作者:马坤 刘万生 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/1/9 10:59:14
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中国“导线”助力高铁联通世界

 

通讯员马坤 记者刘万生 1月8日,大连理工大学机械工程与材料能源学部李廷举教授团队与企业合作研发的——铬锆铜合金接触线制备技术,在我国京沪高铁跑出了486.1 km/h,相当于2010年最先进的波音飞机起飞的速度,这是跑出的最高时速,刷新了高铁试验运营的世界纪录。

列车通过接触网取电,获得高速前进动力。接触网,也就是我们看到的悬挂在列车上方5米多距离的那些导线。但实际上,这些导线可不像看起来的那么普通,高铁系统对接触网导线性能有着极高要求,既要具有高强度、高导性,也要具有能够承载大电流、耐高温、抗氧化和耐腐蚀等性能。列车行驶时,受电弓将以每秒近100米的惊人速度刷过接触网,受电过程哪怕有一刹那中断,列车速度就会立即下降。尤其是当列车时速接近300公里时,接触网导线更是决定列车能否持续高速奔跑的关键因素之一。只有接触网线路高度平顺,导电性能绝佳,列车才能够获得持续强大动力达到更高时速。然而在金属材料学中,强度和导电率恰恰是一对矛盾,金属强度越高,反而导电性越差;相反导电性越高,强度越差。因此寻找高强高导接触网导线,一直被业界视为摘取高铁牵引供电核心技术“皇冠上的明珠”。

李廷举教授带领团队成功研发的具有高强高导性能的铬锆铜合金接触线,不但解决了铜铬锆合金在非真空下连铸的世界难题,建成了世界第一条铜铬锆合金水平电磁连铸生产线,还填补了我国高强高导接触线制备技术的空白,使我国拥有了制造时速大于350公里/小时高铁接触线的技术及产业化能力。此外,铜铬锆接触线的导电率比原来铜镁合金导电率提高了约18%IACS,以京沪高铁对开列车数每日90对计算,每年节电可达6.8亿度,约3.4亿元。

金属凝固领域的权威日本京都大学Hideyuki Yasuda教授曾评价李廷举教授团队的工作“开辟了合金凝固行为同步辐射研究领域新的思路和研究热点”。 我国有色金属工业协会鉴定该成果“国际领先水平,经济和社会效益显著”。该成果还荣获教育部技术发明一等奖、中国有色金属工业科学技术奖一等奖。

早在15年前,李廷举教授就意识到了铜合金技术对我国高端装备制造业的重要意义。李廷举教授举例说,铜合金是交通、通讯、电气、航空等领域的必用材料,仅2013年我国铜加工材的产量和用量都已超过1200万吨,但是其中的高性能铜合金材料主要依赖进口,反而容易受制于人。2000年开始,李廷举教授带领团队开始围绕铸造过程中改性微量元素的精确控制、凝固组织的均一化调控、成分偏析等缺陷的抑制等决定高性能铜合金质量的难题开始攻关。15年时间,5400多个日夜,李廷举教授的科研团队终于探索出了一套通过结合金属凝固理论和电磁场理论,对不同种类和形状的铜合金铸坯凝固组织和成分调控及铸造缺陷抑制的方法,实现1个理论创新、3个技术突破,并授权发明专利6项、转让3项。2006年起,相关成果陆续实现产业化,新增销售额32.4亿元,利税2.7亿元,创收外汇7336万美元,发表论文SCI收录98篇,EI收录177篇。其中,高性能锡磷青铜板带和铜合金线技术不仅替代了国外同类产品,2012年技术还转让至韩国,成为我国冶金技术向发达工业体逆向转移的少数案例之一。

如今,李廷举教授团队正在全力致力于新一代铬锆铜合金的研制,他们希望能够为“一带一路”建设助力,让中国高铁与世界联通。

 
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