科技人物

自19世纪末被首次工业化生产以来，铝合金已走过百余年的发展历程。从最初作为奢侈品亮相，到如今成为支撑现代工业的基础材料，其应用版图不断扩张。从航空航天到船舶、车辆，从高楼、桥梁到工业设备，甚至日常生活中的一口锅、一个易拉罐，铝合金的身影无处不在。它以高强度、轻量化等出色的性能深度嵌入现代文明的肌体，为众多行业带来了新的变革。然而，随着各行各业对材料性能的要求日益增长，传统铝合金在耐热性、抗疲劳性等方面逐渐显露出局限，现有材料体系面临着前所未有的挑战，亟须通过新理论、新方法实现跨越式提升。

但承益

“机器学习、人工智能等技术的兴起和快速发展，正深刻改变传统材料科学的研究范式。增材制造等新兴制备工艺的不断突破，正推动新材料与新工艺的深度融合，引领战略性新兴产业的技术变革。”香港城市大学机械工程学系助理教授但承益表示，科研如登山，她希望能够在迎接挑战的过程中，为高性能铝合金制备赋予新的生命力。

探明微观“筋骨”

随着大飞机制造、探月工程等重大空天技术的发展，新一代空天装备对构件强度和减重提出了更高要求。如同一枚硬币的两面，金属材料在强度提升的同时，往往会付出牺牲塑性的代价。如何突破这一“强韧倒置”的困境，实现综合力学性能的提升，是领域内的前沿科学问题，也正是但承益致力于解开的难题。

早在法国巴黎萨克雷大学攻读博士学位期间，但承益便开始专注于铝合金强韧化设计与塑性变形研究。2019年年底回到母校上海交通大学后，她进一步拓展研究方向。恰好，但承益所在的团队购置了电子显微镜、原位拉伸仪等先进设备，她与团队协作搭建了一套集成原位跨尺度力学测试、先进表征技术及高通量机器学习的研究平台。“借助这一平台，我们可以以每个晶粒为基本单元，原位追踪其从变形到断裂的全过程，结合高通量数据统计与机器学习，实现‘化整为零，逐一赋值，统计预测’的跨尺度力学性能评估。”但承益表示，“通过结合原位力学先进表征和机器学习的方式，可以实现材料从微观应力分布到裂纹萌生直至宏观失效的跨尺度物理解构。”

在此基础上，团队系统揭示了多种第二相颗粒在变形过程中的应力协同调控及加工硬化机制，提出了多尺度构型强韧化方法与设计原理，发明了多尺寸强化相、共格相界面及双峰晶粒复合构型协同调控技术，实现了铝合金模量、强度、塑性的同步提升。“通过精准调控多尺度界面结构，让材料在保持高强度的同时也能拥有良好的塑性，从而满足复杂构件的成形要求。”但承益说。目前，该系列研究成果已成功应用于多项航空航天重大工程。

扭转增材劣势

“疲劳”，是但承益研究中的一个关键词。在工程领域，疲劳是金属材料最隐蔽的“杀手”。它并非源于一次性重击，而是在无数次循环载荷下，材料内部逐渐累积损伤，最终引发突然断裂。据统计，约80%的金属结构失效事故都与疲劳有关，优异的抗疲劳性能则是保障金属构件长期安全稳定的生命线。当增材制造（3D打印）技术应用于金属材料时，其加工周期短、材料利用率高、设计自由度大等优势令人瞩目，被视为推动制造业变革的核心技术之一。然而一个无法回避的问题也随之而来：3D打印过程中难以完全避免的微观缺陷，往往成为疲劳裂纹萌生的“策源地”，严重制约3D打印金属作为主承力结构的广泛应用。“以铝合金为例，学界普遍认为3D打印出的铝合金疲劳性能差，难以满足构件安全服役的可靠性要求。”但承益坦言，她最初也接受这一判断，但一次意外的实验颠覆了她的想法。

“我们发现一个3D打印的铝合样品疲劳性能非常优异，是文献报道打印铝合金疲劳性能的两倍，甚至超过了传统高强铝合金的疲劳性能。”这个结果令但承益和团队难以置信。经过多次重复制备、跨机构送检和系统验证，他们终于确认了该发现的可靠性。重复制备多个样本并送交不同机构检测后，结果也一致。进一步研究表明，是3D打印过程中逐层快速凝固形成的三维连续共晶网络结构，赋予了材料天然的高抗疲劳特性。

这无疑是一个激动人心的发现，它表明3D打印技术本身并非疲劳性能差的“原罪”；恰恰相反，其独特的快速凝固过程，很可能打开了设计超高疲劳强度材料的一扇新大门。但承益和团队以陶瓷颗粒增强铝硅镁合金为研究对象，揭示了其内部三维连续微纳双相共晶网络结构抑制疲劳损伤累积的机制。“此前，传统铝合金的抗疲劳强度只能达到抗拉强度的1/3，但我们发现这一结构可将材料的本征疲劳极限提升至抗拉强度的85%，与既有认知形成鲜明对比。”目前，她正带领团队深入探究三维连续网络内位错演化及疲劳破坏机制，旨在将3D打印过程中的微观结构从“缺陷”转变为可主动设计的优势，为高抗疲劳增材制造金属材料的开发提供理论支撑，并将该机制拓展至更广泛的材料体系。

科研如登山

“科研就像登山，整体上是一个不断攀登的过程，但途中总有起伏，我们的状态也难免随之波动。”但承益说，“我的方法是，探索科学边界就像在雾中行走，短暂的迷茫在所难免，但不能停下脚步。正如诗中所言，‘山重水复疑无路，柳暗花明又一村’，只要坚持下去，总能拨开迷雾。”她也将这种理念传递给学生。她喜欢挑战，习惯打破舒适圈，却自称“科研保守派”，从不要求学生必须在短时间内有产出，而是希望他们面对任何课题，都要沉下心来做足调研，“将整体轮廓勾勒完成后再更进一步”。在她的经验中，科研难题往往卡在进度条最后的5%～10%上。“但你不可能直接挑战最后这一道关，而是要先积累起跨过前90%的能力。我希望能通过扎实的科学训练，让学生拥有能够突破科研边界的能力，找到最快解决问题的切入点。”

眼下，但承益正在香港城市大学机械工程学系重新组建团队、搭建实验室。自2025年3月到任以来，她一直在为此而忙碌，并不在意当下的千头万绪，而是更看重未来。随着“十五五”规划明确将航空航天、低空经济作为战略性新兴产业重点来发展。“对于铝合金来说，这是一个非常好的发展方向，因为铝合金本来就是当前最轻的结构材料之一。”但承益对此充满期待，但同时，她也清醒地看到目前适用于增材制造的铝合金体系还十分有限。“我们需要开发更多新材料，进一步挖掘其高强韧、抗疲劳性能，丰富铝合金材料体系，使其更轻、更强，也更适配未来轻量化设备的发展。”这将是她瞄准的又一座山峰，扎实科研、再攀高峰，她已是蓄势待发、信心满满。

专家简介

但承益，香港城市大学机械工程学系助理教授。于上海交通大学材料科学与工程学院获学士/硕士学位，法国巴黎萨克雷大学获博士学位；2019年博士毕业后在上海交通大学金属复合材料全国重点实验室担任博士后/助理研究员；2025年3月加入香港城市大学。长期聚焦金属材料增材制造、高通量原位力学、金属材料疲劳、塑性变形及再结晶等方向，相关研究获得国家自然科学基金面上项目、青年项目C类及深圳市自然科学基金面上项目等持续资助；担任广东省材料研究学会激光与增材制造专业委员会委员；担任《稀有金属》《材料信息学学报》《粉末冶金材料科学与工程》等期刊青年编委；在《自然·材料学》（Nature Materials）、《材料学报》（Acta Materialia）、《国际可塑性杂志》（International Journal of Plasticity）、《书面材料》（Scripta Materialia）等期刊发表论文30余篇。

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