我國深層油氣資源豐富，但開采難度較大，目前石油、天然氣對外依存度高達70%和45%，深層油氣的勘探開發(fā)是國家能源安全的重要保障。深海、深地鉆探過程中，高溫、磨損、腐蝕等多因素強耦合導(dǎo)致鉆探機具關(guān)鍵運動部件的服役壽命急劇衰減。金屬陶瓷是由難熔金屬化合物和粘結(jié)金屬由粉末冶金法燒結(jié)而成的一類復(fù)合材料，因兼具陶瓷的高強度、耐腐蝕和金屬的高韌性、抗沖擊等優(yōu)點，被作為耐磨強化材料廣泛應(yīng)用于徑向軸承、扶正器、萬向軸等部件的摩擦接觸面上。金屬陶瓷復(fù)合材料強韌、耐磨、耐蝕性能的協(xié)同提升是深海、深地鉆具運動部件延壽的關(guān)鍵。

中國科學(xué)院海洋新材料與應(yīng)用技術(shù)重點實驗室金屬基復(fù)合材料AI創(chuàng)制團隊在?？煽裳芯繂T的帶領(lǐng)下，采用耦合多尺度理論計算與關(guān)鍵實驗的集成計算材料工程方法，揭示了典型金屬粘結(jié)相與陶瓷硬質(zhì)相在熱-力、力-電化學(xué)耦合條件下的相變規(guī)律與損傷機理(Acta Mater. 2021, 205, 116545; Int. J. Refract. Metal Hard Mater. 2024, 119, 106519);在此基礎(chǔ)上，基于自主構(gòu)筑/開發(fā)的多元金屬基復(fù)合材料數(shù)據(jù)庫與材料智能設(shè)計軟件建立了成分-工藝-結(jié)構(gòu)-性能的映射關(guān)系(Scripta Mater. 2022, 219, 114893; Mater. Res. Lett. 2023, 11(2), 152-158; Ceram. Int. 2022, 48(7), 10086-10097)，實現(xiàn)了強韌、耐磨、耐蝕金屬陶瓷新體系的定向設(shè)計，其中高溫磨損率較傳統(tǒng)體系降低15%以上、海水環(huán)境腐蝕電流密度降低至少1個數(shù)量級(Compos. B Eng. 2023, 249, 110400; Wear 2023, 530, 205021; Int. J. Refract. Metal Hard Mater. 2023, 110, 106044)。