科研人员提出新策略 突破金属疲劳研究瓶颈

中国网/中国发展门户网讯 北京时间8月4日，中国科学院金属研究所潘庆松研究员和卢磊研究员应邀在国际顶级期刊《自然材料》在线发表观点文章，系统总结回顾金属疲劳领域的研究基础和进展，并提出了应对极端环境下金属及合金材料疲劳失效挑战的新策略，为未来抗疲劳材料设计提供了重要指导。

金属疲劳堪称工程材料的“隐形杀手”，其持续威胁着航空航天、能源装备、交通运输等重大工程领域的安全运行与可靠性保障。尽管人类研究金属疲劳现象已近两个世纪，但它仍然是材料科学领域最具挑战性的课题之一。这一问题的严峻性在深空探测、深海开发、核能系统等极端环境应用中尤为凸显：在这些苛刻条件下，材料承受复杂循环载荷时表现出的疲劳行为具有高度复杂性和不可预测性，可能导致灾难性失效。更值得关注的是，随着新型材料体系的快速发展和工程应用场景的不断拓展，传统抗疲劳设计方法也面临新的挑战。

文章强调，要突破当前疲劳研究的瓶颈，需从基础研究与工程应用两个维度协同推进：在基础研究层面，着重探究新材料（如跨尺度多层级结构金属）的基本疲劳特征，揭示其演化规律与物理本质，进一步深化对金属疲劳损伤微观机制的系统认知；在工程应用层面，聚焦传统金属及相关构件和装备在复杂使役环境下的疲劳损伤行为，重点研究非对称或多轴复杂疲劳载荷、极端环境（如高温、低温、辐照、腐蚀及其耦合作用）下疲劳响应、损伤特征及规律。与此同时，亟需创新性地融合材料设计、先进制备技术（如增材制造）、高精度表征手段及人工智能辅助分析等跨学科方法。这种多学科交叉融合的研究范式，不仅为开发兼具高疲劳抗性与低成本优势的金属材料提供了新途径，更可能推动极端环境用材设计理念的革新。