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          《西安理工大報》 - 第709期

          贊!這位教授用石墨解決行業瓶頸!


          石墨和鉛有一個共同點:都能在紙上畫出黑色的痕跡。但石墨和鉛的基本成分不同,石墨是一種碳質材料,鉛則是一種重金屬?!跋幢M鉛華,返璞歸真”是對我校材料學院蔣百靈教授30余年科研教學生涯最好的詮釋,作為致力于材料制備技術的行業專家,相比鉛,蔣百靈更鐘情于石墨。

          近年來,他帶領團隊通過不斷探索,針對鋁合金壓鑄模具熔蝕和擠壓模具粘黏導致的高值短壽痛點,在傳承我校曾獲國家科技進步二等獎的鑄鐵型材水平連鑄成果的基礎上,以增加石墨球密度數、提升基體高溫強韌性為創新點,研發出可滿足500℃以上使用的自潤滑抗熔蝕共晶石墨鋼型材制備技術,用該型材生產鋁合金壓鑄、擠壓模具,可為提升鋁產業利潤水平創造出新的空間,為汽車工業、軌道交通、消費電子及航空航天領域發展作出新貢獻。

          蔣百靈是我校材料科學與工程學院二級教授,博士生導師。他先后獲國家科技進步二等獎1項、陜西省科學技術一等獎2項、江蘇省科學技術二等獎1項、陜西高??茖W技術一等獎1項,獲陜西省"三五人才工程"、陜西省有突出貢獻專家等12項人才榮譽稱號,獲得社會榮譽獎項16項。

          用微弧賦能鋁鎂合金制品耐蝕抗磨

          和人一樣,任何一種材料都有自己的使用壽命。那些用尖端材料制成、在高精尖科技儀器上發揮關鍵作用的精密零部件,其使用壽命往往直接影響尖端設備的使用壽命。

          猶如人不能依賴肌體增厚脂肪御寒,精密零部件也不能僅靠基體性能來滿足各類服役環境下的抗蝕、耐磨。

          通過什么辦法可以延長材料的使用壽命?“我們的辦法就是給這些材料穿上‘新衣’?!睆?000年開始,蔣百靈帶領團隊創建了“微弧電子學”學術方向,他告訴記者,微弧是一種電化學體系中金屬陰陽極表面的放電現象,這個微納米級小弧斑可在微納秒周期內于物體表面產生高強度等離子體,這種現象在陽極和陰極誘發會有不同的物理特性和應用背景?!拔覀兝眠@種特性就可以進行金屬表面涂層制備、非接觸拋光等精密處理?!笔Y老師介紹?!坝辛恕乱隆?,自然就可以達到‘減磨耐蝕延壽’的效果?!?005年蔣百靈以“鋁鎂合金微弧氧化設備研制”為題,獲得國家科技進步二等獎。

          經過多年的推廣完善,蔣百靈團隊開發的微弧氧化及復合處理技術和裝備已被寫入海裝艇上鋁制設備防腐處理驗收大綱和美國通用汽車車用鎂合金輪轂表面處理規范,已被中車集團、中國航天科技集團、中國航空工業集團、一汽集團、東風汽車、通用汽車、富士康集團、嘉瑞集團等多家企業采用。處理的產品涉及交通及電子產品等行業達一百余種,累計推廣微弧氧化及復合處理生產線七十余條,部分企業提供數據表明新增產值近百億元人民幣。

          用石墨降低鋁鎂合金制品制造成本

          走進位于灃東新城的西安共晶金屬科技有限公司生產車間,記者看到:一種鑲嵌式自潤滑鋁型材擠壓模具正不斷產出。

          鋁合金以其輕質高強等優勢特點在很多領域得到廣泛應用,其消耗總量也由20世紀90年代的每年不到500萬噸,迅猛增長至近年的每年超過5500萬噸。

          但是鋁產業的利潤空間受到鋁價、能耗、人工成本和終端售價限制,如何能夠降低鋁產業鏈的制成成本從而提升利潤空間呢?“只有從消減擠壓模具粘黏、抑制壓鑄模具熔蝕上下功夫,做文章!”

          找準了方向和目標,蔣百靈帶領團隊說干就干。2018年開始,以兩類模具的延壽降耗為材料制備的突破口,研發出自潤滑擠壓模具和抗熔蝕壓鑄模具,通過延長模具的使用壽命,達到降低鋁合金產品制造成本的目標,為提升鋁產業利潤水平創造出新的空間。

          蔣老師介紹,“鋁產業的兩類模具分別涉及到鋁液腐蝕和鋁鐵粘黏難題,均布于高溫熱強鐵基體中的球狀石墨,可同時解決此兩類難題。我們的工作就是圍繞著:如何讓含有鉻鉬釩等反石墨化元素的高碳鐵水中的碳,在凝固時不受鉻鉬釩干擾的凝出球狀石墨,以發揮自潤滑、抗熔蝕功能;而在固態熱處理時碳又部分的與鉻鉬釩元素形成彌散碳化物,以滿足500C°以上使用時的高強韌要求?!?

          對于機械制造業來說,高速關鍵運動件運行速度達到一定程度后,即使能夠通過介質潤滑,也會因滑擦產生的熱力耦合而加劇局部磨損。自潤滑材料的出現,將有效解決這一問題,使得高速運行的“關鍵運動基礎件”的使用壽命更長,將來還將運用到電動汽車的高速減速機等更廣泛的領域中去。

          功夫不負有心人,經過3年多的反復試驗和探索,滿足自潤滑邊界條件和可于500C°以上使用的共晶石墨鋼型材的制備難點被一一突破,并已邁入小批量試產階段。

          有望徹底解決特高壓輸電金具維護問題

          “最讓我感到欣喜的是,此技術還能夠在特高壓電能傳輸方面得到應用?!?

          特高壓電網的鏈接金具是用于固定電線與絕緣子或電塔的關鍵結構件。在西部,特別是新疆、青海等強風地區,輸電線會隨著大風強力舞動,而此時連接金具承受著巨大的往復摩擦力?!皬娏夷Σ習尭邏航鹁弋a生快速磨損直至磨斷,金具斷裂后,國家電網的“走線工”就要冒著高壓危險上去更換新金具。強風地區金具的更換周期多小于一年”如何提高金具的摩擦壽命,從而來降低金具的維護更換頻率,成為電力部門一直想去改變的技術難題?!拔覀兊倪@個技術剛好符合他們的要求?!苯衲暌詠?,團隊正式與國家電網簽署合作協議,開展自潤滑金具的項目研發工作?!跋M軌蛲ㄟ^小批量的試驗,實現特高壓金具從現階段不到半年更換延長到兩年以上的維護周期?!睂τ谶@個項目,蔣老師信心滿滿,“小批量試驗成功后,我們還將投入生產線,以達到大批量生產,徹底解決特高壓輸電金具維護問題?!?

          面向未來,蔣老師說,“我們下一步的計劃就是完成試驗以后,以我們這樣一個小型制造公司為示范平臺,聯合我們陜西的加工制造業,分工序分工段完成我們開發的鋁產業兩類模具和特高壓金具的產品制造?!?

          “教書育人是教師的本職工作”

          “蔣老師的課結合工程實例,讓我對輕量化制造有了更深刻的認識,讓我對各種新材料的應用充滿了好奇?!痹谇^綜合北樓,同學們對蔣老師講授的《材料科學基礎》課程好評如潮。

          不管科研工作多忙,蔣老師都會抽出時間為學生上課。他曾先后主講《新能源材料與器件》《材料科學前沿與新技術》《特種陶瓷學》等多門本科生、碩士生、博士生課程。他說:“科研可以樂在其中,但教學才是教師的本職工作”。蔣老師是這么說的也是這樣做的。

          2005年時,時任材料學院院長的蔣百靈就開始為本科生班級擔任導師,他通過對班級每個學生的特點有針對性地采取不同的指導方式,在他的努力下,指導的材051班取得考研錄取率超過70%的成績。

          從教二十余年來,蔣百靈教授共指導了150余名研究生,遍布祖國大地,為國家金屬材料表面防護領域揮灑青春熱血、施展聰明才智。在他指導的已畢業研究生中,有40余人入職哈工大、河海大學、云南大學等高校晉升教授和博士生導師,10余人成為大型企業領導,還有一大批已成為華為、京東方、西北有色研究院等單位的技術骨干和項目負責人。

          用“需求牽引”的科研理念武裝團隊

          在談到科研方向定位和科研團隊培養話題時,蔣老師說:“科研是一個無事生非、自尋煩惱,同時又樂在其中的一個創新過程?!?

          蔣老師告訴記者,現在大家都會以材料制品化為終極創新形態,在試用體驗中發現不足,在攻堅克難中提升水平,這是一個循序漸進的過程。只要能夠找準制約產業發展的痛點、凝練出技術難點、計算好用得起的成本點,遵循正確的研究方法,就一定可以做出被產業界接受的材料制品。長期堅持,必將形成獨樹一幟的科研特色。

          記者在采訪中了解到,根據工作屬性,蔣百靈成立了兩個科研團隊,一個是微弧科學與技術校內教師團隊,專注于材料制備技術創新和企業設備交付;另一個是專注鐵基自潤滑屬性的石墨鋼技術性能提升和工藝完善的校外科研團隊。兩個團隊以戰略協議有機融合互通有無?!耙孕枨鬄闋恳?,未來,我們將持續聚焦材料制品化的技術創新,讓‘新材料’持續貢獻‘新作為’?!笔Y百靈堅定地說。

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