在國家自然科學(xué)基金項目（批準(zhǔn)號：92463302、92163202）等資助下，中國科學(xué)院金屬研究所盧磊研究員團隊與海外科研人員合作在金屬結(jié)構(gòu)材料使役行為研究方面取得進展，相關(guān)研究成果以“梯度結(jié)構(gòu)鋼的優(yōu)異抗循環(huán)蠕變性能（Superior resistance to cyclic creep in a gradient structured steel）”為題，于2025年4月3日發(fā)表在《科學(xué)》（Science）上。論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt6666。

疲勞是金屬材料主要的失效形式之一，在承受循環(huán)應(yīng)力或交變載荷的工程結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)尤為顯著。疲勞失效通常發(fā)生在遠低于材料屈服強度的應(yīng)力水平下，具有突發(fā)性和隱蔽性，對工程結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。其中，循環(huán)蠕變（棘輪效應(yīng)）是一種嚴(yán)重的疲勞變形機制，表現(xiàn)為非對稱應(yīng)力循環(huán)與非零平均應(yīng)力作用下循環(huán)塑性應(yīng)變的單向累積，最終導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)破壞。傳統(tǒng)高強度材料常伴隨循環(huán)軟化和應(yīng)變局域化現(xiàn)象，二者耦合加劇棘輪效應(yīng)，加速構(gòu)件過早疲勞失效。提高高強度金屬材料的抗循環(huán)蠕變損傷能力，已成為材料工程領(lǐng)域亟待解決的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。

盧磊研究團隊與海外合作者共同提出了一種基于梯度位錯結(jié)構(gòu)的高強度材料抗疲勞策略，通過在傳統(tǒng)304奧氏體不銹鋼中引入空間梯度序構(gòu)位錯胞結(jié)構(gòu)，成功實現(xiàn)了高強度與優(yōu)異抗循環(huán)蠕變性能的協(xié)同優(yōu)化。該策略使材料屈服強度提升了2.6倍；與具有相同強度的不銹鋼及其他合金相比，其棘輪應(yīng)變速率降低了2-4個數(shù)量級（圖），突破了結(jié)構(gòu)材料抗棘輪損傷性能難以提升的技術(shù)瓶頸。

這是該團隊繼在梯度位錯結(jié)構(gòu)合金材料領(lǐng)域取得突破性進展（梯度位錯結(jié)構(gòu)高強塑性機制，Science，2021；低溫超高應(yīng)變硬化機制，Science，2023）之后，進一步實現(xiàn)了高強度與優(yōu)異抗循環(huán)蠕變性能的協(xié)同提升。梯度序構(gòu)位錯結(jié)構(gòu)作為一種具有普適性的強韌化策略，在多種工程合金材料中展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，將為極端工況下關(guān)鍵部件的長壽命和高可靠性服役提供重要的技術(shù)保障。