人民網北京4月10日電（記者趙竹青）記者從中國科學院金屬研究所獲悉，該所沈陽材料科學國家研究中心盧磊團隊領銜的國際研究團隊，日前在《科學》雜志發表最新成果，首次實現金屬材料強度、塑性與穩定性的平衡，為航空航天、能源化工等領域的極端環境關鍵部件長壽命服役提供了革命性解決方案。
在萬米高空，航空發動機渦輪葉片每秒承受上萬次高溫高壓沖擊；在跨海大橋上，懸索橋主纜需常年扛住百萬噸級動態荷載——這些“國之重器”的安全運行，始終受制于金屬材料在循環載荷下的疲勞失效難題。
在金屬的世界里，有一個“不可能三角”：強度、塑性和使用過程中的穩定性。強度讓金屬堅固，塑性使金屬被塑造成各種形狀，而穩定性則確保它在長期使用中不會失效。然而，這三種特性往往難以兼得。
金屬不穩定的原因是在金屬中存在一種缺陷就是位錯，當金屬受到單向波動外力時，位錯會移動、積累，悄悄形成不可逆轉的變形和裂紋，最終導致突然的斷裂，這也就是所說的“棘輪損傷”。這種損傷破壞了材料的穩定性，就像是金屬的慢性病，不易被發現，但后果嚴重。
科研人員通過在傳統304奧氏體不銹鋼中引入空間梯度序構位錯胞結構，使材料屈服強度提升2.6倍，同時較相同強度的不銹鋼及其它合金，其平均棘輪應變速率降低了2至4個數量級，突破了結構材料抗棘輪損傷性能難以提升的瓶頸。
引入空間梯度序構位錯胞結構的方式就像“擰麻花”，科研人員通過控制金屬往復扭轉的特定工藝參數，在其內部引入一種空間梯度有序分布的穩定位錯胞結構，它可以阻礙位錯的移動，相當于在金屬材料內植入了精心設計的亞微米尺度的三維“防撞墻”筋骨網絡。
當外力來襲時，這些“防撞墻”既能像彈簧一樣吸收變形能量，又能在原子層面觸發神奇的形態轉換——在網絡內部會進一步形成比頭發絲細萬倍的更密集、更細小的“防撞墻”，如同給金屬的筋骨網絡內又注入了會自動修復的納米“減震器”，賦予了金屬令人驚嘆的“遇強更強”的超能力；更神奇的是，整個強化過程均勻發生，避免了局域變形導致破損。
這種梯度位錯結構作為一種普適性強的韌化策略，在多種工程合金材料中展現出廣泛的應用潛力，有望為航空航天等極端環境下關鍵部件的長壽命和高可靠性服役提供重要保障。