利用石墨“放大招” 讓材料從骨子里“強身健體” 西安市高?？蒲袌F隊破解鋁產(chǎn)業(yè)鏈行業(yè)瓶頸
鋁合金是輕量化制造的主要耗材。但鋁產(chǎn)業(yè)的利潤空間受到鋁價、能耗、人工成本，和終端售價的限制，如何能夠降低鋁產(chǎn)業(yè)鏈的成本從而提升利潤空間呢？
記者在采訪中了解到，西安理工大學材料科學與工程學院二級教授、博士生導師蔣百靈教授團隊，通過探索研發(fā)出的自潤滑擠壓模具有效地解決了這一問題。通過自潤滑抗熔蝕共晶石墨鋼型材制備技術(shù)，讓材料從骨子里“強身健體”，破解了鋁產(chǎn)業(yè)鏈行業(yè)瓶頸問題。
用石墨“放大招”降低鋁合金制品制造成本
近日，走進位于西咸新區(qū)灃東新城的西安共晶金屬科技有限公司生產(chǎn)車間，記者看到，伴隨著機器轟鳴聲，一種鑲嵌式自潤滑鋁型材擠壓模具正不斷產(chǎn)出……制造該模具的材料，正是西安理工大學蔣百靈教授團隊研發(fā)的、可滿足500C°以上使用環(huán)境的共晶石墨鋼。自潤滑擠壓模具是目前國內(nèi)同領域技術(shù)最先進的產(chǎn)品。
生產(chǎn)車間
記者了解到，蔣百靈教授團隊通過不斷探索，以延長鋁制品制成過程中的切削工具、擠壓與壓鑄模具的使用壽命、降低材料消耗為突破口，實現(xiàn)降低鋁合金產(chǎn)品制造成本、提高鋁產(chǎn)業(yè)利潤水平的目標。
對于高端裝備制造業(yè)來說，高速關鍵運動件相對滑動速度達到一定程度后，即使能夠通過介質(zhì)潤滑，也會局部滑擦而產(chǎn)生乏潤滑加劇磨損。同時，由于高速運轉(zhuǎn)的摩擦副之間會因摩擦生熱而致潤滑介質(zhì)失效、使設備無法正常運行。自潤滑材料的出現(xiàn)，將會有效解決這一問題。
“因為在凝固過程組織中均布著細小的石墨球，滿足了結(jié)合面自潤滑的邊界條件，摩擦系數(shù)小了，磨損量就小了，使用時間就延長了。”蔣百靈說。
作為致力于材料制備技術(shù)的行業(yè)專家，近年來，蔣百靈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，在傳承西安理工大學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(shù)、提升基體高溫強韌性為創(chuàng)新點，研發(fā)出可滿足500C°以上使用的自潤滑抗熔蝕共晶石墨鋼型材制備技術(shù)。
用該型材生產(chǎn)鋁合金壓鑄、擠壓模具，可為提升鋁產(chǎn)業(yè)利潤水平創(chuàng)造出新的空間，將來可為汽車工業(yè)、軌道交通、消費電子及航空航天領域發(fā)展做出新貢獻。
以模具延壽降耗為材料制備突破口 破解行業(yè)難題
鋁合金以其輕質(zhì)高強等優(yōu)勢特點在很多領域得到廣泛的應用，但鋁產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)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(fā)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，而達到降低鋁合金產(chǎn)品制造成本的目標，為提升鋁產(chǎn)業(yè)利潤水平創(chuàng)造出新的空間。
蔣百靈介紹說：“鋁產(chǎn)業(yè)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(fā)揮自潤滑、抗熔蝕功能；而在固態(tài)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?！?/p>
指導團隊研發(fā)工作
據(jù)介紹，對于機械制造業(yè)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(zhì)潤滑，也會因滑擦產(chǎn)生的熱力耦合而加劇局部磨損。自潤滑材料的出現(xiàn)，將有效解決這一問題，使高速運行的“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。
經(jīng)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(chǎn)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(shù)還能夠在特高壓電能傳輸方面得到應用?！笔Y百靈說。特高壓電網(wǎng)的連接金具，是用于固定電線與絕緣子或電塔的關鍵結(jié)構(gòu)件。在西部，特別是新疆、青海等強風地區(qū)，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。強烈摩擦會讓高壓金具產(chǎn)生快速磨損直至磨斷。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，是電力部門一直想去改變的技術(shù)難題。
“我們的這個技術(shù)剛好符合他們的要求。”今年以來，蔣百靈團隊正式與國家電網(wǎng)簽署了合作協(xié)議，開展自潤滑金具的項目研發(fā)工作?！跋Ｍ軌蛲ㄟ^小批量的試驗，實現(xiàn)特高壓金具從現(xiàn)階段不到半年更換，延長到兩年以上的維護周期?！笔Y百靈說，“小批量試驗成功后，我們還將投入生產(chǎn)線，以達大批量生產(chǎn)，徹底解決特高壓輸電金具維護問題?！?/p>
面向未來，蔣百靈說：“我們下一步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(lián)合陜西的加工制造業(yè)，分工序、分工段完成我們開發(fā)的鋁產(chǎn)業(yè)兩類模具和特高壓金具的產(chǎn)品制造?！?/p>
輕量化制造在西安市及陜西省已形成較為完善的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)
記者了解到，以鋁合金為主要耗材的輕量化制造在西安市及陜西省已形成較為完善的產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)。除已被國家布局為航空產(chǎn)業(yè)基地的飛機制造業(yè)需要大量的高端鋁合金結(jié)構(gòu)件外，電動汽車產(chǎn)銷量最大的比亞迪集團、車用減速機主要制造商法斯特等，都在自產(chǎn)或委托省內(nèi)配套企業(yè)壓鑄完成大量的鋁合金壓鑄件。
另外，為了配合陜西省乃至西北地區(qū)輕量化制造的迅猛發(fā)展，銅川市已于十多年前開始布局從原材料到鋁型材和壓鑄件的全產(chǎn)業(yè)鏈制造基地，年產(chǎn)10萬噸的銘帝鋁型材、和年產(chǎn)300萬只輪轂的達美壓鑄等，已引起國內(nèi)同行的高度關注。
“自潤滑擠壓和抗熔蝕壓鑄兩類專用材料的應用推廣，必將為陜西省輕量化制造的利潤水平提升和產(chǎn)品競爭力增強作出貢獻。”蔣百靈信心滿滿地說。
文/圖：西安報業(yè)全媒體記者 任娜 通訊員 李博
