西安建筑科技大学学生团队为钛合金穿上“柔性盔甲”
中国教育报-中国教育新闻网讯（通讯员 肖雯雯 记者 冯丽）钛合金因其密度小、比强度高、抗腐蚀性强等特性，成为飞机发动机、桨毂等关键部件的重要材料。但钛合金在加工时容易与模具黏附，降低了工件表面质量与加工精度，限制了其在战机等领域的广泛应用。近日，西安建筑科技大学冶金学院“钛润科技”大学生创业团队研发出黑磷烯绿色润滑介质产品，在钛合金加工中形成连续、致密的保护层，为钛合金穿上了“柔性盔甲”。
黑磷烯，由黑磷剥离后得到的层状二维材料，因其低剪切阻力和高压承载能力，可被用作润滑材料。“钛润科技”团队对黑磷烯等二维材料进行进一步改性，优化其抗氧化、润滑等性能，实现了润滑介质产品的性能调控，助力钛合金加工润滑实现新突破。
成功得来并非偶然。2021年，金属材料加工工程专业大四学生张若云在冶金学院王伟教授支持下创立“钛润科技”大学生创业团队，致力于研发钛合金加工润滑介质，提高钛合金加工效率。
团队成员在宝钛集团、长羽航空等企业调研时，发现目前国内钛合金加工所采用的润滑介质产品大多依赖进口，企业加工面临成品率低、成本高等困境。
如何助企破局，研发出高效的润滑介质产品？在王伟老师引导下，团队结合调研发现和相关文献梳理，了解到钛合金加工面临润滑材料难承载、高温易失效、润滑难成膜三大技术难题。
2022年8月，团队在解决高承载下润滑失效的难题上取得重大突破。通过修饰黑磷烯表面、桥连亲水分子集团解决了钛合金分散难题，并经3000余次工艺参数的精细调整，突破钛合金加工润滑材料承载瓶颈，改性后的黑磷烯承载极限突破1.8GPa。
新的挑战接踵而至。钛合金加工通常在600℃以上的高温环境中进行，而现有润滑介质无法满足这样的温度条件。为解决润滑介质在高温下易氧化失效难题，团队尝试核壳结构化学合成方法，通过表面处理后的二维材料“捕获”纳米级无机物，在表面形成一层保护壳，防止氧气进入内部与润滑主剂发生氧化反应，从而提升润滑介质产品的抗氧化性。然而过程中，目标产物包覆率远低于预期，严重影响实验进度和数据的可靠性。经过百余次工艺参数筛选改进，最终实现了95%的包覆率。
在企业进行中试时，由于钛合金在成形过程中会不断形成新的表面，润滑介质难以在新表面上形成连续稳定的润滑膜，导致润滑效果与成品质量不佳。团队反复调适多组元成分之间的配比，经过300余次的尝试，2024年3月，研发出润滑膜多组元梯度高效润滑技术，成功使钛合金成形新表面形成连续稳定的润滑膜。
凭借对三大技术难题的破解，“钛润科技”团队成功研发出黑磷烯基绿色润滑介质产品。目前，团队申请专利15项，发表国内外高水平学术论文13篇，获第十四届“挑战杯”秦创原中国大学生创业计划竞赛主体赛银奖、2023年中国国际大学生创新大赛全国总决赛高教主赛道金奖等多项荣誉。
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