近年来,陕西黄金集团西安汇创公司与西安交通大学共建的贵金属3D打印及催化研究与应用“科学家+工程师”队伍,致力于贵金属材料领域的原创性技术研发和集成,项目涉及国家安全和现代工业发展所需的新型贵金属催化剂开发,贵金属材料制备领域关键成套设备开发,以及疑难复杂物料中贵金属综合回收关键技术研究。项目研究方向着力配套陕西省军工、航天航空、电子信息和新能源领域的重大需求,形成一系列科技创新成果,建立了一支专业结构合理、技术特色鲜明的技术团队,推动企业技术进步和产业升级,对当下我省加快发展新质生产力起到积极作用。
人才引育、联合培养建设创新型研发团队
西安汇创公司由陕西黄金集团发起组建,是省级制造业创新中心“陕西省贵金属材料创新中心”的主体依托单位。西安汇创公司积极开展与科研院所间的“产学研用”项目合作,采用“聘用+合作”的方式引入西安交通大学材料科学与工程学院的陈凯教授等六人教师团队,现已汇聚西安交通大学教授3人(2人次入选“国家青年千人”计划,1人次入选“陕西省青年千人”计划)、副教授1人,讲师2人,西安汇创公司正高级工程师1人,高级工程师3人,工程师4人,助理工程师2人。
团队依托秦创原创新平台,充分发挥高等院所的基础研发能力和下游企业的生产、推广能力,开展与贵金属材料上中下游企业及研究院所间的协同创新和技术孵化工作,力争解决行业共性问题,推动技术成果熟化、产业化,促进相关产业快速发展。
联合共建、优势互补攻关“卡脖子”技术难题
队伍成员发挥各自所学所长,分工明确、精诚协作,深入开展贵金属3D打印成型质量与3D打印热源参数、粉/丝材送进参数和基材参数的影响规律,综合考虑“光源—粉末/丝材—熔池—温度场—流场”间多种因素的耦合影响,揭示成型过程成型缺陷的形成与演化规律,探索贵金属3D打印工艺最佳参数窗口及相应的后处理制度,实现贵金属材料及器件3D打印的控形控性。同时,借助西安交通大学金属材料强度国家重点实验室平台,瞄准“卡脖子”关键技术,在微纳尺度对材料成分、结构进行定量精确表征,揭示其物理机制,从而实现新材料的设计、制备以及对其宏观性能的设计调控。针对质子交换膜燃料电池电堆寿命差、成本高的关键问题,研究了低载量贵金属催化剂以及非贵金属单原子耦合Pt合金的催化剂制备,突破高度分散的单原子和小纳米尺度合金的负载技术,开发粒径统一、高分散的模型载体,解决电极颗粒无序堆叠导致的传质阻塞问题,优化平衡膜电极中水、气传输特性,实现Pt基催化剂在质子交换膜燃料电池高效工作。
产学研用、科技转化,打通与生产线的“最后一公里”
经过三年的研究建设,团队目前形成成果并申请专利40余项,获得专利授权18项,其中发明专利10项。在贵金属增材制造领域,原创性的光固化成型技术已经达到了国际领先水平,形成涵盖“原料制备、结构设计、补偿算法、打印工艺、热处理制度、表面处理”的全链条新工艺技术,实现复杂贵金属构件的3D打印稳定成型。现已完成日产10公斤的贵金属增材制造的产线搭建,其中包含贵金属粉体原料制产线、热处理产线、表面精饰产线及产品检验测试中心,实现金、银、铂等贵金属材料的直接3D打印成型,并结合陕西IP完成了20余款文创产品的开发。计划于3年内实现年产能1.3吨,年产值1.5亿元,利润总额2500万元,建设产业化示范中试生产线,成熟后达到增材制造金基200kg/年,铂基100kg/年,银基1t/年的生产目标。
此外,项目还开发了增材制造首饰相关网站,构建新型消费生产模式,消费者可以通过网站来设计出个性化的首饰,并实现虚拟佩戴,在此期间可以与后台设计师联系进行修改,使消费者可以直接定制到自己心仪的产品。借助三维设计与增材制造技术,可直接实现立体成型,无需设计模具,可实现高度定制化,从而满足个性化产品消费的需求。
激活创新澎湃动能,跑出科研“加速度”。下一步,团队将加快3D打印贵金属材料产业向数字化、智能化转型升级,推动贵金属个人消费“工业4.0+互联网+个性化定制”新消费模式,满足工业领域用贵金属各种复杂构件的精密制造及加工;以贵金属增材制造技术为基础,开发高效电催化材料,助力高效连续电解水制氢,并推动氢燃料电池、锂离子动力电池等领域高质量发展。