飛機、大橋壽命有望大幅延長！我國科研人員突破金屬“不可能三角”

你知道嗎？金屬也會得“慢性病”！

航空發動機葉片每秒承受上萬次高温衝擊，跨海大橋纜索日復一日扛着百萬噸重量——這些“國之重器”的金屬部件，其實都在默默忍受着一種名為“棘輪損傷”的折磨。就像人長期勞累會積勞成疾一樣，金屬在反覆受力後，內部會悄悄產生不可逆的損傷，最終可能導致災難性斷裂。 

為了攻克金屬材料不穩定的難題，我國科研人員想出妙招：給金屬“織”一張亞微米尺度的三維“防撞牆”！

4月2日，在中國科學院金屬研究所瀋陽材料科學國家研究中心實驗室，研究人員準備把加工過的金屬材料樣品放進掃描電鏡，以觀察結構變化。本報記者鄒曉菁攝光明圖片

這項突破性成果由中國科學院金屬研究所盧磊團隊於4月4日凌晨在線發佈在《科學》雜誌。他們仿照“擰麻花”的原理，通過特殊工藝在304奧氏體不鏽鋼內部構建出獨特的“梯度序構位錯胞結構”。簡單説，就是在金屬裏造出了無數個“防撞牆”！

這些“防撞牆”有多厲害？

像彈簧一樣吸收外力能量

遇到強衝擊時會“自我升級”，形成更細密的防護網

讓材料強度提升2.6倍

使金屬材料抗疲勞性能提升上萬倍！

4月2日，在中國科學院金屬研究所瀋陽材料科學國家研究中心實驗室，研究人員正準備把金屬樣品放進加工設備。本報記者鄒曉菁攝光明圖片

在金屬的世界裏，一直存在着一個“不可能三角”：強度、塑性和使用過程中的穩定性。這三種特性往往難以兼得。而這次盧磊團隊的研究成果讓這種不可能成為可能！“我們相當於給金屬材料裝上了會自我強化的‘納米減震器’”，盧磊生動解釋道，“而且整個強化過程均勻發生，不會因局域變形導致破損。加工後的金屬材料，與原材料相比，在外觀上幾乎沒有差別。”

4月2日，在中國科學院金屬研究所瀋陽材料科學國家研究中心實驗室，盧磊研究員正在展示加工前後的金屬材料樣品，表面上看不出差別，其內在結構已經發生變化。本報記者鄒曉菁攝光明圖片

這項成果也為航空航天、重大基礎設施等領域的工程安全提供了全新的解決方案。這意味着，以後我們的飛機發動機可以更耐用，跨海大橋能更安全，航天器壽命將更長。

“在多種工程合金材料中，這項成果都有着廣泛應用的潛力，有望為航空航天等極端環境下的關鍵部件的長壽命和高可靠性服役提供重要保障。”盧磊展望道。

（光明日報全媒體記者鄒曉菁、劉勇）