我国科研人员提出应对金属疲劳的新思路

科技日报记者 陆成宽

《自然·材料》杂志4日在线发表了一篇关于金属疲劳的观点文章。来自中国科学院金属研究所的科研人员，系统梳理了金属疲劳研究的发展历史和最新进展，并针对极端环境下金属及合金材料容易“累坏”的问题，提出了新的解决思路，为未来设计更“抗累”的材料指明了方向。

金属疲劳是指金属材料在反复受力后，最终被“累垮”断裂的现象。它就像一个“看不见的破坏者”，严重威胁着航空航天、能源装备、交通运输等领域重大工程的安全运行。虽然人类研究金属疲劳已近两个世纪，但它依然是材料科学中最棘手的难题之一。

“特别是在深空探测、深海开发、核能系统等极端环境下，材料反复受力且受力方式复杂多变，它的疲劳行为变得非常难以预测，更容易突然出事，造成严重后果。”文章作者、中国科学院金属研究所研究员卢磊介绍，更麻烦的是，现在新材料层出不穷，应用场景也越来越广，过去应对金属疲劳的传统方法也面临新挑战。

要突破当前金属疲劳研究遇到的瓶颈，文章强调需从基础研究与工程应用两个维度同时发力。一方面，科研人员要深入开展基础研究，重点搞清楚那些结构特别复杂的新材料在反复受力下的基本表现，弄明白它们内部发生了什么变化、为什么会“累坏”；另一方面，工程技术人员要聚焦实际应用，重点研究现有的金属材料和设备在真实复杂环境下的“疲劳”问题。比如，当材料的受力方向不一致、变来变去时，它会怎样？在高温、严寒、强辐射、腐蚀等恶劣环境下，它又会有怎样的表现和损坏规律。

“特别关键的是，解决这个难题不能只靠老思路，需要融合材料设计、先进制备技术、高精度表征手段及人工智能辅助分析等跨学科方法。”卢磊说，这种多学科交叉融合的研究方式，不仅能帮我们开发出既抗疲劳又比较便宜的新型金属材料，更有望革新极端环境所用金属材料的设计理念。