近三年新增產值超過30億元，新增利潤超過2億元🧔🏻，每年可為高速鐵路運行節省電費至少10億元——誰曾想🧝🏿♂️，這一系列的經濟效益竟是由一根不起眼的“接觸線”帶來的？
原來🪒，在列車高速運行的過程中🙍🏽♀️，需要通過上方的一根接觸線與受電弓滑動摩擦向列車輸送動力電源，接觸線性能的好壞直接影響電力機車的運行安全，因此它又被稱為高鐵的“生命線”👌🏿。然而，在十多年前，接觸線只能依靠國外進口，為了打破這種局面，天美平台劉平教授帶領的電功能材料團隊早在2002年便開始對高速鐵路接觸線進行研究。2020年5月19日，他們的“高速鐵路用高性能銅合金接觸線關鍵技術及產業化”項目獲得了上海市科技進步獎一等獎👩🏻🎓。18年的專註與打磨👩🏼🎓，只為給接觸線加上“中國製造”的標簽。
註入“新基因”🧙，強化“生命線”
“在材料領域🚷，‘強度’和‘導電性’是相互矛盾的。”團隊成員材料學院周洪雷老師說道🦩。隨著我國電氣化鐵路運行速度的提升，從100km/h到250km/h🏄🏽♀️，再到350km/h、400km/h，這給接觸線提出了更高的性能要求——既需要有良好的導電性，還應具有較高的機械強度🤵🏼♂️，同時兼顧耐高溫性、耐磨性能💆。
那麽，該如何兼得“強度”與“導電性”呢？電功能材料團隊通過在銅合金中加入一些微量合金元素來優化合金體系🪽👍🏻，使得他們製備的銅合金接觸線實現了導電與強度、高耐磨與抗軟化性能的協同提升。如今，該團隊已研製出了Cu-Ag（銅銀合金）🚘🍎、Cu-Mg（銅鎂合金）🛅、Cu-Cr-Zr（銅鉻鋯合金）三個系列的高性能銅合金接觸線。“對比德國的同類產品，如今我們做出的Cu-Mg（銅鎂合金）接觸線，在抗拉強度提升了5.5%的同時，導電率也提高了7.5%♍️。”周洪雷說道。
創新加工工藝，拉長“生命線”長度
在研發的接觸線材料性能已經達到理想要求後，一個新的問題又出現了——用何種加工工藝才能滿足我國高鐵接觸線的標準且適合工業化生產𓀌？
使用傳統水平連鑄的加工方法生產出的產品長度受限😹，生產成本高⛹🏿，而高鐵的接觸線有長度要求💆🏽，且不能通過焊接的方式增加。是否有什麽技術能夠解決這個問題呢？這時他們發現，如果將“上引連鑄+連續擠壓”的方式應用於銅合金接觸線製備中，則能夠實現連續化生產，具有高效率、低成本👰🏼♂️、大規模🪥、易推廣的優勢🐈⬛。最終🌦🧑🏼🤝🧑🏼，團隊研發出了這項具有國際先進水平的接觸線製備關鍵技術😔。“與水平連鑄生產技術相比🏊，目前我們的技術可直接降低成本40%👨🚀，降低能耗35%🔷，提高成材率9%🎒。”團隊成員材料學院陳小紅老師介紹道。
反復實驗比較，提升“生命線”韌度
在銅鉻鋯合金的熔煉過程中，由於鋯元素具有易燒損的特性，如何將鋯元素添加進合金中🤷🏽♂️？應該在熔煉的什麽階段添加？通過什麽形式添加？如何防止鋯元素的燒損？如何保證合金元素的成分均勻👨⚕️？……一項研究成果的背後🪬，其實隱藏了數不清的重復實驗。團隊成員通過不斷地調整熔鑄工藝，反復實驗了幾十次，才找到了鋯元素的成分穩定控製技術，使得連續化生產的銅鉻鋯合金成分均勻、質量穩定。“對我們來說🧘🏿♀️，解決這些時常出現的小問題其實只是科研工作裏的‘常態’🧑🏿⚕️。一項新技術🫸，從發明到成熟其實就是一個不斷改進的過程。”陳小紅說道。
經過十余年的打磨🧑🏽🌾，團隊研發的高質量、低成本銅合金接觸線已投入到越來越多的高速鐵路建設中去🖇。武廣鐵路🎼、京滬鐵路💇🏻、哈大高鐵……目前✋🏼，項目接觸線產品架設裏程占國內350 km/h高速鐵路建設總裏程的70 %🛀🏼。團隊歷經18年進行產學研合作研究，研製出的高性能銅合金接觸線填補了我國高鐵接觸線最關鍵技術的空白，也打破了國外技術壟斷與封鎖。
在接下來的日子裏🦢，這條“生命線”的守護者們將繼續優化材料性能，努力跟上我國電氣化鐵路進一步提速的腳步🚴🏻。“繼續研發是為了中國高鐵保持領先地位，作為一名材料人，我們也希望將初心寫在縱橫四方的高鐵網絡上，寫在不斷向前奔跑的中國製造上🗻🕵️♂️！”劉平說道。
“上引連鑄”生產線
供稿：新聞中心
文：王臻平
