客观日本

【先驱科研人】像健身一样训练金属,锻炼加研磨提升强度并延长寿命

2026年09月29日 科学家访谈
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Q1 您立志成为研究者的契机是什么?
A1 对“超合金”机器人动画的向往

我的性格就是凡事都会冒出“为什么会这样”的疑问,并且不把疑问搞清楚就不甘心。在反复调查的过程中,对科学的兴趣也愈发浓厚。

对金属产生兴趣的契机来自动画《魔神Z》。看到机器人装甲换成“超合金”后敌人的攻击就失效的场景,我便心生向往:“强大的金属太酷了”。高中时在科学部曾想挑战制作铜与铅的合金,但被老师以“对高中生来说太难了”为由阻止了。之后进入京都大学工学部物理工学科,在选择专业时,我选择了作为所有制造业根基的材料工程学。高中时的遗憾也对我的研究选择起到了推动作用。

Q2 您目前正在从事什么研究?
A2 提高钢铁材料的抗疲劳性能

我开展的研究是提高钢铁材料对疲劳的耐受性。金属在反复承受负荷后会产生裂纹,最终导致破坏。这种疲劳破坏还会引发飞机等事故,因此提高其耐受性是一项重要课题。此前主流研究是利用“裂纹停留”现象提高疲劳极限,但材料高强度化后“裂纹停留”变得十分困难,成为一大难题。

我从学生时代加入赛艇队开始就一直保持健身的习惯,某天突然产生疑问:“为什么人的肌肉通过反复负荷会变强,而金属却会变弱?”人类承受过大负荷也会受伤,若不经恢复便持续训练,也会造成过度疲劳。对金属而言,“受伤”就是裂纹的产生。那么,如果用不产生裂纹的适度负荷进行训练,并施加相当于恢复的处理,金属是不是也可以变强?

于是我构思出了金属的“预疲劳训练”方法。金属反复变形后,表面会产生微小凹凸。凹凸原本是会成为裂纹源头的薄弱点,但通过施加不会诱发裂纹的适宜载荷,让凹凸处反复形变。之后通过研磨去除凹凸后,产生过凹凸的部位会比以前更硬,从而抑制裂纹产生。这种研磨对金属而言就相当于“恢复过程”。通过该方法,我们成功将超高强度钢的疲劳极限提高到此前的2倍。

目前我正在研究将该方法应用于氢气环境。即使尺寸最小的元素氢进入金属内部也会引起氢脆。为推进燃料电池汽车等氢气基础设施建设,我们正在研究使更硬更薄的钢铁能够安全广泛地投入应用。

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在900℃下对钢铁进行热处理的情形。这是预疲劳训练前的材料预处理步骤。

Q3 对有志成为研究者的人有何建议?
A3 珍视内心的“兴奋感”,坚守自己选择的道路

研究的魅力在于,任何人都可以站在自己研究课题的最前沿。在体育运动中,并非人人都能刷新世界纪录,但研究的起跑线则是人类史的最前沿。从那里向无人到达的领域推进,反复试错,这也是科研和体育运动不一样的乐趣。怀揣着站在人类知识最前线的自豪感与责任感,今后我将继续从“抑制裂纹产生”的角度挑战打造不会损坏的最强材料,立志成为该领域的领军研究者。希望有志成为研究者的各位,珍视内心涌起的好奇心和兴奋感,沿着自己坚信的道路前行。(TEXT:畑边康浩)

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我会带1岁的儿子去各种地方。因为孩子喜欢给庭院树木浇水,我们一起去了玫瑰园。

原文:JSTnews 2026年9月号
翻译:JST客观日本编辑部

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