【科技】铝制品表面为啥会长“痘”？－－西安交大破解氢致界面失效现象之谜

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安静的铝制品遇到淘气的氢原子时，为什么皮肤表面会出现痘痘？ 这50多年的谜团，由西安交通大学金属材料强度国家要点实验室微纳尺度材料行为研究中心的科学研究者阐明，其成果发表在最新出版的世界著名期刊《自然》上。

宇宙氢的质量分数在70%以上，人类制造的每架飞机都必须考虑到宇宙飞行中氢对材料性能的影响，这一发现对许多有关氢的未解决之谜提供了重要的启示。 西安交大微纳中心主任单智伟教授向科技日报记者传达了半导体芯片中导线的基底界面老化、电厂涡轮叶片氧化皮脱落、核电站大量质子辐射环境、高温水蒸气环境等。

科学家们发现，对纤细瘦小的氢原子来说，刚玉的原子间隙这么大，可以在其中自由往来。 氢原子的随性游走破坏了金属铝和刚玉之间把手的密切联系，使一些铝原子自由。 这些铝原子也在氧化物和金属铝的界面自由运动，在金属铝侧形成很多微小的坑。 随着坑的生长，氢原子重新结合形成氢分子，有足够的空间在氧化膜中产生压力。 坑的直径大到某个临界尺寸时，氧化膜被支撑而塑性变形，向外侧膨胀形成气泡。 另外，气泡密度足够大时，氧化膜保护层脱落，最终材料失效。 这是石化、海洋、核、航空航天、半导体等工业常见的金属材料失效原因之一，迄今为止人类已探明了原子尺度的机制。 以前传递的表面鼓泡理论只能说明气泡的生长，气泡的成核缺乏理论和实验证据。

西安交通大学的这项研究填补了氢导致界面失效现象起源的实验和理论空白，发现人们找到了防止氢导致界面失效的方法，有助于提高材料在含氢环境中的服役寿命。 这项研究事业得到了国家自然科学基金、973项目和111项目的资助。