15名本科生“玩转”高精尖的钛合金

十月二十五日，重庆大学A区电气工程学院先进电磁制造实验室，熊家露（右）在做电磁成形实验。记者 郑宇 摄\视觉重庆

  你知道钛合金吗？看似“高精尖”的它，其实离我们并不遥远。比如，近期多款热门智能手机产品均有钛合金材料应用。

  前不久在上海举行的中国国际大学生创新大赛（2024）总决赛中，重庆大学“磁钛科技”团队凭借在微秒级钛合金电磁成形设备方面的领先研究，斩获高教主赛道金奖。这个团队是如何“玩转”钛合金的？近日，记者采访了“磁钛科技”项目团队负责人、重庆大学电气工程学院大四学生熊家露和她的队员们。

  为攻克钛合金电磁成形

  15名跨专业本科生组队搞科研

  10月25日中午，重庆大学A区电气工程学院先进电磁制造实验室，戴着眼镜、扎着马尾辫的熊家露正在做着电磁成形实验。

  实验室不到20平方米，摆放其间的各种设备器材，都是熊家露和团队成员们的“宝贝”。

  为何选择电气工程？“可能是因为我爱折腾吧，从小就喜欢折腾家里的遥控汽车、遥控器，把它们一次次完全拆解又安装回去。”熊家露说，当然，大部分时候都装不回去，或者装回去也用不了，于是，在高考填报专业志愿时，她选择了电气工程。

  “我们学院有3个国家级科研平台，大一时，我就对输变电装备技术全国重点实验室研究的电磁力产生了兴趣。”熊家露说，为推进新工科建设，学校向全校学生开放了国家级科研平台和教学平台，于是，她抱着试一试的心态，进入该实验室先进电磁制造团队学习。

  此后，熊家露不仅学习电磁成形技术相关知识，还跟着老师和师兄师姐们开展电磁成形实验。

  什么是电磁成形？“电磁成形就是利用瞬间的高压脉冲磁场，迫使坯料在电磁力作用下，高速成形的一种方法。”熊家露拿起一块前不久才成形的钛合金片展示。

  在实验过程中，熊家露发现，对于导电性较差的钛合金来讲，电磁成形非常困难，便萌发了攻克钛合金电磁成形这一难题的想法。

  在一次讨论中，她勇敢地提出这一想法，没想到得到老师和师兄师姐们的肯定。在指导老师周言的鼓励下，她和机械与运载工程学院马钦仕、电气工程学院汤靖、环境与生态学院李颖、经济与工商管理学院赵婉妤等14名本科生组建起“磁钛科技”团队。

  做了无数次测试

  曾发生过局部爆炸

  做科研并非一帆风顺，尤其是对一个本科生团队来说。

  “钛合金电磁成形并非易事。”周言说，比如，钛合金难以在电磁场中感应足够使其成形的电磁力。

  要产生足够的电磁力，需要在眨一次眼睛万分之一左右的时间内，对脉冲波形进行控制。这就需要团队的研究从电路结构、连接装置等从头开始设计，同时配合所需绝缘强度开展仿真与实验研究，逐步攻克电路优化降低杂散参数等难题，最终才能研制出微秒级钛合金电磁脉冲成形设备。

  “为得到某个平衡值，我们做了无数次测试。”熊家露说，去年夏天，团队中的一位同学将线圈之间的距离设置得太近，而熊家露为了提高电磁力，又将工作电压设置得较高，导致线圈间的绝缘材料瞬间被击穿，造成局部爆炸并发出巨大的声响，“有个女生直接被吓哭了。”所幸无人受伤，也没造成大的破坏。

  还有一次，实验造成短路放电，不仅造成实验室跳闸，还打坏了门卫师傅的电视。“受挫感肯定有，但哪有随随便便的成功，我很快调整了自己的心态，并第一时间与团队成员沟通，一起制定改进计划。”熊家露说。

  在设计钛合金管件电磁力机构时，要先通过有限元仿真软件进行模拟，但仿真模型一直难以实现应有效果。那段时间，熊家露便泡在实验室两个周期，反复学习调试模型参数。在仿真完成确定具体结构后，为了节约时间以及方便沟通，熊家露又与团队成员跑去机械加工厂陪师傅一起加工。

  做科研要找准企业需求

  解决实际问题

  “这次能拿下国赛金奖和重庆赛区冠军，与我们这个项目既攻克技术难题，又契合企业实际需求有关。”获奖后，熊家露在与团队成员总结时分析道。

  她说，团队一开始只是聚焦于技术的突破，但该技术是否契合企业需求，是否能真正解决企业遇到的实际难题，他们并未多想。

  在此次参赛过程中，另一位项目指导老师、市教委就业创业专家库导师王鹏飞带他们走进赛力斯、长安等企业生产一线进行调研实践，了解企业生产中的实际问题，更精确地找准企业的需求。

  “钛合金具有强度高、耐性好等优势，现在已广泛应用于汽车产业、航空航天与生物医疗等领域。”熊家露说，未来，她将继续带领团队深耕钛合金电磁成形领域，不断升级迭代技术，继续开发智能化、数字化钛合金电磁成形设备，以小小的创新，助力钛合金等低电导率、难变形金属的应用推广，帮助企业解决实际生产问题。