美國國家科學(xué)基金會（NSF）向弗吉尼亞理工大學(xué)牽頭的研究團隊撥款200萬美元，用于開發(fā)適用于極端高溫環(huán)境的自潤滑、耐磨金屬合金。該項目由弗吉尼亞理工大學(xué)材料科學(xué)與工程系副教授蔡文君（Wenjun Cai）與航空航天與海洋工程系副教授傅堯（Yao Fu）共同領(lǐng)導(dǎo)，聯(lián)合亞利桑那州立大學(xué)與愛荷華州立大學(xué)開展。

傳統(tǒng)液體潤滑劑在約600°C以上會失效，而多數(shù)固體潤滑劑易氧化或喪失效能。研究團隊計劃將氧化過程轉(zhuǎn)化為材料功能的一部分。目標(biāo)合金將具備強韌的金屬內(nèi)核，并在高溫運行條件下于表面生成穩(wěn)定的低剪切力氧化物層，從而在接觸面直接提供潤滑作用，且該氧化層有望在部件持續(xù)運轉(zhuǎn)中自我再生。

團隊重點探索復(fù)雜濃度合金（CCAs），通過引入多種主元素擴大成分設(shè)計空間，以調(diào)控強度、相穩(wěn)定性、擴散速率及氧化行為。核心假設(shè)認為，構(gòu)型熵有助于穩(wěn)定大塊合金基體，同時促進表面形成穩(wěn)定的尖晶石結(jié)構(gòu)氧化物。研究將結(jié)合計算模擬初步篩選具備高溫強度與理想氧化路徑的成分候選者，隨后進行實體制造與測試。

增材制造在本項目中不僅是成型手段，更作為材料設(shè)計的變量參與閉環(huán)開發(fā)。研究人員可利用3D打印工藝產(chǎn)生的獨特微觀結(jié)構(gòu)、缺陷分布與殘余應(yīng)力來影響擴散與氧化過程，從而同步優(yōu)化加工參數(shù)與合金成分。實驗數(shù)據(jù)將反哺計算與機器學(xué)習(xí)模型，減少傳統(tǒng)大成分空間探索中的試錯成本。

該項目還致力于構(gòu)建開放的材料研發(fā)框架，產(chǎn)出可復(fù)用的數(shù)據(jù)集、計算工作流、物理引導(dǎo)的機器學(xué)習(xí)模型及逆向設(shè)計方法，未來可拓展至其他材料發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域。目前項目處于早期研究階段，團隊尚未公布確定的合金配方或定量的高溫摩擦磨損性能數(shù)據(jù)。相關(guān)成果若成功實現(xiàn)，有望降低極端溫度系統(tǒng)的摩擦、磨損與維護需求。