铝基复合材料凭借轻质、高比强度与耐磨等突出优势，被视为航空航天、交通运输以及电子封装领域的重要候选材料。不过，实验室中测得的优异拉伸性能，并不能自动转化成潮湿、含盐、持续承载工况下的长期可靠性。在向基体中引入增强相的同时，材料内部也多了界面、局部电化学差异与热失配应力，这些新的结构特征可能成为裂纹的潜在源头。Wang等在《Corrosion Science》发表的综述，系统梳理了铝基复合材料环境辅助开裂的机制、控制因素与防护手段。若把《Nature》《Nature Communications》《Advanced Materials》等期刊的相关研究放在一起看，可以提炼出一条清晰的设计主线：耐久性必须同时回答三个问题——腐蚀发生在哪里、局部应力如何集中、裂纹能否持续扩展。[1]

01｜从腐蚀坑到裂纹：中间隔着什么

环境辅助开裂（EAC）指的是环境与力学载荷共同促成的一类开裂行为，涵盖应力腐蚀开裂、氢辅助开裂和腐蚀疲劳等过程，该综述重点讨论水溶液环境中的前两类。需要强调的是，表面出现腐蚀坑并不等于材料已经发生环境辅助开裂；只有当局部缺陷在环境因素与外加或残余应力的共同作用下萌生裂纹，承载失效风险才真正上升。[1]

对铝基复合材料来说，增强相附近是最值得警惕的区域。导电性、电位以及界面状态的差异，可能诱发局部电偶腐蚀；颗粒团聚、孔隙以及变形不协调，又会进一步放大应力集中。腐蚀削弱材料的局部承载能力，应力促使表面保护膜破裂，新鲜金属随之持续暴露，损伤由此形成相互促进的循环。但值得注意的是，增强相究竟扮演什么角色取决于具体材料体系与服役环境，不能一概将其视为阴极或裂纹源。[1]

这也解释了一个容易被忽视的现象：平均腐蚀速率的降低，未必意味着抗开裂能力同步提高。少量深而尖锐的腐蚀坑，或者贯通性的晶界侵蚀路径，可能比大面积的浅表腐蚀更危险。因此，耐久性评价必须追踪缺陷的形状、所在位置以及裂纹萌生行为，而不能只比较腐蚀电流的大小。[1]

02｜阳极溶解与氢损伤：两条路径如何协同推进裂纹

阳极溶解提供了一条直观的损伤路径：表面膜被侵蚀或因应变而破坏后，裸露区域发生溶解；随后的再钝化与再次破膜，不断改变裂纹尖端的形貌与化学状态。与此同时，腐蚀反应产生的部分氢原子可能进入材料内部，并在晶界、位错或某些第二相附近重新分布，改变局部塑性与原子结合强度。[1]

2022年《Nature》的研究结合原子探针层析与计算模拟发现，氢和合金元素在晶界的共同作用会促进晶界分离，而某些第二相中的强氢俘获反而能够降低基体中的氢浓度。这说明氢的危险程度取决于其所处的位置和微观环境，不能仅凭“材料能俘获更多氢”就判断利弊。[2] 同年《Nature Communications》的研究则在7xxx铝合金应力腐蚀裂纹附近，直接观察到氢在位错阵列和晶界处的偏聚，为氢促进局部塑性与降低晶界结合强度的耦合作用提供了实验证据。不过需要指出，这些是普通高强铝合金的机制依据；在颗粒增强复合材料中，界面氢分布与裂纹扩展之间仍缺少足够的直接定量验证。[3]

因此，不能把所有材料简单概括成“腐蚀负责起裂、氢负责扩展”。两类过程可能在多个阶段同时参与，其相对权重随电位、局部化学、应力水平、加载速率和组织状态的变化而变化。[1]

03｜决定抗开裂能力的是组织之间的配合

增强相的含量与尺寸并不是两个可以独立调节的性能开关。均匀分散有利于载荷传递、减少局部失配；一旦发生团聚，则可能把电化学活性区域、孔隙和应力集中叠加在一起。对SiC/Al体系而言，还必须控制界面反应，避免生成环境稳定性较差的Al4C3等产物损害界面。界面设计因此需要同时兼顾化学稳定性、结合能力与变形协调性。[1]

晶界组织同样关键。析出相的间距、连续性和成分，以及邻近无析出带的特征，会共同改变腐蚀路径与局部变形行为。Liu等对TiB2/7050Al复合材料的研究，比较了T6、回归再时效（RRA）以及50摄氏度低温预析出后峰值时效三种状态：后者在保持接近T6力学性能的同时，表现出优于RRA的抗应力腐蚀能力，并伴随晶界析出相间距增大、无析出带变窄以及析出相富Cu等组织变化，腐蚀环境为3.5 wt.% NaCl溶液。[1][4]

不过，这些组织特征是同时发生变化的，尚不能把抗力改善全部归因于某一个指标。工程选材因此需要考察实际的析出结构与界面状态，而不宜只按“T6”“RRA”等热处理名称来排序。此外，溶液pH、温度、加载频率和残余应力都会改变损伤过程，盐水中的单项试验结果不能直接代表全部服役条件。[1]

04｜防护策略：把强化、抑蚀与承载放在一起设计

一个具有代表性的进展来自2024年《Advanced Materials》：研究者将钼酸钠装入开口碳纳米管，再通过粉末冶金工艺引入7075铝合金。碳纳米管在此兼具增强与储存双重功能，腐蚀暴露时释放的钼酸盐有助于形成保护层，材料在晶间腐蚀、剥落腐蚀及应力腐蚀评价中均表现出改善，部分试验在0.6 mol/L NaCl溶液中开展。[5] 这一成果的关键在于缓蚀剂的装载与受控释放，以及配套的组织和界面设计，不能由此推导出“加入碳纳米管就能防腐”的普遍结论。2025年《Nature》关于复杂纳米相的研究则展示了另一条路线——通过强氢俘获同时兼顾强化与抗氢脆，其对象为Al-Mg-Sc合金，向铝基复合材料迁移仍需专门验证。[6]

对于涂层、微弧氧化、喷丸和激光冲击等防护手段，同样应当追问它们改善了哪个环节：是阻隔腐蚀介质、减少局部腐蚀，还是降低表层拉应力？现有部分证据仅来自普通腐蚀试验或空气中的疲劳试验，尚不足以证明这些方法在腐蚀与载荷共同作用下同样有效。[1]

真正可靠的评价，应把腐蚀坑或晶界侵蚀、起裂时间，与开裂阈值、裂纹扩展速率或寿命联系起来，并同步检查强度和延性的保留情况。铝基复合材料的下一步突破，将取决于能否让增强相、界面、晶界与防护体系协同工作，使轻与强真正转化为长期服役的可靠性。[1]

参考文献

[1] Wang S, Zhang Y, Du Y, et al. Environmentally Assisted Cracking of Aluminum Matrix Composites: Mechanisms, Controlling Factors and Mitigation Strategies. Corrosion Science, 2026, 114245.

[2] Zhao H, Chakraborty P, Ponge D, et al. Hydrogen trapping and embrittlement in high-strength Al alloys. Nature, 2022, 602: 437–441.

[3] López Freixes M, Zhou X, Zhao H, et al. Revisiting stress-corrosion cracking and hydrogen embrittlement in 7xxx-Al alloys at the near-atomic-scale. Nature Communications, 2022, 13: 4290.

[4] Liu G, Geng J, Li Y, et al. Improved stress corrosion cracking resistance of in-situ TiB2/7050Al composite by pre-precipitation treatment. Micron, 2021, 145: 103056.

[5] Wang Z, Yang J, Xiao Z, et al. Nature-Inspired Incorporation of Precipitants into High-Strength Bulk Aluminum Alloys Enables Life-Long Extraordinary Corrosion Resistance in Diverse Aqueous Environments. Advanced Materials, 2024, 36: 2406506.

[6] Jiang S, Xu Y, Wang R, et al. Structurally complex phase engineering enables hydrogen-tolerant Al alloys. Nature, 2025, 641: 358–364.

[7] Aydın F. A review of recent developments in the corrosion performance of aluminium matrix composites. Journal of Alloys and Compounds, 2023, 949: 169508.

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