科技日報訊（記者史俊斌）當(dāng)“安靜”的鋁合金遇見“淘氣”的氫原子，為何“肌膚”表面會冒出“痘痘”？這個存在超過50年的謎團(tuán)，已被西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國家重點實驗室微納尺度材料行為研究中心科研人員破解，其成果發(fā)表在最新出版的世界著名期刊《自然》上。

“宇宙中氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在70％以上，人類造的任何飛行器在太空航行時都必須考慮氫對材料性能的影響，這項發(fā)現(xiàn)對很多與氫有關(guān)的未解之謎都有著重要的啟示。”西安交大微納中心主任單智偉教授告訴科技日報記者，“比如半導(dǎo)體芯片中的導(dǎo)線基底界面劣化、電廠的汽輪機(jī)葉片的氧化皮脫落、核電站中有大量的質(zhì)子輻射環(huán)境以及高溫水汽環(huán)境等等。”

科研人員發(fā)現(xiàn)，對于“纖瘦”的氫原子而言，剛玉中的原子間隙如此之大，它們可以在其中來去自如。氫原子的隨性“游走”會破壞金屬鋁和剛玉之間“手拉手”的緊密聯(lián)系，從而使一部分鋁原子“重獲自由”。這些鋁原子也會在氧化物和金屬鋁的界面上自由運動，并在金屬鋁的一側(cè)形成很多微小的坑。隨著坑的不斷長大，氫原子擁有足夠的空間重新結(jié)合形成氫分子并對氧化膜產(chǎn)生壓力。當(dāng)坑的直徑大到某一臨界尺寸時，氧化膜就會被撐得產(chǎn)生塑性變形，并向外鼓出形成氣泡。而氣泡密度足夠大時，氧化膜保護(hù)層便會脫落，最終導(dǎo)致材料失效。這是在石化、海洋、核、航空航天及半導(dǎo)體等工業(yè)里常見的金屬材料失效原因之一，此前人類對其原子尺度的機(jī)理一直不甚明了。傳統(tǒng)的表面鼓泡理論只能解釋氣泡的生長，對于氣泡的形核則缺乏理論及實驗證據(jù)。

西安交通大學(xué)的這一研究發(fā)現(xiàn)填補了氫致界面失效現(xiàn)象起源的實驗和理論空白，有助于人們找到防止氫致界面失效的方法，提高材料在含氫環(huán)境中的服役壽命。此項研究工作得到國家自然科學(xué)基金、973項目及111項目的資助。