Crack arrest markings in stress corrosion cracking of 7xxx aluminium alloys: insights into active hydrogen embrittlement mechanisms
本研究结合4D-STEM与原子探针断层扫描揭示7xxx铝合金SCC止裂痕的氧化形成机制及氢致解聚合裂纹扩展证据。
2023-06-05 cond-mat.mtrl-sci
How glass breaks -- Damage explains the difference between surface and fracture energies in amorphous silica
CNRS, INSA Lyon（法国国家科学研究中心里昂国立应用科学学院）；Soft Matter Sciences and Engineering, CNRS, ESPCI Paris, PSL University, Sorbonne Université（软物质科学与工程，法国国家科学研究中心巴黎高等物理化工学院大学校、巴黎文理研究大学、索邦大学）
通过多尺度模拟揭示非晶硅中表面能与断裂能差异的机制，结合分子动力学与相场方法量化能量贡献，阐明脆性断裂机制。
2026-02-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Deciphering water-solid reactions during hydrothermal corrosion of SiC
水-固界面反应是理解腐蚀的关键。更具体地说，众所周知，很难确定水和固体如何在初始化学吸附之外相互作用以诱导表面溶解。在这里，我们报告的原子尺度机制的SiC水热腐蚀过程中的基本步骤，从最初的表面攻击表面溶解。我们发现，氢断裂反应在打破Si-C键起着至关重要的作用，无论表面取向。在表面上没有形成稳定的二氧化硅层，但新发现的SiC上的化学反应类似于在二氧化硅溶解期间观察到的化学反应。SiC作为可溶性碳酸直接溶于水中。根据计算的反应活化能确定的水热腐蚀速率与现有的实验数据是一致的。我们的工作为理解和解释实验观察结果提供了新的思路，并为设计抗水中腐蚀的材料提供了基础。
2021-03-31 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
The mechanisms of hot salt stress corrosion cracking in titanium alloy Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo
研究了Ti 6246合金的热盐应力腐蚀开裂机理。发现在氧化存在下，裂纹在盐颗粒下方开始。所观察到的穿晶断裂被怀疑是由于充氢; XRD和高分辨率透射电子显微镜检测到在冷却时沉淀的碳的存在。SEM-EDS显示盐颗粒附近的氧富集，以及氯和钠。铝和锆也参与了氧化反应。讨论了Na_2TiO_3、Al_2O_3、ZrO_2、TiCl_2和TiH等中间腐蚀产物的作用。
2018-02-16 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure, mechanical properties and corrosion of friction stir welded 6061 Aluminum Alloy
研究了AA 6061铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织、力学性能和腐蚀行为。观察到动态再结晶组织，且熔核区（NZ）、热机械影响区（TMAZ）、热影响区（HAZ）和母材（BM）的晶粒尺寸不同。硬度测试表明，HAZ和BM的硬度值分别达到最小值和最大值。拉伸结果表明，断裂发生在TMAZ和HAZ之间相对薄弱的区域。极化曲线测试表明，搅拌摩擦焊提高了AA 6061-AA 6061的耐蚀性，热影响区的耐蚀性优于其它区域。拉曼光谱分析表明，浸泡实验后铝表面腐蚀产物主要为氢氧化铝。扫描电子显微镜观察到在新西兰和下行晶间攻击。
2015-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Modelling hydrogen induced stress corrosion cracking in austenitic stainless steel
本文建立了一个模拟单晶奥氏体不锈钢变形和氢对应力腐蚀开裂影响的模型。该模型基于晶体塑性理论，将临界分解剪应力与晶体的塑性应变和强度联系起来。我们提出了一个解析表示的氢与材料的微观结构在变形过程中的相互作用，并模拟氢将在断裂前的空洞生长的影响。断裂前晶体机械性能的变化受晶体塑性变形时氢原子和位错系综的相互作用控制，并基于氢增强局部塑性（HELP）机制。通过分析氢对含孔洞材料力学性能的影响，考虑了氢对孔洞生长的影响。所提出的模型已经实现了使用用户材料（UMAT）在有限元软件（ABAQUS）的子程序的数值模拟结果与实验数据进行比较，并已得到验证。影响参数已被改变，以了解其影响和测试灵敏度。
2019-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale damage during fracture in silica glass
我们在这里报告的原子力显微镜实验，旨在揭示的性质发生在应力腐蚀下的裂纹传播到石英玻璃试样的尖端的过程区内的故障机制。裂纹通过纳米级损伤点的生长和合并扩展。这种空化过程被证明是负责的过程区域内的损害传播的关键机制。最后讨论了空穴形核的可能起源，以及对聚结时空穴尺寸和工艺区延伸的选择的影响。
2006-08-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Predicting the Fracture Propensity of Amorphous Silica Using Molecular Dynamics Simulations and Machine Learning
Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering, Cornell University（康奈尔大学机械与航空航天工程学院）；Department of Engineering Mechanics, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学工程力学系）
本文结合大规模分子动力学模拟与机器学习，揭示非晶二氧化硅局域原子结构、配位数变化与延展性、韧性及断裂位置之间的关系，为功能材料的原子级设计提供依据。
2023-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
An Unexpected Role of H During SiC Corrosion in Water
在水腐蚀过程中，固体中的原子与氧发生化学反应，导致氧化膜的形成或基质材料的溶解。通常，腐蚀的第一步涉及来自解离水的氧原子，其与表面原子反应并破坏近表面键。相反，表面上的氢通常用作钝化物质。在这里，我们发现，O和H的作用是颠倒的Si终止的SiC表面上的早期腐蚀阶段。O在表面上形成稳定的物种，并且通过破坏Si-C键的H发生化学侵蚀。这种所谓的氢断裂反应是通过新发现的亚稳态桥接羟基实现的，该羟基可以在水解离过程中形成。在水侵蚀期间从表面置换的Si原子随后形成H2SiO 3，其是形成二氧化硅和草酸的已知前体。这项研究表明，H和O在氧化中的作用需要重新考虑。
2021-03-31 cond-mat.mtrl-sci
A generalised, multi-phase-field theory for dissolution-driven stress corrosion cracking and hydrogen embrittlement
我们提出了一个相场为基础的电化学机械配方建模力学增强的腐蚀和氢辅助开裂的弹塑性固体。一个多相场的方法是用来呈现，第一次，应力腐蚀开裂的一般框架，结合阳极溶解和氢脆机制。我们数值实现我们的理论，使用有限元方法和定义为主要的运动学变量的位移分量，相场腐蚀序参量，金属离子浓度，相场断裂序参量和氢浓度。有代表性的案例研究，展示了在各种材料和环境中的模型的预测能力，实现了有希望的协议与基准测试和实验观察。我们表明，提出的广义配方可以捕获，作为环境的函数，阳极溶解和氢驱动的故障机制之间的相互作用，包括从一个过渡到另一个，它们的协同作用和它们的个别发生。这样一个通用的框架可以带来新的洞察环境-材料的相互作用和应力腐蚀开裂的理解，在这里证明了Gruhl的开创性实验提供的第一个模拟结果。
2022-05-24 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.app-ph
Fractoluminescence characterization of the energy dissipated during fast fracture of glass
对两种硅酸盐玻璃进行了断裂发光实验。动态断裂过程中收集的所有光谱揭示了黑体辐射行为，这被解释为裂纹尖端附近的裂纹速度依赖的温度上升。裂纹速度估计为1300 m.s $^{-1}$的顺序和断裂过程区被证明是在几个纳米范围内延伸。
2012-06-30 cond-mat.mtrl-sci
A cracking oxygen story: a new view of stress corrosion cracking in titanium alloys
钛合金在高温下会遭受卤化物相关的应力腐蚀开裂，在喷气发动机中，氯化物和钛氧化物促进气流中的水蒸气裂解，在裂纹尖端沉积脆化物质。在这里，我们使用同位素标记实验报告说，工业Ti-6Al-2Sn-4 Zr-6 Mo合金中的裂纹尖端高度富集（>5 at.%）水蒸气中的氧，远大于（0.25原子%）使材料变脆。令人惊讶的是，尽管进行了仔细的准备和分析，但测量到的氢（氘）相对较少。因此，我们认为，O和H的综合作用导致开裂，O起着至关重要的作用，因为众所周知，它会导致合金的脆化。相比之下，在α + β Ti合金中，由于H在β-Ti中的高溶解度，H可能会流失到本体中，而不是保留在裂纹尖端的应力场中。因此，虽然裂纹可能在断裂表面上形成，但氢进入可能不是底层基质脆化的唯一合理机制。这种可能性挑战了几十年来对应力腐蚀开裂的理解，认为应力腐蚀开裂仅与氢增强局部塑性（HELP）机制有关，这解释了为什么掺氢钛合金变脆。这将改变对应力腐蚀脆化的观点，从单纯关注氢到也考虑来自水蒸气的O的进入，这对于设计耐腐蚀材料至关重要。
2021-11-23 cond-mat.mtrl-sci
A Combined Microbeam and Phase-Field Approach to Identify the Toughness and Ultimate Strength of Amorphous Silica
Nippon Electric Glass Co., Ltd.（日本电气玻璃有限公司）；CNRS, INSA Lyon（法国国家科学研究中心，里昂国立应用科学学院）；National Institute for Materials Science (NIMS)（国立材料研究所）；ESPCI Paris, PSL University, CNRS, Sorbonne University（巴黎高等物理化工学院，巴黎文理研究大学，法国国家科学研究中心，索邦大学）；Mines Saint-Etienne, Univ Lyon, CNRS（圣艾蒂安矿业学院，里昂大学，法国国家科学研究中心）
本研究结合微束试验与相场计算，提出测定非晶二氧化硅韧性和极限拉伸强度的新方法，可同时获取两类关键力学参数，弥补传统方法的局限。
2026-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Predicting temperature-dependent failure and transformation zones in 2D silica glass through quasistatic Gaussian Phase Packets
本文将无热准静态方法推广到有限温度，用温度相关高斯相空间包描述原子，以低成本高效预测二维非晶二氧化硅在拉伸下的局部重排区域、热膨胀及温度对断裂起始的影响，并通过MD模拟验证。
2025-07-18 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Dynamic condensation of water at crack tips in fused silica glass
水分子在玻璃中缓慢裂纹扩展的物理过程中起着重要作用。通常理解的是，在应力腐蚀期间，在裂纹腔中移动的水分子有效地降低了应变裂纹尖端处的结合强度，并且因此支持裂纹扩展。然而，在潮湿空气中的裂纹尖端的环境条件的细节还没有很好地确定。在以前的工作中，我们报告了在非常缓慢的裂纹扩展（10^-9至10^-10 m/s）过程中，熔融石英玻璃裂纹尖端存在100 nm长的液体冷凝物的直接证据。这些意见是基于在原位AFM相位成像技术应用于DCDC玻璃试样在受控气氛中。在这里，我们讨论的物理起源之间的液体冷凝物和玻璃表面的AFM相衬的针尖样品粘附诱导的毛细管桥。然后，我们报告了关于水冷凝长度随大气中相对湿度增加的新实验数据。测得的冷凝长度远大于使用开尔文方程和预期的裂纹尖端的几何形状预测。
2007-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Imprinting Macroscopic Fracture during Gelation: A Mechanism for Tuning Colloidal Gels
ENSL, CNRS, Laboratoire de physique（法国国家科学研究中心物理实验室）；Department of Polymer Engineering, IPC, University of Minho（米尼奥大学高分子工程系）；Institut Universitaire de France (IUF)（法兰西学院）
研究发现非线性剪切可永久改变胶体凝胶的粘弹性质，通过印刻宏观裂纹模式调节其性能。
2026-03-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
