西安建筑科技大學(xué)學(xué)生團(tuán)隊(duì)為鈦合金穿上“柔性盔甲”

中國教育報(bào)-中國教育新聞網(wǎng)訊（通訊員 肖雯雯 記者 馮麗）鈦合金因其密度小、比強(qiáng)度高、抗腐蝕性強(qiáng)等特性，成為飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、槳轂等關(guān)鍵部件的重要材料。但鈦合金在加工時(shí)容易與模具黏附，降低了工件表面質(zhì)量與加工精度，限制了其在戰(zhàn)機(jī)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。近日，西安建筑科技大學(xué)冶金學(xué)院“鈦潤科技”大學(xué)生創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出黑磷烯綠色潤滑介質(zhì)產(chǎn)品，在鈦合金加工中形成連續(xù)、致密的保護(hù)層，為鈦合金穿上了“柔性盔甲”。

黑磷烯，由黑磷剝離后得到的層狀二維材料，因其低剪切阻力和高壓承載能力，可被用作潤滑材料。“鈦潤科技”團(tuán)隊(duì)對(duì)黑磷烯等二維材料進(jìn)行進(jìn)一步改性，優(yōu)化其抗氧化、潤滑等性能，實(shí)現(xiàn)了潤滑介質(zhì)產(chǎn)品的性能調(diào)控，助力鈦合金加工潤滑實(shí)現(xiàn)新突破。

成功得來并非偶然。2021年，金屬材料加工工程專業(yè)大四學(xué)生張若云在冶金學(xué)院王偉教授支持下創(chuàng)立“鈦潤科技”大學(xué)生創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)，致力于研發(fā)鈦合金加工潤滑介質(zhì)，提高鈦合金加工效率。

團(tuán)隊(duì)成員在寶鈦集團(tuán)、長羽航空等企業(yè)調(diào)研時(shí)，發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)鈦合金加工所采用的潤滑介質(zhì)產(chǎn)品大多依賴進(jìn)口，企業(yè)加工面臨成品率低、成本高等困境。

如何助企破局，研發(fā)出高效的潤滑介質(zhì)產(chǎn)品？在王偉老師引導(dǎo)下，團(tuán)隊(duì)結(jié)合調(diào)研發(fā)現(xiàn)和相關(guān)文獻(xiàn)梳理，了解到鈦合金加工面臨潤滑材料難承載、高溫易失效、潤滑難成膜三大技術(shù)難題。

2022年8月，團(tuán)隊(duì)在解決高承載下潤滑失效的難題上取得重大突破。通過修飾黑磷烯表面、橋連親水分子集團(tuán)解決了鈦合金分散難題，并經(jīng)3000余次工藝參數(shù)的精細(xì)調(diào)整，突破鈦合金加工潤滑材料承載瓶頸，改性后的黑磷烯承載極限突破1.8GPa。

新的挑戰(zhàn)接踵而至。鈦合金加工通常在600℃以上的高溫環(huán)境中進(jìn)行，而現(xiàn)有潤滑介質(zhì)無法滿足這樣的溫度條件。為解決潤滑介質(zhì)在高溫下易氧化失效難題，團(tuán)隊(duì)嘗試核殼結(jié)構(gòu)化學(xué)合成方法，通過表面處理后的二維材料“捕獲”納米級(jí)無機(jī)物，在表面形成一層保護(hù)殼，防止氧氣進(jìn)入內(nèi)部與潤滑主劑發(fā)生氧化反應(yīng)，從而提升潤滑介質(zhì)產(chǎn)品的抗氧化性。然而過程中，目標(biāo)產(chǎn)物包覆率遠(yuǎn)低于預(yù)期，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度和數(shù)據(jù)的可靠性。經(jīng)過百余次工藝參數(shù)篩選改進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)了95%的包覆率。

在企業(yè)進(jìn)行中試時(shí)，由于鈦合金在成形過程中會(huì)不斷形成新的表面，潤滑介質(zhì)難以在新表面上形成連續(xù)穩(wěn)定的潤滑膜，導(dǎo)致潤滑效果與成品質(zhì)量不佳。團(tuán)隊(duì)反復(fù)調(diào)適多組元成分之間的配比，經(jīng)過300余次的嘗試，2024年3月，研發(fā)出潤滑膜多組元梯度高效潤滑技術(shù)，成功使鈦合金成形新表面形成連續(xù)穩(wěn)定的潤滑膜。

憑借對(duì)三大技術(shù)難題的破解，“鈦潤科技”團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出黑磷烯基綠色潤滑介質(zhì)產(chǎn)品。目前，團(tuán)隊(duì)申請(qǐng)專利15項(xiàng)，發(fā)表國內(nèi)外高水平學(xué)術(shù)論文13篇，獲第十四屆“挑戰(zhàn)杯”秦創(chuàng)原中國大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競(jìng)賽主體賽銀獎(jiǎng)、2023年中國國際大學(xué)生創(chuàng)新大賽全國總決賽高教主賽道金獎(jiǎng)等多項(xiàng)榮譽(yù)。