美国威斯康星大学麦迪逊分校的科研团队近日取得重要突破，成功开发出一种创新的超声波纳米晶体表面改性技术，可有效恢复因高温敏化而受损的不锈钢耐腐蚀性能。这项研究成果于2025年3月5日发表在材料科学领域权威期刊《冶金与材料学报》上。
不锈钢因其优异的耐腐蚀性和机械性能，被广泛应用于制造业、能源装备、化工设备以及基础设施建设等多个重要领域。然而，当不锈钢暴露在焊接等高温环境下时，会发生被称为"敏化"的材料劣化现象，导致其耐腐蚀性能显著下降。
"不锈钢腐蚀是一个严重的技术难题，"该研究负责人、核工程与材料科学教授库马尔·斯里达兰解释道，"一旦发生腐蚀，不仅需要更换受损部件，还会导致工厂停工，造成巨大的经济损失。"
研究团队开发的超声波纳米晶体表面改性技术采用特制硬质针头，以超高频率(20-40kHz)对不锈钢表面进行精密冲击处理。这种机械处理方式能在不改变材料整体性能的情况下，通过纳米级的晶体结构调整，有效恢复材料的耐腐蚀性能。实验数据显示，经过处理的不锈钢样品，其耐腐蚀性能可恢复到接近原始状态的水平。
为深入理解这一技术的微观作用机理，研究团队与专业科学仪器制造商CAMECA Instruments Inc.展开合作，利用先进的原子探针断层扫描技术进行纳米级三维分析。该技术能够以原子级分辨率精确测定材料中各元素的分布情况。
"原子探针断层扫描为我们提供了前所未有的微观视角，"研究助理科学家卡斯图里·纳拉辛哈·萨西达尔表示，"通过这项技术，我们确认处理后的不锈钢表面形成了均匀的纳米晶体结构，铬元素的分布也更加均衡，这直接解释了耐腐蚀性能提升的原因。"
虽然目前的超声波处理技术尚存在规模化应用的挑战，但这项研究为开发新一代不锈钢表面处理技术指明了方向。研究团队正在探索将该技术与其他表面处理方法相结合的可能性，以期开发出更高效、更适合工业应用的解决方案。
CAMECA公司代表罗伯特·乌尔菲格对这项合作成果给予高度评价："我们与威斯康星大学保持着长期密切的合作关系。这项突破性研究不仅展示了基础研究的重要性，也为解决实际工程问题提供了新思路。"
该研究成果在工业界引起广泛关注。专家认为，这项技术有望应用于核电设备、化工容器、海洋工程等对材料耐腐蚀性能要求极高的领域，为延长关键设备使用寿命、降低维护成本提供新的技术选择。
更多信息： Kasturi Narasimha Sasidhar 等人，《通过强塑性变形诱导孪生实现不锈钢脱敏的纳米级成分均质化》，《冶金与材料学报 A》(2025 年)。
