你知道鈦合金嗎？

　　其實，它離我們并不遙遠。比如，近期多款熱門智能手機產品均有鈦合金材料應用。和傳統金屬材料相比，鈦合金材料具有更輕的重量、更好的性能，能長期服役于高溫、高壓以及腐蝕環境中。

▲鈦合金材料。記者鄭宇攝

　　前不久，在上海舉行的中國國際大學生創新大賽（2024）總決賽中，重慶大學“磁鈦科技”團隊就憑借在微秒級鈦合金電磁成形設備方面的領先研究，斬獲高教主賽道金獎。這個團隊是如何“玩轉”鈦合金的？近日，記者采訪了“磁鈦科技”項目團隊負責人、重慶大學電氣工程學院大四學生熊家露和她的隊員們。

15名跨專業本科生組隊攻克鈦合金電磁成形難題

　　10月25日中午，重慶大學A區電氣工程學院先進電磁制造實驗室，戴著眼鏡、扎著馬尾辮的熊家露正在做著電磁成形實驗。

　　雖然實驗室不足20平方米，擺放其間的實驗設備器材，卻是她和團隊成員們的“寶貝”。

　　為何選電氣工程？“可能是因為我愛折騰吧，從小就喜歡‘霍霍’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。”熊家露說，當然，大部分時候都裝不回去，或者裝回去了也用不了了。于是，在高考填報專業志愿時，她選擇了電氣工程。

　　“我們學院有3個國家級科研平臺，大一時，我就對輸變電裝備技術全國重點實驗室研究的電磁力產生了興趣。”熊家露說，幸運的是，為推進新工科建設，學校向全校學生開放了國家級科研平臺和教學平臺，于是，她就抱著試一試的心態，進入了輸變電裝備技術全國重點實驗室先進電磁制造團隊學習。

　　此后，熊家露就像海綿一樣，不僅學習電磁成形技術相關知識，還跟著老師和師兄師姐們開展鋁合金等導電性好、易變形金屬的電磁成形實驗。

▲重慶大學A區電氣工程學院先進電磁制造實驗室，團隊正在做實驗。記者鄭宇攝

　　到底什么是電磁成形？“電磁成形就是利用瞬間的高壓脈沖磁場，迫使坯料在電磁力作用下，高速成形的一種方法。”熊家露拿起桌子上一塊前不久才成形的鈦合金片向記者展示。

　　在實驗過程中，熊家露發現對于導電性較差的鈦合金來講，電磁成形非常困難，她就萌發了攻克鈦合金電磁成形這一難題的想法。

　　在一次討論中，她勇敢地提出了自己的這一想法，沒想到得到老師和師兄師姐們的肯定。在指導老師周言的鼓勵下，她和機械與運載工程學院馬欽仕、電氣工程學院湯靖、環境與生態學院李穎、經濟與工商管理學院趙婉妤等其他本科生們組建起“磁鈦科技”團隊。

經歷無數次測試，曾發生過局部爆炸、燒壞門衛的電視

　　但做科研并非一帆風順，尤其是對一個本科生團隊來說，更難。

　　“由于鈦合金通常是六方最密堆積結構、原子排列緊密，其變形抗力大，成形并非易事。”周言說，比如，鈦合金就難以在電磁場中感應足夠使其成形的電磁力。

　　如果要產生足夠的電磁力，需要在眨一次眼睛的萬分之一左右的時間內，對脈沖波形進行控制，讓脈沖波形更為陡峭。這就需要團隊的研究從電路結構、電磁力機構、連接裝置等從頭開始設計，同時配合所需絕緣強度開展仿真與實驗研究，逐步攻克電路優化降低雜散參數、電磁成形過程仿真模型精準計算、組合式線圈間的絕緣與電磁力分布優化等難題，最終才能研制出微秒級鈦合金電磁脈沖成形設備。

　　以組合式線圈間的絕緣與電磁力分布優化為例，熊家露和隊員們需要合理地設計線圈之間的間距與絕緣，線圈之間隔得太遠無法將電磁力有效疊加，導致能量損耗；當間距太近又容易造成絕緣材料電擊穿，導致設備損壞。

　　“為得到這個平衡值，我們做了無數次測試。”熊家露說，去年夏天，為了實現電磁力更好疊加，減少能量損耗，團隊中的一位小伙伴將線圈之間的距離設置得太近，而熊家露為了提高電磁力，又將工作電壓設置得較高，導致線圈間的絕緣材料瞬間被擊穿，造成局部爆炸并發出巨大的聲響，讓他們瞬間耳鳴，就連實驗室窗戶玻璃都被震得哐哐作響，“有個女生直接被嚇哭了。”

▲團隊正在做實驗。記者鄭宇攝

　　馬欽仕還給記者講了一個故事：有一次，他們觸發源的導線外皮由于經常彎折，破了個小口，接線時都沒留意。大家并沒有在意，在實驗中導線破口處與觸發源的金屬外殼直接接觸發生了短路放電，瞬時的短路大電流通過電源線造成了實驗室跳閘，還打壞了門衛師傅的電視。

　　在攻克線圈絕緣強度與工作電壓的配合難題時，實驗總是失敗，停滯的進度和屢屢擊穿破損的線圈，讓團隊成員很是低落。“受挫感肯定有，但哪有隨隨便便的成功，我很快調整了自己的心態，并第一時間與團隊成員溝通，一起制定改進計劃。”

　　在設計鈦合金管件電磁力機構時，要先通過有限元仿真軟件進行模擬，但仿真模型一直難以收斂。于是，那段時間，熊家露便泡在實驗室兩個周期，反復學習調試模型參數。在仿真完成確定具體結構后，為了節約時間以及方便溝通，熊家露又與團隊成員跑去機械加工廠陪師傅一起加工。

找準企業需求，解決實際問題

　　“這次能拿下國賽金獎和重慶賽區冠軍，與我們這個項目既攻克技術，又契合企業實際需求有關。”獲獎后，熊家露在與團隊成員總結時分析道。

　　她說，團隊一開始只是聚焦于技術的突破，但該技術是否契合企業需求？是否能真正解決企業遇到的實際難題？他們并未多想。

　　在此次參賽過程中，另一位項目指導老師、市教委就業創業專家庫導師王鵬飛就帶他們走進賽力斯、長安等企業生產一線進行調研實踐，了解企業生產中的實際問題，更精確地找準企業的需求。

　　“鈦合金具有強度高、耐性好等優勢，現在已經廣泛應用于汽車產業、航空航天與生物醫療等領域。”熊家露說，未來，她將繼續帶領團隊深耕鈦合金電磁成形領域，不斷升級迭代技術，繼續開發智能化、數字化鈦合金電磁成形設備，助力鈦合金等低電導率、難變形金屬的應用推廣，幫助企業解決實際生產問題。