金属“慢性病”有解！科研成果或延长极端环境部件寿命 金属科研新突破：让关键部件寿命大幅提升

本文介绍了中国科学院金属研究所领衔的国际科研团队在金属材料研究方面的新成果。该团队提出全新结构设计思路，通过往复扭转技术改变金属内部结构，降低了金属的棘轮变形速率，有望提升极端环境下关键部件的使用寿命。

近日，记者从中国科学院金属研究所了解到一则令人振奋的消息。由该所领衔的国际科研团队成功提出了一种别具一格的结构设计思路。他们运用自主研发的往复扭转技术，对金属材料的内部结构进行了巧妙改变。这一创新举措带来了显著的效果，金属材料在保持高强度、高塑性的特性同时，平均棘轮变形速率大幅降低，降低幅度达到了100至10000倍。这一成果意义非凡，极有希望大幅提升极端环境下关键部件的使用寿命。

此项具有重大意义的研究是由中国科学院金属研究所卢磊团队和美国佐治亚理工学院科研团队携手共同完成的。4月4日，相关成果论文在国际顶级学术期刊《科学》上正式发表。

金属作为重要的基础材料，在建筑、能源、交通等众多领域都有着广泛的应用。然而，当金属承受非对称的循环外力时，就会产生塑性变形。随着时间的推移，这种塑性变形会逐渐累积，进而形成“棘轮损伤”。这种损伤犹如一颗隐藏的“定时炸弹”，会导致金属突然断裂，对工程安全构成严重威胁。

中国科学院金属研究所研究员卢磊形象地解释道：“金属内部就如同由一堆‘积木’组成，当受到外力作用时，‘积木’会发生错位。而当外力反复施加，错位不断积累，‘积木’就可能在某一次受力后突然崩塌。”可以说，棘轮损伤就像是金属的“慢性病”，它不易被察觉，但一旦发作，后果不堪设想。

在图片中，科研人员正展示着经加工改造后的金属材料样品。

在此次研究过程中，科研人员在传统304奥氏体不锈钢内部，采用“拧麻花”的独特方式，控制其往复扭转，从而形成了空间梯度序构位错胞结构。这一结构就好比是在金属材料内部植入了亚微米尺度的三维“防撞墙”筋骨网络。当外力来袭时，这些“防撞墙”能够充分吸收冲击，而且整个吸收过程均匀发生，有效避免了因局域变形而导致的破坏。

经过严格验证，这一新型结构取得了令人瞩目的成效。它使金属材料的屈服强度提升了2.6倍，同时与相同强度的不锈钢及其他合金相比，其平均棘轮变形速率降低了100至10000倍。这一成果成功突破了结构材料抗棘轮损伤性能难以提升的瓶颈，在提高金属稳定性的同时，还能确保不牺牲其强度和塑性。

卢磊表示：“这种梯度位错结构具有很强的普适性，在多种工程合金材料中都展现出了广泛的应用潜力，有望显著提升航空航天等极端环境下关键部件的稳定性和使用寿命。”

本文围绕中国科学院金属研究所领衔的国际科研团队在金属材料研究方面的成果展开。团队通过往复扭转技术改变金属内部结构，降低了金属的棘轮变形速率，突破了抗棘轮损伤性能提升的瓶颈，该成果在多种工程合金材料中有广泛应用潜力，有望提升极端环境下关键部件的稳定性和使用寿命。