复合腐蚀情景是工程结构材料在实际服役过程中主要遇到的情况，其中应力腐蚀开裂（SCC）是其中最为常见的一种类型。但尽管如此，目前针对SCC的模型也多为现象学解释模型，且各模型之间也存在一定的争议，其中位错作为塑性变形的载体，其电化学行为被认为是SCC萌生与扩展的根本，但位错具体是促进阳极还是阴极反应，也缺乏直接的实验证据。

近日，北京科技大学的研究团队在单晶铜中直接获得了位错露头作为阴极反应活性位点的实验证据，并结合理论计算证实位错露头处晶格畸变导致的功函数和电荷密度降低，是诱发局部点蚀萌生的微观起源。这一发现为理解SCC的本征物理机制提供了关键实验证据和理论依据。该成果以“The intrinsic mechanism of stress corrosion in single-crystal copper: Perspectives from crystal orientation and dislocation”为题，被发表于材料腐蚀领域的国际期刊《Corrosion Science》上，通讯作者为北京科技大学刘智勇研究员。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2026.113884

【核心内容】

该研究所用的多晶铜经真空熔炼浇注，并在500℃下退火2h后炉冷。单晶铜则采用定向凝固法制备，纯度均为99.99%。结合电化学测试及微观结构表征和密度泛函理论（DFT）计算，对比不同晶面的单晶铜及多晶铜的电化学行为，随后系统研究应变条件下位错露头的产生及其对局部腐蚀的影响，并从原子尺度阐明了其物理本质。

静载SCC样品制备

【研究成果】

① 晶体取向决定本征电化学活性顺序

团队在0.5 M H2SO4溶液中评估了不同单晶面的电化学行为，不同晶面的电化学反应活性与其晶面指数相关，活性从高到低，几乎保持(001)>(101)≈多晶>(111)的顺序，其中因不同晶面原子堆积密度和表面能的差异，(111)面活性最低。

不同晶面单晶铜及多晶铜的动电位极化曲线

不同晶面单晶铜及多晶铜的电化学阻抗谱

② 位错露头直接诱发特征腐蚀形貌

团队通过微观表征直观证明了位错露头是局部腐蚀的起源点，在(111)晶面的浸泡实验中，观察到了具有规则三角形轮廓的腐蚀坑，这些正是位错在密排{111}面上露头后引发的选择性溶解所形成的位错腐蚀坑。

(111)晶面试样浸泡后表面的三角形位错腐蚀坑

不同晶面（(001)和(101)）试样浸泡后的表面腐蚀形貌

腐蚀坑的三维形貌及截面轮廓分析

③ 应变促进位错露头，并改变腐蚀模式

在腐蚀的过程中加入恒定应变后，电化学的反应得到了不同程度的增加，阴极和阳极电流密度均随应变增加而增大，在缺口附近的中等应变区，出现了明显的立方特征腐蚀坑，这表明应变驱动位错运动增殖并在特定区域露头，从而改变表面的局部腐蚀敏感性。

静态加载试样在不同应变水平下的动电位极化曲线

静态加载（5°开口角）试样缺口附近的腐蚀形貌与应变分布关联图

④ 腐蚀萌生于位错露头周围基体，而非露头本身

位错露头是局部腐蚀的起源点，但腐蚀并非直接发生于位错露头位置，HAADF-STEM显示，位错露头并未存在于腐蚀坑底部，而是大量存在于未发生腐蚀的周边区域，这说明腐蚀并非起始于位错露头这个“缺陷”本身，而是起始于其邻近的基体区域。

中等应变区（有腐蚀坑）的TEM明场像及坑底HAADF-STEM像

⑤ 位错露头降低局部功函数，催化阴极反应

位错导致的晶格畸变中，原子间距增大的“张应变区”功函数和电荷密度降低，而原子间距减小的“压应变区”则相反，位错露头核心正对应于张应变区，使其成为阴极反应的活性位点，因此阴极反应的加速，使得与其相邻的基体区域阳极溶解加快。

位错露头区域的AFM形貌与KPFM伏打电势分布图

DFT计算揭示不同晶面及(101)面含线缺陷（模拟位错）的电荷密度分布与原子间距变化

【总结与展望】

这项工作突破了传统上对位错在腐蚀中角色的模糊认识，明确揭示了位错露头通过创造低功函数区域来促进阴极反应，进而引发周边基体阳极溶解的微观机制，为建立更普适的应力腐蚀机理模型提供了关键基石。