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，成為飛機發動機、槳轂等關鍵部件的重要材料。鈦合金性能卓越，卻在加工時容易與模具黏附，降低了工件表面質量與加工精度，從而限制了它在相關領域的應用。近日，西安建築科技大學「鈦潤科技」大學生創業團隊研發出一款黑科技產品，為鈦合金穿上「柔性盔甲」。
團隊走出校園 深入生產一線發現問題
黑磷烯，由黑磷剝離後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」團隊依託功能材料加工國家地方聯合工程研究中心、西安建築科技大學雒建斌院士工作室等平台和「表面功能化調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，優化其抗氧化、潤滑等性能，實現了潤滑介質產品的性能調控，助力鈦合金加工潤滑實現新突破。
回顧研發的過程，要從2021年團隊成立說起。「鈦潤科技」團隊，是西安建築科技大學金屬材料加工工程專業本科四年級學生張若雲，在冶金學院王偉教授的支持下於2021年10月創立。團隊致力於研發鈦合金加工潤滑介質，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，通過調研，他們發現目前國內鈦合金加工所採用的潤滑介質產品大多依賴進口，企業加工面臨成品率低、成本高等困境。如何助企破局，成功研發高效的潤滑介質產品？成員們開始尋找解決問題的關鍵。在王偉引導下，團隊決定從市場調研與風險分析入手，為項目的開展提供堅實的數據支持，還綜合考量了技術、經濟與社會因素，全面評估項目的可行性。
隨後，進入項目研發階段，結合調研發現和相關文獻梳理，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難題。
300餘次嘗試不放棄 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，並經3000餘次工藝參數的精細調整，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。
新的挑戰接踵而至。鈦合金加工通常在600℃以上的高溫環境中進行，現有的潤滑介質無法滿足這樣的溫度條件，如何解決潤滑介質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。他們決定嘗試核殼結構化學合成的方法，通過表面處理後的二維材料「捕獲」納米級無機物，在表面形成一層保護殼，防止氧氣進入內部與潤滑主劑發生氧化反應，從而提升潤滑介質產品的抗氧化性。然而過程中，目標產物包覆率遠低於預期，嚴重影響實驗進度和數據的可靠性。「我們嘗試改變溶劑、調整反應溫度、延長反應時間等反應條件，並對每一步反應進行細緻監控。」張若雲介紹，經過百餘次工藝參數篩選改進，最終實現了95%的包覆率，成功攻克第二大技術難題。
在解決以上兩個難題後，團隊前往企業進行中試。鈦合金在成形的過程中會不斷形成新的表面，而潤滑介質難以在新表面上形成連續穩定的潤滑膜，導致潤滑效果與成品質量不佳。為成功在鈦合金表面形成連續潤滑膜，團隊反覆調適多組元成分之間的配比，經過300餘次的嘗試，2024年3月，團隊基於摩擦化學反應原理，研發了潤滑膜多組元梯度高效潤滑技術，成功使鈦合金成形新表面形成連續穩定的潤滑膜，解決了第三大技術難題。「鈦潤科技」團隊成功研發出黑磷烯基綠色潤滑介質產品，在鈦合金加工中形成連續、緻密的保護層，為鈦合金穿上「柔性盔甲」，從而保障鈦合金加工精度。
據介紹，目前該團隊申請專利15項，發表國內外高水平學術論文13篇，獲第十四屆「挑戰杯」秦創原中國大學生創業計劃競賽主體賽銀獎、2023年中國國際大學生創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，張若雲和團隊成員感慨良多：「這段經歷激勵我們在潤滑技術領域不斷探索與創新，未來，我們還將計劃逐步將產品推廣至整個金屬加工潤滑領域。」
文/任娜 肖雯雯
（西安晚報）
編輯/倪家寧
