西安交大学者揭开铝制品遇氢“长痘”谜底

“安静”的铝制品遇见“淘气”的氢原子，为何“肌肤”表面就会长出“青春痘”，这一困扰科学家50多年的谜团，近来被 西安 交大学者经潜心研究终于揭开谜底，并将这成果发布在世界著名期刊《自然-材料》上。

科学家介绍，我们生活中常见的铝锅铝盆等铝制品通常稳定耐用，因为它的表面会自然形成一层致密而坚硬的氧化铝保护膜，俗称“刚玉”。但在含氢环境中，铝制品常常会在表面鼓出气泡，最终导致氧化膜保护层脱落，导致器件漏洞百出，无法使用。这一现象，被称为“氢鼓泡”。

西安交大科研人员研究发现，原来对于“纤瘦”的氢原子而言，刚玉中的原子间隙如此之大，以至于它们可以在其中来去自如。氢原子的随性“游走”会破坏金属铝和刚玉之间“手拉手”的紧密联系，从而使一部分铝原子“重获自由”。这些铝原子也会在氧化物和金属铝的界面上自由运动，并在金属铝的一侧形成很多微小的坑。随这些坑的不断长大，氢原子拥有足够的空间重新结合形成氢分子并对氧化膜产生压力。当坑的直径大到某一临界尺寸时，氧化膜就会被撑得发生塑性变形，形成气泡。气泡密度足够大时，氧化膜脱落，最终导致材料失效。

“这项发现对很多与氢有关的未解之谜都有着重要的启示，依据这个发现，今后采取降低表面防护层的粗糙度，选择合适的金属基底取向，对界面进行有目的改性等可有效减缓甚至防止氢致界面失效的发生，将成为可能，这样可减少和避免由此引发材料失效所造成的巨额经济损失和重大安全事故。

本报记者 张彦刚