层状结构的失效经常是由于粘结剂在接头处失效导致的，研究接头界面的失效对于研究粘接机理和评价接头性能具有重要意义。研究接头界面的失效行为通常通过光学或扫描电子显微镜（SEM）检查断裂表面来推测。但这种经典的研究方式限制了理解复杂键合机制和性质的能力。在高分辨率电镜下直接观察失效行为有望为接头界面中复杂的失效过程提供信息。

为克服传统观测手段的不足，日本国立研究开发法人产业技术综合研究所的堀内伸主任研究员尝试在透射电子显微镜（TEM）中进行原位拉伸测试，以观察聚合物/聚合物焊接界面和金属/聚合物粘结界面的失效。这种显微镜技术通常应用于观察金属和陶瓷材料的变形和微裂纹扩展尚未应用于接头界面。本研究通过可视化界面宏观失效前的不同阶段，研究了铝合金（Al5052）与环氧胶粘剂以及Al5052与热塑性直接接头界面的破坏。相关成果以“In-situ TEM investigation of failure processes in metal-plastic joint interfaces”发表在国际期刊International Journal of Adhesion and Adhesives上。

图 1 预裂纹相同聚合物在应力下的破坏

图 2 预裂纹热力学上两种不相容的聚合物在应力下的破坏

图 3 预裂纹聚合物与金属粘结界面在应力下的破坏

电子透射显微镜观察显示，相同聚合物的接头失效是从裂纹处向着裂纹的方向发展破坏的。热力学不相容聚合物的破坏则是沿着粘结界面发展的，而不是沿着裂纹。预裂纹金属聚合物的粘结破坏是沿着粘结界面扩展，同时在粘结界面产生不连续的裂纹，两相叠加，共同导致粘结失效。无裂纹的金属聚合物的粘结破坏是在应力条件下，聚合物中的弹性体首先被拉伸，从而产生微腔，众多微腔在持续的应力下不断增大，在粘结界面上形成不连续的裂纹，裂纹进一步扩大相连，导致接头的破坏。

文章连接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143749621002013

（赵仲辰）