为钛合金穿上“柔性盔甲”——大学生团队研发黑磷烯绿色润滑介质产品助力钛合金加工更高效

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。

黑磷烯分散原理图

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。

高温抗氧化宏观效果对比图

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。

高效持续润滑设计图及实现效果展示图

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。”（通讯员：肖雯雯）

来源：西安建筑科技大学