試類型：

1. 軸向加載疲勞測試：

設(shè)備：電磁式疲勞試驗機。

方式：對試樣施加軸向的拉-壓或拉-拉循環(huán)應(yīng)力。

特點：應(yīng)力狀態(tài)均勻，是最常見的基礎(chǔ)性測試。

2. 三點/四點彎曲疲勞測試：

設(shè)備：高頻疲勞試驗機或電液伺服試驗機。

方式：通過彎曲梁的方式對試樣施加循環(huán)應(yīng)力。

特點：設(shè)備相對簡單，適用于薄板或小尺寸試樣。

3. 裂紋擴展速率測試：

設(shè)備：配備有裂紋測量系統(tǒng)（如直流電位降法、柔度法）的電液伺服試驗機。

方式：使用緊湊拉伸或中心裂紋拉伸試樣，預(yù)制疲勞裂紋后，在腐蝕環(huán)境中測試裂紋擴展速率。

特點：專注于裂紋擴展階段，對壽命預(yù)測至關(guān)重要。

四、測試的關(guān)鍵影響因素

1. 環(huán)境因素：

介質(zhì)成分與濃度：如Cl-濃度是影響鋁合金點蝕的關(guān)鍵因素。

pH值：酸性或堿性環(huán)境會加速腐蝕。

溫度：溫度升高，腐蝕反應(yīng)加快。

含氧量：影響陰極反應(yīng)速率。

2. 力學(xué)因素：

應(yīng)力幅：最主要的參數(shù)。

平均應(yīng)力：拉平均應(yīng)力會顯著降低疲勞壽命。

加載頻率：極其重要！在腐蝕疲勞中，低頻率（如1 Hz或更低）會給腐蝕過程留出更多時間，從而比高頻率（如10-20 Hz）產(chǎn)生更嚴(yán)重的損傷。頻率效應(yīng)是區(qū)分腐蝕疲勞和空氣疲勞的關(guān)鍵。

波形：正弦波、三角波等。

3. 材料因素：

鋁合金牌號：不同系列（如2系、5系、6系、7系）的耐腐蝕性差異很大。

熱處理狀態(tài)：T6、T7等狀態(tài)影響材料的強度和晶界腐蝕敏感性。

微觀結(jié)構(gòu)：晶粒尺寸、第二相粒子分布等。

五、相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)

為確保測試結(jié)果的可靠性和可比性，測試需遵循國際或國家標(biāo)準(zhǔn)，例如：

ASTM E466 - 15 《金屬材料力控制恒定振幅軸向疲勞試驗標(biāo)準(zhǔn)實踐》

ASTM E647 - 15 《測量疲勞裂紋擴展速率的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》

ISO 11782-2 《腐蝕疲勞試驗第2部分：預(yù)裂紋試樣的裂紋擴展測試》

GB/T 20120.2 《金屬和合金的腐蝕 腐蝕疲勞試驗 第2部分：預(yù)裂紋試樣的裂紋擴展測試》

六、數(shù)據(jù)分析與結(jié)果

S-N曲線：腐蝕環(huán)境下的S-N曲線會向右下方移動，表明在相同應(yīng)力下壽命更短，或在相同壽命下可承受的應(yīng)力更低。

裂紋擴展速率曲線：在相同的應(yīng)力強度因子范圍（ΔK）下，腐蝕環(huán)境中的裂紋擴展速率（da/dN）通常遠高于在空氣中的速率。在接近門檻值ΔKth的區(qū)域，環(huán)境的影響尤為明顯。

斷口分析：使用掃描電子顯微鏡觀察斷口形貌，是分析失效機理的“金標(biāo)準(zhǔn)"。可以區(qū)分疲勞輝紋、腐蝕產(chǎn)物、解理面、二次裂紋等特征，判斷腐蝕與疲勞的交互作用機制。

總結(jié)

鋁合金腐蝕疲勞測試是一個復(fù)雜但至關(guān)重要的過程，它通過模擬實際工況，揭示材料在惡劣環(huán)境下的真實性能。測試數(shù)據(jù)是進行高可靠性結(jié)構(gòu)設(shè)計、制定科學(xué)維護策略和開發(fā)新材料/新工藝的基礎(chǔ)。如果您有更具體的應(yīng)用場景（例如某種特定牌號的鋁合金或某種特定環(huán)境），我可以提供更具針對性的信息。