加拿大团队用人工智能发现耐极端环境新型合金，可用于核电站蒸汽发生器等部件

多伦多大学工程学院一个研究团队近日利用人工智能驱动的材料设计方法，发现了一系列可在极端环境下保持强度的新型金属合金。这类材料适用于增材制造，也就是3D金属打印，有望用于航空航天、发电等领域的定制化高性能零部件制造，其中包括核电站蒸汽发生器等需要承受高温、高压变化的部件。

该项目由多伦多大学材料科学与工程系教授、加拿大极端环境材料与制造研究主席邹宇领导。他表示，喷气式发动机内部、核电站蒸汽发生器等场景对材料提出了严苛要求，传统钢材难以满足相关工况。同时，工程界还需要可逐层打印的材料，以制造传统工艺难以实现的复杂部件，例如外层采用坚硬、韧性强的合金，内层使用更柔软、更轻的材料，从而兼顾强度与轻量化。

研究团队指出，目前许多高性能金属合金主要以镍或钴为单一主体成分，并加入多种元素进行调配。但在庞大的材料组合空间中，尤其是由三种或更多主要元素构成的复杂合金，仍有大量配方尚未被系统探索。为提高筛选效率，邹宇团队与材料科学与工程系教授杰森·哈特里克-辛珀斯合作，引入主动学习方法，将计算机建模、机器学习与机器人辅助制造结合，构建了一个可在较少人为干预下开展迭代实验的“自主实验室”。

据介绍，该主动学习模型会有策略地选择少量样本进行制造和测试，再把实验数据反馈给模型，用于指导下一轮材料设计。论文第一作者、邹宇实验室博士生Ajay Talbot表示，在尚未被充分探索的材料体系中，机器学习常面临数据不足问题，而这种数据精简型模型可以帮助研究人员更快锁定有潜力的材料组合。

在验证阶段，研究人员聚焦由镍、钴、铬三种元素组成的成分复杂合金。短短数周内，自主实验室筛选出六种具有良好新特性的合金。

其中，一种由12%镍、62%钴和26%铬组成的合金，在高达600摄氏度的条件下仍能保持优异硬度。研究团队称，在实验室测试中，该合金的表现比由十余种元素组成的行业常用镍基合金Inconel 625高出4.5%。另一种由36%镍、14%钴和50%铬组成的合金，则面向温度可达1000摄氏度的喷气式发动机后部环境，其高温抗氧化性能比Inconel 625高出85%。研究人员表示，后续目标是将相关材料适用温度进一步提升至最高1200摄氏度。

Talbot表示，镍—钴—铬体系仍是相对简单的三元素体系，但此次研究证明了闭环材料发现平台的有效性。团队下一步计划提高体系复杂度，探索包含十到十二种不同元素的合金，以寻找更多强化机制和实用性能。