金属在受到非对称循环外力时会产生“棘轮损伤”，威胁工程安全。我国科研团队通过提出全新结构设计思路，给金属“织”三维“防撞墙”，成功提升金属抗循环蠕变性能，突破了金属材料强度、塑性和稳定性难以兼得的困境，为工程安全提供新方案。
金属，作为至关重要的基础材料，在建筑、能源、交通等众多领域都有着广泛的应用。想象一下，高楼大厦的骨架、能源设施的关键部件以及川流不息的交通载具，无一不离不开金属的支撑。然而，金属并非无坚不摧。当它受到非对称的循环外力作用时，就会产生塑性变形。随着时间的推移，这种塑性变形会逐渐累积，进而形成一种被称为“棘轮损伤”的现象。这种损伤就像是隐藏在金属内部的一颗定时炸弹，它会导致金属突然断裂，给工程安全带来严重的威胁。
在金属的世界里，一直存在着一个如同“不可能三角”般的难题，那就是强度、塑性和使用过程中的稳定性。这三种特性就像是三个难以同时满足的要求，往往很难在同一种金属材料中兼得。而金属材料在循环载荷下的疲劳失效，更是成为了威胁工程安全的隐形杀手。无论是航空发动机涡轮叶片每秒承受的上万次高温高压冲击，还是跨海大桥主缆需要承担的百万吨级动态荷载，都迫切需要相关研究能够突破金属材料的抗循环蠕变瓶颈。
为了攻克这一难题，我国科研人员展现出了非凡的智慧。由中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心卢磊团队领衔的材料领域相关研究取得了重要进展。卢磊形象地比喻说：“金属内部就像一堆积木，受力时积木会发生错位。而当外力反复作用，错位逐渐积累，积木就可能在某一次受力后突然崩塌。”“棘轮损伤”就如同金属的慢性病，它不易被发现，却可能引发灾难性的后果。
那么，科研团队是如何解决这一问题的呢？“研究突破的灵感来自生活中的‘拧麻花’工艺。”卢磊介绍道。研究团队通过精密控制金属的往复扭转，在其内部形成了空间梯度序构位错胞结构。这些亚微米尺度的三维结构就如同无数个“防撞墙”，当外力来袭时，它们既能像弹簧一样吸收变形能量，又能触发原子层面的智能响应——自动形成更细密的次级防护网络。实验显示，相比传统材料，这种新型304奥氏体不锈钢的屈服强度提升了2.6倍，抗循环蠕变性能更是提升了4个数量级。而且整个强化过程均匀发生，不会因局域变形导致破损。加工后的金属材料，与原材料相比，在外观上几乎没有差别。
“这相当于给金属材料装上了会自我强化的纳米减震器。”卢磊解释说。该成果不仅突破了金属材料强度、塑性、稳定性难以兼得的传统困境，更为航空航天、重大基础设施等领域的工程安全提供了全新的解决方案，在多种工程合金材料中都有着广泛应用的潜力。
本文围绕金属“棘轮损伤”威胁工程安全这一问题展开，介绍了我国科研团队通过创新结构设计思路，给金属“织”三维“防撞墙”，提升金属抗循环蠕变性能的研究成果。该成果突破了金属材料特性难以兼得的困境，为工程安全提供了新方案，具有广泛的应用潜力。本文总结
