我國科研人員提出應對金屬疲勞的新思路

科技日報記者 陸成寬

《自然·材料》雜誌4日在線發表了一篇關於金屬疲勞的觀點文章。來自中國科學院金屬研究所的科研人員，系統梳理了金屬疲勞研究的發展歷史和最新進展，並針對極端環境下金屬及合金材料容易“累壞”的問題，提出了新的解決思路，為未來設計更“抗累”的材料指明瞭方向。

金屬疲勞是指金屬材料在反覆受力後，最終被“累垮”斷裂的現象。它就像一個“看不見的破壞者”，嚴重威脅着航空航天、能源裝備、交通運輸等領域重大工程的安全運行。雖然人類研究金屬疲勞已近兩個世紀，但它依然是材料科學中最棘手的難題之一。

“特別是在深空探測、深海開發、核能系統等極端環境下，材料反覆受力且受力方式複雜多變，它的疲勞行為變得非常難以預測，更容易突然出事，造成嚴重後果。”文章作者、中國科學院金屬研究所研究員盧磊介紹，更麻煩的是，現在新材料層出不窮，應用場景也越來越廣，過去應對金屬疲勞的傳統方法也面臨新挑戰。

要突破當前金屬疲勞研究遇到的瓶頸，文章強調需從基礎研究與工程應用兩個維度同時發力。一方面，科研人員要深入開展基礎研究，重點搞清楚那些結構特別複雜的新材料在反覆受力下的基本表現，弄明白它們內部發生了什麼變化、為什麼會“累壞”；另一方面，工程技術人員要聚焦實際應用，重點研究現有的金屬材料和設備在真實複雜環境下的“疲勞”問題。比如，當材料的受力方向不一致、變來變去時，它會怎樣？在高温、嚴寒、強輻射、腐蝕等惡劣環境下，它又會有怎樣的表現和損壞規律。

“特別關鍵的是，解決這個難題不能只靠老思路，需要融合材料設計、先進製備技術、高精度表徵手段及人工智能輔助分析等跨學科方法。”盧磊説，這種多學科交叉融合的研究方式，不僅能幫我們開發出既抗疲勞又比較便宜的新型金屬材料，更有望革新極端環境所用金屬材料的設計理念。