本文轉自：新華每日電訊
此項研究由中國科學院金屬研究所盧磊團隊和美國喬治亞理工學院科研團隊共同完成，相關成果論文4月4日在國際學術期刊《科學》上發表。
金屬是重要的基礎材料，廣泛應用於建築、能源、交通等各個領域。但當金屬受到非對稱的迴圈外力時，會產生塑性變形，塑性變形逐漸累積就會形成“棘輪損傷”。這種損傷會導致金屬突然斷裂，嚴重威脅工程安全。
“金屬內部就像一堆‘積木’，受力時‘積木’會發生錯位。而當外力反覆作用，錯位逐漸積累，‘積木’就可能在某一次受力后突然崩塌。”中國科學院金屬研究所研究員盧磊說，棘輪損傷就像金屬的“慢性病”，不易被發現，但後果嚴重。
此項研究中，科研人員在傳統304奧氏體不鏽鋼的內部，以“擰麻花”的方式控制其往復扭轉形成空間梯度序構位錯胞結構，相當於在金屬材料內植入了亞微米尺度的三維“防撞牆”筋骨網路。當外力來襲時，這些“防撞牆”能夠吸收衝擊，並且整個過程均勻發生，避免了局域變形導致破壞。
經驗證，這一新型結構使金屬材料的屈服強度提升2.6倍，同時較相同強度的不鏽鋼及其他合金，其平均棘輪變形速率降低了100至10000倍，突破了結構材料抗棘輪損傷性能難以提升的瓶頸。在提高金屬穩定性的同時，也不會犧牲其強度和塑性。
“這種梯度位錯結構普適性強，在多種工程合金材料中展現出廣泛的應用潛力，有望提升航空航太等極端環境下關鍵部件的穩定性和使用壽命。”盧磊說。