中国科学家新突破打破金属“不可能三角”

在金属材料的世界里，有一个“不可能三角”规律，即：金属的强度、塑性、稳定性，这三者不可兼得，此消彼长。我国科学家经过多年研究，提出了一种全新的结构设计思路，成功让金属材料在保持强度和塑性的同时，大幅提升稳定性。这一成果于北京时间4月4日凌晨在国际学术期刊《科学》发表。

中国科学院金属研究所的科研人员告诉记者，金属材料不稳定的原因是在金属中存在一种缺陷，专业人员称之为“位错”。当金属受到单向波动外力时，位错会移动、积累，悄悄形成不可逆转的变形和裂纹，最终导致突然的断裂。这种损伤破坏了材料的稳定性，就像是金属的慢性病，不易被发现，但后果严重。

如何克服金属材料天生的这种缺陷呢？科研人员提出了一种全新的结构设计思路，通过控制金属往复扭转的特定工艺参数，在其内部引入一种空间梯度有序分布的亚微米尺度稳定位错结构，相当于在金属材料内植入了精心设计的亚微米尺度的三维“防撞墙”筋骨网络，从而阻碍位错活动。

中国科学院金属研究所研究员卢磊告诉记者，科研团队通过被称为循环扭转的技术，在晶粒内部搭起来结构单元尺寸只有头发丝尺寸的三百分之一的“钢筋骨架”，也叫位错胞。在金属材料变形的时候，位错胞要发挥关键作用。当外力来袭时，在内部会形成比头发丝还要细万倍的更密集的“防撞墙”，如同给金属的筋骨网络内又注入了会自动演化的纳米“减震器”，赋予了金属令人惊叹的“遇强更强”的超能力，而且整个强化的过程可以做到均匀发生，不会出现局域变形导致的损伤。

据了解，目前团队做出来的这种搭完“钢筋骨架”的金属材料抗循环蠕变的能力，要比传统的金属材料提高一百到一万倍。其特点在于不改变金属的形状、尺寸、表面状态，但金属材料的服役稳定性大幅提升。这一新突破对现代工业中例如航空发动机、压力容器等方面的研发制造具有十分重要的意义。

（总台央视记者帅俊全，褚尔嘉）