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贵州理工学院学生团队研发高熵合金材料

贵州日报天眼新闻记者 潘晓飞

1月31日晚,贵州理工学院材料与能源工程学院2021级学生张淏东,结束了为期1个月的外出调研工作。

此次深圳之行,张淏东收获颇丰。作为团队负责人,他与清华大学深圳国际研究生院和南方科技大学的多位专家,围绕难熔高熵合金涂层进行深度研讨。

“难熔高熵合金涂层是材料领域的新兴产业,目前还有很大的挖掘空间。深圳是我国的发达地区,科技创新资源非常丰富。除了理论层面,我也深入探访了多家公司,为产品应用寻找意向企业。”张淏东对记者说。

与此同时,在贵州理工学院校内,团队成员们也充分利用寒假,通过高能机械合金化球磨优化难熔高熵合金涂层性能。

2023年12月,2023年贵阳贵安大学生科技创业立项项目名单公示,张淏东团队的《熵创新材——未来制造产业的宝藏》项目入选,将在贵阳落地转化。

2021年9月入学时,热爱科研的张淏东结合就读专业,通过请教学长学姐、了解材料领域前沿、阅读学术期刊等途径,最终选定高熵合金涂层项目。

传统高温耐磨、减摩材料主要基于一种主合金元素,受主元素特性影响,产品存在高温环境下强度低、抗摩擦性能差、耐腐蚀性能差的痛点问题。而高熵合金是由五种或更多高熔点金属元素(Mo、Nb、Hf、Zr、Ti等)组成的均匀固溶体合金。与传统的合金相比,高熵合金的元素含量更加均匀,没有主要的基体相分离,从而表现出许多独特的性质。

张淏东表示,近年来,随着高熵合金的优异性能逐渐被更多人熟知,越来越多的企业开始涉足相关研究。截至目前,高熵合金在企业产品中的应用仍处于探索期或计划期。

目标确定后,团队成员进行多方探索,决定将激光增材技术应用到高熵合金涂层制造中,通过重复筛选找到在高温合金涂层中掺入碳纳米管的配比。

其中,团队成员叶先要制备出了NiMoTiVAl系的难熔高熵合金涂层,性能得到了局部范围的提高;团队成员罗湘兰制备出了HfNbTaTiZr系的难熔高熵合金涂层,赋予材料更出色的弹性、塑性、断裂韧性等。

自团队成立以来的两年多时间里,指导老师龙绍檑以丰富的科研经验和细腻的科研敏觉,为团队提供技术支持和实验操作指导,奋力攻克关键技术。

经过团队的不懈努力,2023年5月,性能优化后的难熔高熵合金涂层产品最终定型。凭借该项科创成果,团队获得各类国家级奖项六项、省级奖项七项。

“部分碳纳米管的掺杂大幅提升了材料的硬度,1000℃时最高可达820兆帕,远高于传统高温合金。其余碳纳米管也可作为润滑剂,提高复合涂层的耐磨性,平均摩擦系数从0.55降至0.44,助力耐磨合金形成。”张淏东说。

研发出难熔高熵合金涂层材料只是第一步,如何将其有效涂覆在基材表面,同样重要。张淏东表示,传统产品的涂层出现片状剥落,主要是因为使用了附着力和柔韧性差的涂料,且墙面或基层表面预处理不充分,导致涂膜硬化和脆化。

在暨南大学教师易艳良的指导下,张淏东等人研发出了实时光束整形激光感应复合熔覆技术。“我们的涂层表面相对光滑,基材无明显变形,涂层组织致密,与基体结合良好,且涂层内无明显裂纹、气孔等缺陷。经测算,涂层用量减少90%,成本降低50%,器件利用率从35.4%提高至95.3%。”张淏东说。

市场急需高强度、高耐磨损、高耐腐蚀的金属材料。去年8月,由张淏东担任法定代表人的贵州淏隆新材料科技有限公司成立,项目由学生作品转变为企业产品,迈出了坚实的一步。

为切实推进成果转化落地,团队多次前往北京、深圳、贵阳等地的企业和科研机构调研,向航空航天、汽车工业、生物医学、钢铁冶金等领域提供高强度、低摩擦、耐腐蚀的新材料涂层制造方案,助力制造强国建设。

2024年6月前进行中试、5年内实现商业化,发展蓝图已绘制。寒假结束后,团队成员将加快走出校园的步伐,促使难熔高熵合金涂层实现更广泛的应用。

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