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世界最硬钢:纳米金刚石和金属结合 有望量产化

导读: 还有一周,第二届中国科交会就要开幕。回顾首届科交会,当时签约的将近700个成果转化项目进展如何?近日,南方日报探访了“纳米金刚石颗粒增强钢铁基复合材料产业化”项目,它的首批意向投资金额5亿元,是首届科交会成果转化签约额度最高的项目。

还有一周,第二届中国科交会就要开幕。回顾首届科交会,当时签约的将近700个成果转化项目进展如何?近日,南方日报探访了“纳米金刚石颗粒增强钢铁基复合材料产业化”项目,它的首批意向投资金额5亿元,是首届科交会成果转化签约额度最高的项目。

该项目由原沈阳理工大学校长贾春德与北京某公司签约合作。现已成立惠州碳之光材料科技有限公司专门从事产业化。同时,碳之光还与中国高校(华南)科技成果转化中心签约,在惠州建设了金属纳米复合材料研究院,成为此类产品的研发基地。

偶然发现纳米金刚石和金属结合紧密

走进惠州市潼湖生态智慧区创新园,在金属纳米复合材料研究院的实验室里,可以看到一些方形、圆柱形或异形的金属块。摸上去有点凉,掂一掂比较沉,和一般金属无异,在实验室里并不显眼,上面标了一些由字母和数字组成的标识。

贾春德告诉记者,这可以说是目前世界上最硬的钢,上面的字母和数字表示它的硬度。去年6月,贾春德带着它的技术成果参加了在惠州举行的首届中国高校科技成果交易会,随后签下了5亿元的成果转化项目,成为意向签约金额最高的项目。

贾春德介绍,1985年,他在加拿大某大学材料科学与工程系做访问学者,主要做磨损的动态直接观测。研究中发现,电镀金刚石中的金刚石颗粒和金属基体结合得非常紧密,作为复合材料可以磨削陶瓷。于是萌发了一个想法,能不能用它开发钢铁基复合材料呢?

1990年左右,回国后担任一家公司工程技术中心负责人的贾春德,接到研发某型号武器特种润滑油的任务。当时,白俄罗斯已经研制出纳米金刚石了,而且有纳米金刚石作为润滑油添加剂能提高润滑油性能的报道。研究发现这种小颗粒的金刚石可以转移,并且沉积到金属零件表面,形成很坚固的保护膜。这个现象提示了他,金刚石和铁天然有亲和力。既然如此,能不能让金刚石进到钢铁基体里面去?

后来,贾春德和团队经过反复实验,研制成了纳米金刚石超级耐磨材料,并用多种测试手段进一步证实了纳米金刚石的确热扩散进到钢铁基体里了。这有望使中国进入世界钢铁基纳米复合材料的前列。基于此重大发现,贾春德、杨树桐、段占强团队发明了纳米金刚石颗粒增强钢铁基复合材料生产的工艺技术。

贾春德介绍,这种纳米复合结构的钢铁材料具有极其优异的机械物理性能,硬度、强度、抗冲击、抗疲劳、超级耐磨、加工性良好。大约到2005年,成套的工业化生产工艺已近成熟、具备了产业化的条件。此后,由于自己有些事情要处理,直到近几年才着手推进它的产业化。

有望形成千亿级产业

技术的突破、产业的需求,促使贾春德开始探索纳米金刚石的产业化之路。2017年6月,首届中国科交会在惠州举行,贾春德借此签约进行成果转化和产业化。

目前,他的团队已和华南中心成立金属纳米复合材料研究院,将围绕纳米金刚石技术开展研究。“我们发现了金刚石可以渗到钢里面,这只是发现了一个‘金矿’,大量的工作要开发这个‘金矿’,因此得研究以后才能够把它开发出来。”

这项技术究竟可以做什么?贾春德介绍,它可以应用在至少三个领域,即钢铁材料领域、机械制造领域、表面工程领域。

目前,世界上有200多种钢材,有2000多种特钢。这些钢有约80%可以变成金刚石颗粒增强的钢铁基复合材料,其性能都会有大幅度的提高。“我们的特钢不特,要进口大量高性能特钢,比如轴承用钢、齿轮用钢、高温锅炉用钢,甚至汽车发动机等,高档汽车弹簧等。”因此,这项技术可以在相当程度上解决高性能特钢的问题。

在机械制造领域,包括工程机械、煤炭机械、筑路机械、建筑机械、环保机械、能源机械、流体机械、动力传动机械,还有国防装备制造业和大量机械工具,每个方面的市场都非常巨大。另外还有表面工程领域。

贾春德认为,“纳米金刚石颗粒增强钢铁基复合材料产业化”项目在这三大领域都有广阔的前景,市场潜力难以准确估算。

根据计划,该项目意向性的5亿元投资将建一个集科学研究、新产品新工艺中试、高端装备研发和专业人才培养的金属纳米复合材料研究院有限公司。并以它为依托,通过技术服务、技术入股等形式与相关钢铁企业、机械制造企业共同创立国家级金刚石超级纳米钢高技术产业化联盟和产业化示范基地,期待未来的产业化示范基地达到1000亿元以上产值。贾春德介绍,今年,相关的资金将陆续到位,会购买一批实验装置和设备,引进专职的科研人员,建立测试基地,产业化进程将进一步加快。

对话

期待获得更多更好的科技服务

南方日报:在去年举行的首届科交会上,你和北京一家公司签了“纳米金刚石颗粒增强钢铁基复合材料产业化”项目。到现在为止,它的进展如何?

贾春德:首先是成立了惠州碳之光材料科技有限公司,它将专门从事纳米金刚石技术的产业化。同时还与华南中心联合成立了金属纳米复合材料研究院,成为此类产品的研发基地。当然,这两个单位基本上是一套团队,现有10多名研究骨干,在相关领域各有所长。此外,我们还成立了一个特种材料的院士工作站。

技术研究可以为产业化提供技术支撑,反过来,产业化可以为更深入的技术研究提供经费保障,两者相互促进。等相关的资金到位,将加快研究和产业化的步伐。

南方日报:这项技术的应用前景如何?

贾春德:坦白说,这个账很难算。它至少可以用在钢铁材料领域、机械制造领域、表面工程领域。

我们做的是世界上最耐磨的钢,也许一年之内就能推开市场。现在有一个研发中心,如果顺利,接下来外围将有10个转移基地,它们又和若干家大型工厂连在一起,这就构成了金刚石超级纳米钢的产业集群。我们的目标是实现1000亿元的产值,但实际的应用前景市场将远超这个规模。

南方日报:在惠州推进这项成果转化和产业化,有没有什么想法或建议?

贾春德:由于第一届科交会的机缘,我们在这里做研究和产业化。在推进的过程中,感觉能享受到的科技服务还不够多。比如在项目申报、院士工作站的引进等方面,有时候不知道找哪里对接。希望惠州能加强这方面的服务工作,促进好的成果转化项目更好更快地推进。(来源:南方日报)

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