材料氧化烧蚀及力学耦合失效机理

冯雪

清华大学航天航空学院

摘要

各种极端或复杂环境下材料和结构的力学行为和安全性评估，特别是失效发生和演化的内在机制，蕴含很多与传统领域不同的新问题，力学－化学交互作用与耦合是其最突出的特点，比如航天热防护中的氧化烧蚀及其剥离失效、航空发动机/重型燃气轮机热端部件的氧化/氢化与疲劳交互影响、海洋结构的腐蚀破坏、软物质形成过程中力-化学交互、油气开采中岩石的力-化学-渗流耦合、锂电池中电化学反应与应力耦合作用。我们针对高温材料的氧化过程，发展高温三点弯实验方法，研究拉压应力对氧化的影响；发展高温纳米压痕技术，实现了材料表面高温氧化过程中形貌演化的在线记录，通过对比实验前后的微结构形貌变化，发现了表面曲率影响局部氧化。研究材料在小尺度上应力－扩散的影响机制，通过高温表面扫描成像（SPM）和TEM分析扩散通道的形成，发现应力诱发的位错及晶界对氧扩散的快速输运，并进一步研究了应力-氧化耦合和微结构相互作用导致的材料小尺度损伤。

DOI: 10.12110/firstfmge.20171121.309