原来,在列车高速运行的过程中,需要通过上方的一根接触线与受电弓滑动摩擦向列车输送动力电源,接触线性能的好坏直接影响电力机车的运行安全,因此它又被称为高铁的“生命线”。然而,在十多年前,接触线只能依靠国外进口,为了打破这种局面,上海理工大学刘平教授带领的电功能材料团队早在 2002年便开始对高速铁路接触线进行研究。2020年5月19日,他们的“高速铁路用高性能铜合金接触线关键技术及产业化”项目获得了上海市科技进步奖一等奖。18 年的专注与打磨,只为给接触线加上“中国制造”的标签。
注入“新基因”,强化“生命线”
那么,该如何兼得“强度”与“导电性”呢?电功能材料团队通过在铜合金中加入一些微量合金元素来优化合金体系,使得他们制备的铜合金接触线实现了导电与强度、高耐磨与抗软化性能的协同提升。如今,该团队已研制出了 Cu-Ag(铜银合金)、Cu-Mg(铜镁合金)、Cu-Cr-Zr(铜铬锆合金)三个系列的高性能铜合金接触线。“对比德国的同类产品,如今我们做出的 Cu-Mg(铜镁合金)接触线,在抗拉强度提升了 5.5%的同时,导电率也提高了 7.5%。”周洪雷说道。
使用传统水平连铸的加工方法生产出的产品长度受限,生产成本高,而高铁的接触线有长度要求,且不能通过焊接的方式增加。是否有什么技术能够解决这个问题呢?这时他们发现,如果将“上引连铸 + 连续挤压”的方式应用于铜合金接触线制备中,则能够实现连续化生产,具有高效率、低成本、大规模、易推广的优势。最终,团队研发出了这项具有国际先进水平的接触线制备关键技术。“与水平连铸生产技术相比,目前我们的技术可直接降低成本 40%,降低能耗 35%,提高成材率 9%。”团队成员材料学院陈小红老师介绍道。
经过十余年的打磨,团队研发的高质量、低成本铜合金接触线已投入到越来越多的高速铁路建设中去。武广铁路、京沪铁路、哈大高铁……目前,项目接触线产品架设里程占国内350km/h 高 速 铁 路 建 设 总 里 程 的70%。团队历经 18 年进行产学研合作研究,研制出的高性能铜合金接触线填补了我国高铁接触线最关键技术的空白,也打破了国外技术垄断与封锁。
在接下来的日子里,这条“生命线”的守护者们将继续优化材料性能,努力跟上我国电气化铁路进一步提速的脚步。“继续研发是为了中国高铁保持领先地位,作为一名材料人,我们也希望将初心写在纵横四方的高铁网络上,写在不断向前奔跑的 中国制 造上!”刘平说道。