近日，上海交通大学曾小勤教授团队在高性能镁合金与核电结构材料领域取得重要进展，两项研究成果先后发表于材料科学领域权威期刊《Acta Materialia》。相关研究分别围绕稀土镁合金长期高温氧化稳定性和核级不锈钢焊缝超长期热老化后的应力腐蚀开裂行为展开，揭示了第二相空间构型与异相界面退化对多相合金长期服役性能的关键影响。

文章介绍

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在镁合金研究方面，团队发表了题为“Mesoscopic connectivity of second phases regulates long-term oxidation stability in Mg–RE alloys: A topological isolation strategy”的研究论文。高性能稀土镁合金通常通过引入第二相实现强化，但这些第二相在高温氧化过程中也可能成为应力集中和裂纹萌生的薄弱区域。如何在发挥第二相强化作用的同时避免其诱发氧化损伤，是制约镁合金高温应用的重要问题。

研究团队以Mg–8Gd–3Y–0.6Al合金为对象，系统研究了不同第二相空间构型下合金在500 ℃长达3000小时的氧化行为。结果表明，固溶态合金中的粗大第二相呈局部团簇和较高介观连通性，容易诱发应力集中和微裂纹萌生。随着氧化时间延长，裂纹沿第二相及其界面逐渐连接，形成贯通性的裂纹与氧传输网络，最终导致氧化膜大面积开裂和剥落。

相比之下，旋锻加工能够使粗大团簇第二相发生破碎和空间重分布，形成细小、离散的“拓扑隔离”结构。这种结构可以有效阻断裂纹的连续扩展路径，将氧化损伤限制在局部区域；同时，旋锻引起的晶粒细化和稀土元素再分配有利于连续保护层的形成，使合金在整个氧化过程中保持良好的长期稳定性。

该研究表明，对于长期高温服役的多相合金，第二相是否形成有效连通可能比其含量和尺寸更直接地决定材料的氧化失效行为。“拓扑隔离”策略为兼顾镁合金力学性能与高温环境稳定性提供了新的组织设计思路。

在核材料研究方面，团队与上海交通大学核科学与工程学院相关团队合作，发表了题为“Sequential δ/γ interfacial degradation induces a sigmoidal kinetic transition in stress corrosion cracking during superlong-term thermal aging of duplex stainless steel”的研究论文。该研究聚焦核电站一回路不锈钢焊接结构的长期服役安全，系统考察了核级308L不锈钢焊缝经过最长30000小时热老化后的组织演化与应力腐蚀开裂行为。

研究发现，在热老化早期，δ铁素体内部发生的调幅分解和G相析出主要使其强化，并未显著破坏δ/γ异相界面的完整性，因此材料仍保持较低的应力腐蚀裂纹扩展速率。当热老化达到临界阶段后，δ/γ界面处的杂质元素偏聚和碳化物析出显著增强，并形成严重贫铬区，引起界面脆化和局部应变集中。

原本能够阻滞裂纹扩展的δ/γ界面由此转变为裂纹优先扩展通道，导致应力腐蚀裂纹扩展速率提高约三个数量级。随着老化进一步延长，界面退化逐渐趋于饱和，材料进入稳定但高度敏感的快速裂纹扩展状态，整体呈现典型的S形动力学转变。

该研究表明，超长期热老化引起的应力腐蚀加速并非简单来源于材料整体脆化，而是由异相界面的化学退化与局部力学损伤协同控制。相关成果建立了热老化时间、界面结构演化与宏观裂纹扩展动力学之间的联系，为核电不锈钢焊接结构的寿命预测、材料优化及长期安全评价提供了新的理论依据。

两项研究虽然分别面向轻质镁合金和核电结构材料，但均突出体现了异质结构及其空间组织在长期服役过程中的决定性作用。相关成果从第二相拓扑调控和异相界面时序退化两个角度，深化了对复杂多相合金结构—性能关系的认识，为面向高温、腐蚀及长寿命服役环境的先进金属材料设计提供了新的研究路径。