飛機翱翔天際，“輕量級大力士”鈦合金功不可沒，因其密度小、抗腐蝕性強等特性，成為飛機發(fā)動機、槳轂等關(guān)鍵部件的重要材料。鈦合金性能卓越，卻在加工時容易與模具黏附，降低了工件表面質(zhì)量與加工精度，從而限制了它在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。近日，西安建筑科技大學“鈦潤科技”大學生創(chuàng)業(yè)團隊研發(fā)出一款黑科技產(chǎn)品，為鈦合金穿上“柔性盔甲”。

　　團隊走出校園深入生產(chǎn)一線發(fā)現(xiàn)問題

　　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”團隊依托功能材料加工國家地方聯(lián)合工程研究中心、西安建筑科技大學雒建斌院士工作室等平臺和“表面功能化調(diào)控黑磷烯納米片及其摩擦誘導潤滑機理”研究項目資助，對黑磷烯等二維材料進行進一步改性，優(yōu)化其抗氧化、潤滑等性能，實現(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現(xiàn)新突破。

團隊成員討論實驗方案

　　回顧研發(fā)的過程，要從2021年團隊成立說起。“鈦潤科技”團隊，是西安建筑科技大學金屬材料加工工程專業(yè)本科四年級學生張若云，在冶金學院王偉教授的支持下于2021年10月創(chuàng)立。團隊致力于研發(fā)鈦合金加工潤滑介質(zhì)，提高鈦合金加工效率。

　　前期，團隊成員深入寶鈦集團、長羽航空等企業(yè)，通過調(diào)研，他們發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)鈦合金加工所采用的潤滑介質(zhì)產(chǎn)品大多依賴進口，企業(yè)加工面臨成品率低、成本高等困境。如何助企破局，成功研發(fā)高效的潤滑介質(zhì)產(chǎn)品？成員們開始尋找解決問題的關(guān)鍵。在王偉引導下，團隊決定從市場調(diào)研與風險分析入手，為項目的開展提供堅實的數(shù)據(jù)支持，還綜合考量了技術(shù)、經(jīng)濟與社會因素，全面評估項目的可行性。

　　隨后，進入項目研發(fā)階段，結(jié)合調(diào)研發(fā)現(xiàn)和相關(guān)文獻梳理，團隊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。

　　300余次嘗試不放棄突破三大難題

　　2022年8月，通過修飾黑磷烯表面、橋連親水分子集團解決了鈦合金分散難題，并經(jīng)3000余次工藝參數(shù)的精細調(diào)整，突破鈦合金加工潤滑材料承載瓶頸，攻克了第一大難題，解決高承載下潤滑失效的難題，取得了第一階段重大突破。

　　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)境中進行，現(xiàn)有的潤滑介質(zhì)無法滿足這樣的溫度條件，如何解決潤滑介質(zhì)在高溫下易氧化失效難題？為此，團隊迅速投入新一輪科研攻關(guān)。他們決定嘗試核殼結(jié)構(gòu)化學合成的方法，通過表面處理后的二維材料“捕獲”納米級無機物，在表面形成一層保護殼，防止氧氣進入內(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，目標產(chǎn)物包覆率遠低于預(yù)期，嚴重影響實驗進度和數(shù)據(jù)的可靠性。“我們嘗試改變?nèi)軇⒄{(diào)整反應(yīng)溫度、延長反應(yīng)時間等反應(yīng)條件，并對每一步反應(yīng)進行細致監(jiān)控。”張若云介紹，經(jīng)過百余次工藝參數(shù)篩選改進，最終實現(xiàn)了95%的包覆率，成功攻克第二大技術(shù)難題。

　　在解決以上兩個難題后，團隊前往企業(yè)進行中試。鈦合金在成形的過程中會不斷形成新的表面，而潤滑介質(zhì)難以在新表面上形成連續(xù)穩(wěn)定的潤滑膜，導致潤滑效果與成品質(zhì)量不佳。為成功在鈦合金表面形成連續(xù)潤滑膜，團隊反復(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，團隊基于摩擦化學反應(yīng)原理，研發(fā)了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，解決了第三大技術(shù)難題。“鈦潤科技”團隊成功研發(fā)出黑磷烯基綠色潤滑介質(zhì)產(chǎn)品，在鈦合金加工中形成連續(xù)、致密的保護層，為鈦合金穿上“柔性盔甲”，從而保障鈦合金加工精度。

　　據(jù)介紹，目前該團隊申請專利15項，發(fā)表國內(nèi)外高水平學術(shù)論文13篇，獲第十四屆“挑戰(zhàn)杯”秦創(chuàng)原中國大學生創(chuàng)業(yè)計劃競賽主體賽銀獎、2023年中國國際大學生創(chuàng)新大賽全國總決賽高教主賽道金獎等多項榮譽。回顧一路走來的歷程，張若云和團隊成員感慨良多：“這段經(jīng)歷激勵我們在潤滑技術(shù)領(lǐng)域不斷探索與創(chuàng)新，未來，我們還將計劃逐步將產(chǎn)品推廣至整個金屬加工潤滑領(lǐng)域。”