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超声速飞机的发展对能够在300～500 ℃服役的耐热铝合金材料有迫切需求。然而，耐热铝合金的高温力学性能还无法满足实际应用需求，因此，需要从材料成分设计和显微结构控制等方面开展进一步的研究，提高耐热铝合金的综合力学性能。本文从微合金化设计和共晶合金两个方面综述了耐热铝合金的相关研究进展，并且展望了耐热铝合金研究的发展趋势。文章首先系统介绍了Al-Sc系、Al-Cu系、Al-Si系和Al-Mg系耐热铝合金的发展历史与研究现状，重点讨论了耐热铝合金的微合金化设计思想，以及过渡金属元素和稀土元素对析出相、组织结构和力学性能的影响。接着，全面总结了Al-Fe系、Al-Ni系、Al-Ce系和Al-Si系耐热共晶铝合金的发展现状，重点介绍了快速凝固技术和增材制造技术对发展耐热共晶铝合金产生的重要推动作用。最后，分析了新型耐热铝合金开发及应用所面临的主要问题，并从数据驱动的成分设计、高通量实验验证、工程应用研究和标准体系建设等角度探讨了未来耐热铝合金研究的发展趋势。
空间环境中高能光子如X射线、热中子、γ射线作用会导致高分子材料发生电离、共价键断裂、降解等反应，从而使高分子材料出现变脆、失去弹性、脱落、变软发黏、强度衰退、出气等效应，引起航天材料或器件的暂时性损伤或永久性故障。稀土元素基于其较高吸收截面和原子序数，对中子、高能光子、γ射线具有优异的抗辐射性能。本文首先介绍了稀土元素光电效应、康普顿效应、电子对效应等抗辐射原理；其次，介绍了稀土元素在高分子材料如纤维、塑料、橡胶、环氧树脂、聚乙烯醇(PVA)、壳聚糖等抗辐射国内外研究进展；从稀土掺杂、纳米化、有机盐等形式，采用共沉淀合成、共聚、共混挤出、模压成型等制备工艺，应用钴辐照、中子辐射、蒙特卡罗模拟、MCNP程序计算中子屏蔽等测试手段方面展开了详细介绍，对照重金属铅元素性能，结果显示稀土元素对高分子材料抗辐照能力明显提高；基于稀土元素无毒、轻质等优势，稀土材料有望替代重金属铅在医学、核工业、航空航天等领域得到应用；最后对空间环境下稀土抗辐射高分子基复合屏蔽材料的发展方向进行了前瞻性展望。
晶粒细化对提升镁合金的力学性能具有重要意义。本研究采用预分散结合重力铸造的方法成功制备了石墨烯增强AZ91的复合材料。采用OM，SEM，TEM等对GNP/AZ91复合材料进行微观组织表征。结果表明：随着GNP含量的增加，AZ91合金的晶粒尺寸逐渐减小。当添加1%（质量分数，下同）GNP时，AZ91合金的晶粒尺寸由415 μm减小到86 μm，其细化效率为79%；通过TEM观察发现并揭示GNP对AZ91合金的细化机制，主要为GNP与AZ91熔体中Al元素发生原位反应得到Al4C3相，能够促进α-Mg晶粒的异质形核，从而取得显著的晶粒细化效果；当GNP的含量增加到0.5%后，AZ91合金获得最佳的力学性能，其UTS、YS和EL达到了150 、96 MPa和2.1%，较AZ91合金，分别提高34%、32%和91%。
针对预曝露对多元稀土氧化物掺杂改性YSZ热障涂层Gd2O3-Yb2O3-Y2O3（GYb-YSZ）CMAS腐蚀行为的影响，通过制备标准件试样，开展三类实验：高温预曝露实验、CMAS腐蚀实验以及高温预曝露后CMAS腐蚀实验。采用扫描电子显微镜（SEM）以及纳米压痕等方法对比研究了涂层在进行上述三类实验前后微观形貌组织与基本力学特性的变化，从而讨论高温预曝露对CMAS腐蚀的影响。实验结果表明，短时预曝露处理会引起多通道渗透，长时预曝露处理会导致纵向贯穿裂纹发生。对于980 ℃或1050 ℃预曝露处理125 h会降低CMAS渗透效果。当温度达到1150 ℃时，CMAS以熔融态渗入陶瓷层中，在冷却过程中，CMAS重新凝固导致柱状晶间隙膨胀形成垂直裂纹，直至贯穿陶瓷层，加速涂层剥落；同时，CMAS腐蚀后样品涂层的杨氏模量约增加48%，硬度约增加50%。因此，经过980 ℃或1050 ℃预曝露处理125 h的试样具有明显的抗CMAS腐蚀的效果。
采用料浆烧结工艺在激光选区熔化成形Ta10W合金基体表面制备三层结构的钼-硅系高温抗氧化涂层，采用SEM和EDS表征合金基体及涂层的微观组织和元素分布，评价合金基体及涂层的拉伸性能、显微硬度和涂层结合强度。结果表明：激光选区熔化成形Ta10W合金表面涂层具有外层、次外层和内层三层结构，外层为TaSi2和MoSi2相，次外层为TaSi2相和弥散分布的Ta5Si3相，内层为Ta5Si3相。涂层试样和去除涂层试样的屈服强度、抗拉强度和均匀伸长率分别为639、647 MPa、13.6%和602、675 MPa、22.7%。相比Ta10W合金基体试样，去除涂层试样的均匀伸长率增加了5.5%，其原因是涂层制备过程中的热作用消除了激光选区熔化成形Ta10W合金的残余应力。涂层试样的屈服强度增加了37 MPa，其原因是涂层的制备提高了屈服强度。涂层外层、次外层、内层和基体的硬度分别为550HV0.2、1120HV0.2、534HV0.01和307HV0.2。涂层平均结合强度高达63 MPa，远高于目前结合强度优异的陶瓷系和高熵合金系涂层。这是因为本研究中三层结构的钼-硅系高温抗氧化涂层与基体产生较好的冶金结合。
海洋环境服役的航空发动机在频繁启停过程中面临严重的常温盐雾-高温氧化交替引起的腐蚀问题。采用直流磁控溅射技术在GH4169高温合金表面制备一层均匀致密的Ni25Cr5AlY涂层，通过设计1000 ℃高温氧化、常温盐雾和常温盐雾-高温氧化交替的实验环境，利用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析腐蚀产物的成分和结构，对NiCrAlY高温防护涂层的腐蚀损伤行为开展研究。结果表明：在进行168 h的高温氧化实验后，Ni25Cr5AlY涂层表面生长了一层连续致密的Al2O3膜，抗氧化性能良好；在进行168 h的常温盐雾实验后，涂层表面因局部形成点蚀坑而变得粗糙不平；在进行168 h的常温盐雾-高温氧化交替实验后，涂层因氯的活性氧化腐蚀机制导致表面Al2O3膜发生降解生长Cr2O3膜，氧化膜疏松多孔且局部开裂导致涂层腐蚀损伤加速，涂层和基体发生内氧化；没有涂层保护的GH4169合金在经历相同的交替实验后则发生严重的腐蚀损伤，表面形成保护性较差的NiO膜，合金发生严重的内氧化，腐蚀产物大量剥落而显著减重。
针对厚截面玻璃纤维增强树脂基复合材料，开展数字图像相关技术辅助的短梁剪切实验，获得不同厚度单向复合材料层间剪切行为随厚度的变化规律。为了探索材料层间剪切力学行为的尺寸效应机制，通过试样切片扫描电镜照片，观察不同厚度试样的孔隙微观特征。采用图像处理，获得不规则孔隙轮廓，提出定量表征微观特征的参数。随机生成包含纤维、基体、纤维/基体界面和孔隙的三维代表体元（RVE）模型，并通过数值分析研究不同尺寸和分布的不规则孔隙对复合材料层间剪切强度的影响。短梁剪切实验结果表明单向复合材料的层间剪切力学行为与试样厚度无关，但剪切强度随着试样厚度的增加下降。图像分析结果可见不同厚度试样孔隙的分布规律，大小，集中和不规则程度存在显著差异。RVE的数值分析结果表明：损伤是由于靠近孔隙的纤维与基体界面破坏引起的，且随着在相同孔隙率的情况下最大孔隙尺寸的增加，厚截面复合材料的层间剪切强度下降。同时孔隙集中度、孔隙率也对材料层间剪切强度有明显的影响。上述实验与分析结果表明厚截面复合材料层间剪切强度尺寸效应与材料孔隙的微观特征参数有关，随复合材料厚度增加，孔隙率、最大孔隙尺寸和集中程度变大，剪切强度下降，因此不同厚度材料孔隙微观特征的差异性是导致了材料层间剪切强度下降的重要机制之一。
以芳纶铺层U型前缘为研究对象，建立固化温度场模型和固化变形场模型，揭示其固化变形机理，探究夹芯材料、内蒙皮铺层顺序以及前缘结构对整体构件固化变形的影响规律。结果显示，高弹性模量的硬质泡沫可在固化压力下给予内蒙皮良好支撑，并降低芯材内部缺陷和固化变形。相较于芯材材料，内蒙皮铺层顺序和前缘结构对构件的固化变形具有显著影响。综合考虑构件的不对称性带来的固化后收口、扭转变形，采用[0/45/−45/0/0/0/45]内蒙皮铺层顺序可达到最小化固化变形。
亚麻纤维/环氧树脂复合材料因具有密度低、力学性能优异且绿色环保等优点，在航空领域得到广泛应用与关注。然而亲水性亚麻纤维与疏水性环氧树脂基体间界面相容性差，使得复合材料抗分层能力不足，影响了材料承载能力与使用寿命。短纤维插层增韧是复合材料层间增韧的有效方法，而以内聚力模型为基础的数值模拟也是复合材料层间增韧研究的有效工具。采用双线性、指数型和三线性三种内聚力模型分别对短芳纶纤维插层亚麻纤维/环氧树脂复合材料的Ⅰ型层间断裂行为进行数值模拟，结合双悬臂梁试验结果与数字图像相关法观测，总结了内聚力本构关系选取对模拟结果的影响。结果表明，双线性和指数型模拟结果未出现阶梯波动下降，不适合短纤维插层的层间增韧模拟；而三线性内聚力模型因体现了纤维桥联与基体破坏增韧作用，模拟结果表现出与实验相近的纤维桥联失效增韧模式与裂纹扩展行为，可有效模拟短纤维插层增韧效果及行为，为复合材料短纤维插层增韧设计提供合理依据。
超高强度钢被广泛用于制造飞机起落架等主要承力结构，在海洋恶劣环境下服役时易发生腐蚀疲劳失效。由于拘束效应的存在，实验室小尺寸试样与实际结构的疲劳裂纹扩展行为不同。针对不同裂纹深度和试样厚度的单边缺口拉伸试样，开展A100超高强度钢在空气、中性和酸性海水环境下的疲劳裂纹扩展实验。结果表明：随着裂纹深度和试样厚度增大，裂纹尖端拘束水平升高，疲劳裂纹扩展阻力降低，裂纹扩展速率增加；相较于腐蚀环境和拘束效应单独作用，拘束效应和腐蚀环境共同作用会显著增加A100超高强度钢的疲劳裂纹扩展速率；当应力强度因子幅值ΔK = 30 MPa·m1/2时，拘束参量与腐蚀疲劳裂纹扩展速率呈现良好的正相关性。相关研究结果可为海洋环境下服役超高强度钢结构寿命评估提供参考。
基于选区激光熔化工艺（selective laser melting，SLM）制备的316L不锈钢椭圆截面体心四方点阵结构（elliptic section body-centered tetragonal，E-BCT）是一种抗压性能增强型点阵结构。通过优化传统体心四方（body-centered tetragonal，BCT）点阵结构杆件截面形状，提升点阵结构的压缩性能。基于E-BCT点阵结构数学模型、理论受力模型和铁木辛柯梁理论推导出结构参数与相对密度、等效弹性模量的关系模型。通过选区激光熔化工艺制备不同截面半长轴的E-BCT点阵结构，完成该点阵的静态压缩实验与有限元仿真分析。研究表明，随着椭圆截面半长轴、截面形状系数的增长，E-BCT点阵结构相较于BCT点阵结构性能有较大提升。等效弹性模量最大提升637%，实验与理论、仿真平均误差分别为6.5%、5.1%；屈服强度最大提升654%，实验与仿真平均误差为5.4%；比刚度和比强度分别最大提升308%和321%。
针对疲劳实验耗时长、实验数据分散性大，通过小样本数据获得的高存活率P-S-N曲线不够准确，疲劳寿命预测不够准确和可靠的问题，基于性能-寿命概率映射原理数据融合方法对不同应力级的小样本疲劳数据进行数据融合，并分析和评估通过该方法获得准确P-S-N曲线的可行性。与融合前的小样本疲劳数据相比，数据融合后所得P-S-N曲线更接近总体大样本数据得出的P-S-N曲线，表明该方法能够在减少疲劳实验量的前提下有效提高疲劳寿命预测的可靠性与准确性。对比和评价不同模型对融合前与融合后数据的寿命预测能力，发现三参数幂函数模型的预测能力较强，而对于大样本数据，四种模型（Basquin S-N模型、指数S-N模型、三参数幂函数S-N模型（基于对数正态分布）、三参数幂函数S-N模型（基于三参数威布尔分布））的预测能力很接近。
