近年來,陜西黃金集團西安匯創公司與西安交通大學共建的貴金屬3D打印及催化研究與應用“科學家+工程師”隊伍,致力于貴金屬材料領域的原創性技術研發和集成,項目涉及國家安全和現代工業發展所需的新型貴金屬催化劑開發,貴金屬材料制備領域關鍵成套設備開發,以及疑難復雜物料中貴金屬綜合回收關鍵技術研究。項目研究方向著力配套陜西省軍工、航天航空、電子信息和新能源領域的重大需求,形成一系列科技創新成果,建立了一支專業結構合理、技術特色鮮明的技術團隊,推動企業技術進步和產業升級,對當下我省加快發展新質生產力起到積極作用。
人才引育、聯合培養建設創新型研發團隊
西安匯創公司由陜西黃金集團發起組建,是省級制造業創新中心“陜西省貴金屬材料創新中心”的主體依托單位。西安匯創公司積極開展與科研院所間的“產學研用”項目合作,采用“聘用+合作”的方式引入西安交通大學材料科學與工程學院的陳凱教授等六人教師團隊,現已匯聚西安交通大學教授3人(2人次入選“國家青年千人”計劃,1人次入選“陜西省青年千人”計劃)、副教授1人,講師2人,西安匯創公司正高級工程師1人,高級工程師3人,工程師4人,助理工程師2人。
團隊依托秦創原創新平臺,充分發揮高等院所的基礎研發能力和下游企業的生產、推廣能力,開展與貴金屬材料上中下游企業及研究院所間的協同創新和技術孵化工作,力爭解決行業共性問題,推動技術成果熟化、產業化,促進相關產業快速發展。
聯合共建、優勢互補攻關“卡脖子”技術難題
隊伍成員發揮各自所學所長,分工明確、精誠協作,深入開展貴金屬3D打印成型質量與3D打印熱源參數、粉/絲材送進參數和基材參數的影響規律,綜合考慮“光源—粉末/絲材—熔池—溫度場—流場”間多種因素的耦合影響,揭示成型過程成型缺陷的形成與演化規律,探索貴金屬3D打印工藝最佳參數窗口及相應的后處理制度,實現貴金屬材料及器件3D打印的控形控性。同時,借助西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室平臺,瞄準“卡脖子”關鍵技術,在微納尺度對材料成分、結構進行定量精確表征,揭示其物理機制,從而實現新材料的設計、制備以及對其宏觀性能的設計調控。針對質子交換膜燃料電池電堆壽命差、成本高的關鍵問題,研究了低載量貴金屬催化劑以及非貴金屬單原子耦合Pt合金的催化劑制備,突破高度分散的單原子和小納米尺度合金的負載技術,開發粒徑統一、高分散的模型載體,解決電極顆粒無序堆疊導致的傳質阻塞問題,優化平衡膜電極中水、氣傳輸特性,實現Pt基催化劑在質子交換膜燃料電池高效工作。
產學研用、科技轉化,打通與生產線的“最后一公里”
經過三年的研究建設,團隊目前形成成果并申請專利40余項,獲得專利授權18項,其中發明專利10項。在貴金屬增材制造領域,原創性的光固化成型技術已經達到了國際領先水平,形成涵蓋“原料制備、結構設計、補償算法、打印工藝、熱處理制度、表面處理”的全鏈條新工藝技術,實現復雜貴金屬構件的3D打印穩定成型?,F已完成日產10公斤的貴金屬增材制造的產線搭建,其中包含貴金屬粉體原料制產線、熱處理產線、表面精飾產線及產品檢驗測試中心,實現金、銀、鉑等貴金屬材料的直接3D打印成型,并結合陜西IP完成了20余款文創產品的開發。計劃于3年內實現年產能1.3噸,年產值1.5億元,利潤總額2500萬元,建設產業化示范中試生產線,成熟后達到增材制造金基200kg/年,鉑基100kg/年,銀基1t/年的生產目標。
此外,項目還開發了增材制造首飾相關網站,構建新型消費生產模式,消費者可以通過網站來設計出個性化的首飾,并實現虛擬佩戴,在此期間可以與后臺設計師聯系進行修改,使消費者可以直接定制到自己心儀的產品。借助三維設計與增材制造技術,可直接實現立體成型,無需設計模具,可實現高度定制化,從而滿足個性化產品消費的需求。
激活創新澎湃動能,跑出科研“加速度”。下一步,團隊將加快3D打印貴金屬材料產業向數字化、智能化轉型升級,推動貴金屬個人消費“工業4.0+互聯網+個性化定制”新消費模式,滿足工業領域用貴金屬各種復雜構件的精密制造及加工;以貴金屬增材制造技術為基礎,開發高效電催化材料,助力高效連續電解水制氫,并推動氫燃料電池、鋰離子動力電池等領域高質量發展。