西安建大科研新突破：为“轻量级大力士”钛合金穿上“柔性盔甲”

在飞机翱翔天际的奥秘中，隐藏着一位“轻量级大力士”——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。

钛合金性能卓越，却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。这一问题引发了西安建筑科技大学冶金学院“钛润科技”大学生创业团队的深入关注。团队聚焦于高端润滑介质在钛合金加工中的关键作用，研发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“柔性盔甲”，从而保障钛合金加工精度。

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。团队依托功能材料加工国家地方联合工程研究中心、西安建筑科技大学雒建斌院士工作室等平台和“表面功能化调控黑磷烯纳米片及其摩擦诱导润滑机理”研究项目资助，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。

2021年10月，来自金属材料加工工程专业本科四年级的学生张若云在冶金学院王伟教授的支持下创立了“钛润科技”团队。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。

团队成员深入宝钛集团、长羽航空等企业，通过调研，他们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，成功研发高效的润滑介质产品？成员们开始寻找解决问题的关键。在王伟老师的引导下，团队决定从市场调研与风险分析入手，为项目的开展提供坚实的数据支持，还综合考量了技术、经济与社会因素，全面评估项目的可行性。

进入项目研发阶段，结合调研发现和相关文献梳理，团队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了重大突破。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，攻克了第一大难题。

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，而现有的润滑介质无法满足这样的温度条件，如何解决润滑介质在高温下易氧化失效难题？为此，团队迅速投入新一轮科研攻关。他们决定尝试核壳结构化学合成的方法，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。“我们尝试改变溶剂、调整反应温度、延长反应时间等反应条件，并对每一步反应进行细致监控。”张若云介绍，经过百余次工艺参数筛选改进，最终实现了95%的包覆率，成功攻克第二大技术难题。

在解决以上两个难题后，团队前往企业进行中试。但钛合金在成形的过程中会不断形成新的表面，而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。为成功在钛合金表面形成连续润滑膜，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，团队基于摩擦化学反应原理，研发了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，解决了第三大技术难题。

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。

回顾一路走来的历程，张若云和团队成员感慨良多。“这段经历激励了我们在润滑技术领域中不断探索与创新，未来，我们还将计划逐步将产品推广至整个金属加工润滑领域。”

华商报大风新闻记者 任婷 通讯员 肖雯雯

来源：华商网-华商报

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