在腐蚀服役环境中，穿晶解理断裂是金属结构最常见的失效模式之一。其中，裂纹尖端的溶解反应与疲劳载荷耦合作用会显著影响裂纹扩展路径与服役寿命。然而，受限于实验观测手段，溶解与应力耦合驱动解理裂纹演化的微观机制仍缺乏统一认识。近日，力学研究所超常环境非线性力学全国重点实验室研究团队围绕溶解环境和疲劳载荷下解理裂纹的生长行为展开研究，从原子尺度揭示了裂尖处溶解-应力耦合机制，并提出了表征耦合强度的统一指标。相关成果以“Unveiling the atomic mechanisms of dissolution–stress coupling in cleavage cracks”为题，发表于腐蚀领域权威期刊《Corrosion Science》。

研究团队构建了“连续介质-原子嵌入”的多尺度力化耦合研究框架：远场区采用连续介质描述载荷响应，近裂尖区则保留原子结构进行分子动力学计算，从而在可控计算量下实现对溶解环境中裂尖演化过程的高分辨率解析。结果表明，溶解—应力耦合强度的变化不仅导致裂纹生长速率的非单调响应，还会使演化路径出现“分叉”。在弱耦合条件下，溶解倾向于发生在裂纹面台阶处的原子位置，促进裂尖钝化和稳定生长；而在强耦合条件下，则可激活裂尖处的无序原子，并使溶解优先发生在裂尖处，形成“优先溶解—应力重分布—锐化增强”的反馈过程，进而更易触发失稳扩展。基于此，团队提出了表征溶解-应力耦合强度的普适性指标，其能够准确刻画裂纹尖端的关键响应（钝化、锐化和解理）及扩展趋势。将该指标应用于“腐蚀坑向裂纹转变”这一典型工程案例，推导出腐蚀坑尺寸与应力幅之间的定量标度律，结果与实验数据吻合良好。

该研究面向复杂腐蚀环境，提出了溶解-应力耦合强度的统一度量指标及相应工程判据，从而为腐蚀疲劳裂纹扩展预测和材料防腐设计提供了理论支撑与研究思路。

力学所博士研究生刘龙为论文第一作者，袁泉子研究员为通讯作者。该项研究得到了中国科学院战略性先导科技专项的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2026.113738

图1.不同溶解速率和疲劳载荷组合下裂纹的平均生长速率和形貌演化。

图2.(a)溶解-应力耦合强度的度量  (b)溶解-应力耦合强度和平均载荷幅度变化下裂纹尖端钝化、锐化和解理的演化分布