中試助力，高熵合金有了熔煉新工藝

——從實驗室跑向生產(chǎn)線（二）

設(shè)備轟鳴，震得地面微微發(fā)顫。5月8日，在北京理工大學(xué)唐山研究院，技術(shù)人員將多種高熔點、高密度的單質(zhì)金屬放進一臺一體化成形裝備。

在這里，憑借超高溫潔凈熔煉等一系列核心技術(shù)，不起眼的金屬可以變成國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)不可或缺的高端材料，應(yīng)用于半導(dǎo)體、光纖通信、航空航天、核能等高精尖領(lǐng)域。

“普通金屬按噸賣，而我們的高熵合金按克賣。”北京理工大學(xué)唐山研究院院長助理劉增猛說。

高熵合金是一種復(fù)雜特種合金，由5種及以上主元金屬組成，能耐極端高溫、抗強腐蝕，在惡劣環(huán)境中依然保持高性能。但長期以來，這類高端材料的制備技術(shù)一直被國外壟斷，制約了我國航空航天、海洋鉆探等領(lǐng)域的發(fā)展。

“不同金屬元素之間性質(zhì)差異大、不相容，就像五六個人，性格不同、喜好不一，要把他們變成一個高度融合、不離不散的共同體，依托傳統(tǒng)熔煉工藝幾乎不可能。”北京理工大學(xué)高熵合金與數(shù)智化制造團隊負(fù)責(zé)人孫世海說。

歷經(jīng)十年攻關(guān)，高熵合金與數(shù)智化制造團隊研發(fā)出超高溫潔凈熔煉技術(shù)，并按照相關(guān)理論打造原理樣機。

但當(dāng)年打造出的首臺樣機，許多零件都是“手?jǐn)€”的——一個大罐體上，裸露懸掛著一堆電路板，由于不是標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備，大量測試指標(biāo)達不到產(chǎn)品注冊要求。

從樣品到產(chǎn)品，中試是關(guān)鍵一環(huán)。

“前期研究經(jīng)費已經(jīng)用完，后續(xù)投入主要靠團隊‘化緣’。”孫世海告訴記者，設(shè)備要錢，場地要錢，材料要錢，這個階段僅靠自己打拼，太難了。

山窮水盡時，團隊找到了由北京理工大學(xué)和唐山市政府共建的北京理工大學(xué)唐山研究院。

研究院打造了先進功能材料科技成果中試平臺，為他們提供1400平方米的車間，場地、水電費用全免，為團隊省下一大筆開支。設(shè)備研發(fā)需要零部件，平臺幫助團隊在唐山本地尋找供應(yīng)商，降低對接和交通成本。

2022年，這條中試產(chǎn)線在這里“點火”。

孫世海忘不了第一次開爐時的場景。實驗室里，熔煉設(shè)備一次只能處理5公斤原料，高熵合金在重力作用下自然凝固，表面光潔、內(nèi)部致密。大家心想：放大到20公斤的規(guī)模，“小鍋”換“大鍋”，配方照搬，參數(shù)微調(diào)，能出多大問題？

設(shè)備打開的那一刻，所有人的心都沉了下去——取出的合金錠上，布滿了大大小小的孔洞，完全不能用。

重力成形的路走不通，團隊必須調(diào)整工藝。

他們借助中試平臺的測試設(shè)備和工程師團隊，創(chuàng)新提出“負(fù)壓吸鑄”方案，用抽真空的方式，把金屬液“吸”進模具的每一條縫隙。

難題接踵而至。高溫導(dǎo)致設(shè)備密封件漏氣，真空度達不到要求，吸不成形；電力供應(yīng)不足，設(shè)備運行忽快忽慢，熔體溫度波動劇烈；某些高活性金屬與空氣中的微量氧發(fā)生反應(yīng)，生成雜質(zhì)……

“這些在實驗室里根本無法想象的技術(shù)挑戰(zhàn)，經(jīng)過我們反復(fù)摸索，在中試平臺都找到了答案。”孫世海說。

2024年，團隊攻克了復(fù)雜特種合金全純凈、均勻化熔煉技術(shù)，實現(xiàn)了從超高溫熔煉到粉末、絲棒材及零部件的一體化成形。流程大幅縮短，成品率從60%提升到90%以上，成本降低50%以上。這項成果獲得首屆金磚國家發(fā)明展金獎，并在日內(nèi)瓦國際發(fā)明展上摘得銀獎。

為推動科技成果加速落地轉(zhuǎn)化，2025年，省科技廳對先進功能材料科技成果中試平臺立項支持，鼓勵平臺開放中試、研發(fā)、檢測、孵化等創(chuàng)新資源，打造京津科技成果中試首選地。

乘著政策東風(fēng)，團隊成立寧谷科技（唐山）有限公司，入駐中試平臺，享受專業(yè)的創(chuàng)業(yè)指導(dǎo)服務(wù)。同時，通過參加行業(yè)展會、資本對接會等，公司還結(jié)識了一大批上下游合作伙伴。

看好團隊的技術(shù)優(yōu)勢和發(fā)展前景，前不久，北京一家投資機構(gòu)主動找來，投資了2000多萬元。

政策好、有扶持，如今，寧谷科技已經(jīng)拿到國內(nèi)鈦合金龍頭企業(yè)的訂單，相關(guān)產(chǎn)品進入驗證階段。他們還進軍電子市場，服務(wù)手機高端制造。（河北日報記者 王璐丹）

黃驊 融 媒

來源：河北日報

編 輯：劉恬菲