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《自然·材料》雜志4日在線發(fā)表了一篇關(guān)于金屬疲勞的觀點(diǎn)文章。來自中國科學(xué)院金屬研究所的科研人員，系統(tǒng)梳理了金屬疲勞研究的發(fā)展歷史和最新進(jìn)展，并針對極端環(huán)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(shè)計(jì)更“抗累”的材料指明了方向。

金屬疲勞是指金屬材料在反復(fù)受力后，最終被“累垮”斷裂的現(xiàn)象。它就像一個(gè)“看不見的破壞者”，嚴(yán)重威脅著航空航天、能源裝備、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域重大工程的安全運(yùn)行。雖然人類研究金屬疲勞已近兩個(gè)世紀(jì)，但它依然是材料科學(xué)中最棘手的難題之一。

“特別是在深空探測、深海開發(fā)、核能系統(tǒng)等極端環(huán)境下，材料反復(fù)受力且受力方式復(fù)雜多變，它的疲勞行為變得非常難以預(yù)測，更容易突然出事，造成嚴(yán)重后果?！蔽恼伦髡摺⒅袊茖W(xué)院金屬研究所研究員盧磊介紹，更麻煩的是，現(xiàn)在新材料層出不窮，應(yīng)用場景也越來越廣，過去應(yīng)對金屬疲勞的傳統(tǒng)方法也面臨新挑戰(zhàn)。

要突破當(dāng)前金屬疲勞研究遇到的瓶頸，文章強(qiáng)調(diào)需從基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用兩個(gè)維度同時(shí)發(fā)力。一方面，科研人員要深入開展基礎(chǔ)研究，重點(diǎn)搞清楚那些結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜的新材料在反復(fù)受力下的基本表現(xiàn)，弄明白它們內(nèi)部發(fā)生了什么變化、為什么會“累壞”；另一方面，工程技術(shù)人員要聚焦實(shí)際應(yīng)用，重點(diǎn)研究現(xiàn)有的金屬材料和設(shè)備在真實(shí)復(fù)雜環(huán)境下的“疲勞”問題。比如，當(dāng)材料的受力方向不一致、變來變?nèi)r(shí)，它會怎樣？在高溫、嚴(yán)寒、強(qiáng)輻射、腐蝕等惡劣環(huán)境下，它又會有怎樣的表現(xiàn)和損壞規(guī)律。

“特別關(guān)鍵的是，解決這個(gè)難題不能只靠老思路，需要融合材料設(shè)計(jì)、先進(jìn)制備技術(shù)、高精度表征手段及人工智能輔助分析等跨學(xué)科方法。”盧磊說，這種多學(xué)科交叉融合的研究方式，不僅能幫我們開發(fā)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(huán)境所用金屬材料的設(shè)計(jì)理念。