15名本科生“玩轉(zhuǎn)”高精尖的鈦合金

十月二十五日，重慶大學(xué)A區(qū)電氣工程學(xué)院先進(jìn)電磁制造實(shí)驗(yàn)室，熊家露（右）在做電磁成形實(shí)驗(yàn)。記者 鄭宇 攝\視覺(jué)重慶

??你知道鈦合金嗎？看似“高精尖”的它，其實(shí)離我們并不遙遠(yuǎn)。比如，近期多款熱門智能手機(jī)產(chǎn)品均有鈦合金材料應(yīng)用。

??前不久在上海舉行的中國(guó)國(guó)際大學(xué)生創(chuàng)新大賽（2024）總決賽中，重慶大學(xué)“磁鈦科技”團(tuán)隊(duì)?wèi){借在微秒級(jí)鈦合金電磁成形設(shè)備方面的領(lǐng)先研究，斬獲高教主賽道金獎(jiǎng)。這個(gè)團(tuán)隊(duì)是如何“玩轉(zhuǎn)”鈦合金的？近日，記者采訪了“磁鈦科技”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院大四學(xué)生熊家露和她的隊(duì)員們。

??為攻克鈦合金電磁成形

??15名跨專業(yè)本科生組隊(duì)搞科研

??10月25日中午，重慶大學(xué)A區(qū)電氣工程學(xué)院先進(jìn)電磁制造實(shí)驗(yàn)室，戴著眼鏡、扎著馬尾辮的熊家露正在做著電磁成形實(shí)驗(yàn)。

??實(shí)驗(yàn)室不到20平方米，擺放其間的各種設(shè)備器材，都是熊家露和團(tuán)隊(duì)成員們的“寶貝”。

??為何選擇電氣工程？“可能是因?yàn)槲覑?ài)折騰吧，從小就喜歡折騰家里的遙控汽車、遙控器，把它們一次次完全拆解又安裝回去?！毙芗衣墩f(shuō)，當(dāng)然，大部分時(shí)候都裝不回去，或者裝回去也用不了，于是，在高考填報(bào)專業(yè)志愿時(shí)，她選擇了電氣工程。

??“我們學(xué)院有3個(gè)國(guó)家級(jí)科研平臺(tái)，大一時(shí)，我就對(duì)輸變電裝備技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究的電磁力產(chǎn)生了興趣。”熊家露說(shuō)，為推進(jìn)新工科建設(shè)，學(xué)校向全校學(xué)生開(kāi)放了國(guó)家級(jí)科研平臺(tái)和教學(xué)平臺(tái)，于是，她抱著試一試的心態(tài)，進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)電磁制造團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)。

??此后，熊家露不僅學(xué)習(xí)電磁成形技術(shù)相關(guān)知識(shí)，還跟著老師和師兄師姐們開(kāi)展電磁成形實(shí)驗(yàn)。

??什么是電磁成形？“電磁成形就是利用瞬間的高壓脈沖磁場(chǎng)，迫使坯料在電磁力作用下，高速成形的一種方法?！毙芗衣赌闷鹨粔K前不久才成形的鈦合金片展示。

??在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，熊家露發(fā)現(xiàn)，對(duì)于導(dǎo)電性較差的鈦合金來(lái)講，電磁成形非常困難，便萌發(fā)了攻克鈦合金電磁成形這一難題的想法。

??在一次討論中，她勇敢地提出這一想法，沒(méi)想到得到老師和師兄師姐們的肯定。在指導(dǎo)老師周言的鼓勵(lì)下，她和機(jī)械與運(yùn)載工程學(xué)院馬欽仕、電氣工程學(xué)院湯靖、環(huán)境與生態(tài)學(xué)院李穎、經(jīng)濟(jì)與工商管理學(xué)院趙婉妤等14名本科生組建起“磁鈦科技”團(tuán)隊(duì)。

??做了無(wú)數(shù)次測(cè)試

??曾發(fā)生過(guò)局部爆炸

??做科研并非一帆風(fēng)順，尤其是對(duì)一個(gè)本科生團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)。

??“鈦合金電磁成形并非易事。”周言說(shuō)，比如，鈦合金難以在電磁場(chǎng)中感應(yīng)足夠使其成形的電磁力。

??要產(chǎn)生足夠的電磁力，需要在眨一次眼睛萬(wàn)分之一左右的時(shí)間內(nèi)，對(duì)脈沖波形進(jìn)行控制。這就需要團(tuán)隊(duì)的研究從電路結(jié)構(gòu)、連接裝置等從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)，同時(shí)配合所需絕緣強(qiáng)度開(kāi)展仿真與實(shí)驗(yàn)研究，逐步攻克電路優(yōu)化降低雜散參數(shù)等難題，最終才能研制出微秒級(jí)鈦合金電磁脈沖成形設(shè)備。

??“為得到某個(gè)平衡值，我們做了無(wú)數(shù)次測(cè)試?！毙芗衣墩f(shuō)，去年夏天，團(tuán)隊(duì)中的一位同學(xué)將線圈之間的距離設(shè)置得太近，而熊家露為了提高電磁力，又將工作電壓設(shè)置得較高，導(dǎo)致線圈間的絕緣材料瞬間被擊穿，造成局部爆炸并發(fā)出巨大的聲響，“有個(gè)女生直接被嚇哭了。”所幸無(wú)人受傷，也沒(méi)造成大的破壞。

??還有一次，實(shí)驗(yàn)造成短路放電，不僅造成實(shí)驗(yàn)室跳閘，還打壞了門衛(wèi)師傅的電視?！笆艽旄锌隙ㄓ?，但哪有隨隨便便的成功，我很快調(diào)整了自己的心態(tài)，并第一時(shí)間與團(tuán)隊(duì)成員溝通，一起制定改進(jìn)計(jì)劃。”熊家露說(shuō)。

??在設(shè)計(jì)鈦合金管件電磁力機(jī)構(gòu)時(shí)，要先通過(guò)有限元仿真軟件進(jìn)行模擬，但仿真模型一直難以實(shí)現(xiàn)應(yīng)有效果。那段時(shí)間，熊家露便泡在實(shí)驗(yàn)室兩個(gè)周期，反復(fù)學(xué)習(xí)調(diào)試模型參數(shù)。在仿真完成確定具體結(jié)構(gòu)后，為了節(jié)約時(shí)間以及方便溝通，熊家露又與團(tuán)隊(duì)成員跑去機(jī)械加工廠陪師傅一起加工。

??做科研要找準(zhǔn)企業(yè)需求

??解決實(shí)際問(wèn)題

??“這次能拿下國(guó)賽金獎(jiǎng)和重慶賽區(qū)冠軍，與我們這個(gè)項(xiàng)目既攻克技術(shù)難題，又契合企業(yè)實(shí)際需求有關(guān)?！鲍@獎(jiǎng)后，熊家露在與團(tuán)隊(duì)成員總結(jié)時(shí)分析道。

??她說(shuō)，團(tuán)隊(duì)一開(kāi)始只是聚焦于技術(shù)的突破，但該技術(shù)是否契合企業(yè)需求，是否能真正解決企業(yè)遇到的實(shí)際難題，他們并未多想。

??在此次參賽過(guò)程中，另一位項(xiàng)目指導(dǎo)老師、市教委就業(yè)創(chuàng)業(yè)專家?guī)鞂?dǎo)師王鵬飛帶他們走進(jìn)賽力斯、長(zhǎng)安等企業(yè)生產(chǎn)一線進(jìn)行調(diào)研實(shí)踐，了解企業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題，更精確地找準(zhǔn)企業(yè)的需求。

??“鈦合金具有強(qiáng)度高、耐性好等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)、航空航天與生物醫(yī)療等領(lǐng)域?！毙芗衣墩f(shuō)，未來(lái)，她將繼續(xù)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)深耕鈦合金電磁成形領(lǐng)域，不斷升級(jí)迭代技術(shù)，繼續(xù)開(kāi)發(fā)智能化、數(shù)字化鈦合金電磁成形設(shè)備，以小小的創(chuàng)新，助力鈦合金等低電導(dǎo)率、難變形金屬的應(yīng)用推廣，幫助企業(yè)解決實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題。