机械制造工艺与设备

邵天敏，耿哲

机械制造工艺与设备

图形化固体薄膜技术及其摩擦学性能的研究进展

邵天敏，耿哲

目的：固体薄膜技术可用于提高材料的摩擦学性能，表面图形化技术则通过在部件表面制备预先设计的图形来改善摩擦副的接触和摩擦学行为。近年来，人们尝试将表面图形化技术和固体薄膜技术相结合，出现了一类称之为图形化薄膜的技术。本文总结图形化薄膜技术方面的研究工作，介绍图形化薄膜的制备技术、分类、摩擦学性能及其应用，对图形化薄膜的作用机理进行分析。方法：根据图形和薄膜的制备顺序可将图形化薄膜的制备方法分为三类：一是薄膜-图形法，即先在基体表面制备薄膜，然后在其上加工表面图形；二是图形-薄膜法，该类方法先在表面加工所需要的图形，然后再在图形化表面沉积薄膜；第三类则是薄膜-图形共生法，即薄膜制备和图形制备同时进行。结果：与完整薄膜相比，图形化薄膜可以不同程度地改变摩擦系数。根据对已有研究结果的统计，多数情况下，摩擦系数会有不同程度的降低，但表面图形化也有可能导致薄膜摩擦系数的增大。摩擦系数的改变程度与薄膜材料、图形形状、尺寸、面积率、工况参数等密切相关。在图形化薄膜中，薄膜的作用主要是提供所需的材料性质，例如硬度、弹性模量、表面能等等。而图形的作用则包括：改变摩擦副的接触几何特性、减少粘着的发生；图形区域存储润滑介质改善乏油条件下的润滑；图形凹陷处容纳磨屑、减少三体磨粒磨损；促进图形区域局部流体动压润滑的形成。相比于无薄膜的情况，薄膜的存在强化了表面的抗磨损能力，使得所制备的表面图形得以更持久的保持，提高了表面图形的工作寿命。伴随着图形化过程，薄膜材料的微观结构也会发生改变，导致薄膜的硬度、弹性模量等机械力学性能的变化。另一方面，图形的存在导致的薄膜不连续可以产生应力释放、改善薄膜内的应力分布，有助于缓解薄膜中的应力集中和裂纹萌生，抑制裂纹的扩展和薄膜的剥落。结论：表面图形化薄膜技术综合了表面图形化技术和固体薄膜技术的优势，在摩擦学技术领域具有很好的应用前景。制备方法在很大程度上影响图形化薄膜的性能，是图形化薄膜技术应用的关键。目前，对于图形化薄膜的摩擦学行为机理尚没有形成统一的认识，关于图形化薄膜的研究结果具有很大的离散性。开展系统的研究并基于现有摩擦学理论结合大量试验获得的实验数据和规律，建立图形化薄膜的相关模型和优化设计准则，对于图形化薄膜技术的应用具有重要意义。

来源出版物：中国表面工程,2015,28(2): 42761

入选年份：2015

国内外再制造技术体系及竞争力分析

张伟，吉小超，魏敏，等

摘要：目的：发展再制造产业是推动产业结构升级、发展战略性新兴产业的重要内容。我国再制造产业起步较晚，与发达国家相比，共性和关键技术研发滞后。为了实现技术创新推动产业发展，需要认真梳理再制造技术研究现状，分析评价其竞争力。本文采用文献计量学方法，重点分析了与废旧机电产品再制造相关技术的国内外科技文献发文及专利申请情况，评价了再制造技术研究热点与趋势、研究水平和领先国家的技术发展态势。方法：利用文献计量方法，将再制造技术划分为5大方面，从27项再制造关键技术中筛选出11项重要、典型的技术进行文献调研分析。检索数据为2000年至2013年间 SCI、CNKI数据库中的文章、专利数据，利用数据库高级检索中的布尔逻辑运算提升检索数据的准确性。根据所要评价的内容，对检索数据进行分类、归纳，进而实现对国内外主要再制造技术发展状况的评价。结果：从技术发展总体情况来看，自2000年以来，再制造技术研究和专利数量逐年增长，论文年均增长率达14%，专利年均增长率达27.8%，其中2012年与2011年相比，专利数提升了133.7%，增长十分显著。从国内外的主要研究热点和趋势可以看出，国内再制造主流技术研究主要集中在无损检测、激光熔覆、堆焊和等离子喷涂修复成形技术，占总发文量的 66.5%。而国外 SCI发文量统计结果表明，清洗技术、无损检测、激光熔覆和等离子喷涂修复成形技术为研究重点，占总发文量的70.4%。世界再制造领域专利所涉及再制造主流技术检索结果与论文检索结果不同。清洗技术专利所占比重最高，高达36%；其次是围绕再制造毛坯和产品质量的无损检测与寿命评估技术专利，占18%；再次才是针对再制造毛坯损伤修复的激光熔覆成形技术专利，占12%。这说明清洗技术是企业再制造环节中最为关注的核心技术。从研究水平可以看出，我国再制造领域的技术研究论文数量远远超过国外发达国家。但是篇均引用次数又是各检索国中最低的。再制造领域主流技术国内外首次报道时间结果也说明了我国再制造相关研究工作在国际上的影响较小。通过与领先国家再制造技术领域SCI论文发表和专利申请情况对比可以看出，我国论文数量远超过其他国家，在某些技术点的成果较为显著。但数量与质量还不能形成正比。我国各类再制造技术研发比例明显不均衡，主要围绕再制造毛坯损伤修复成形技术研究，占比达90%以上。而国外以美国、德国为例，技术研究重点围绕表面处理与绿色清洗、无损检测与寿命评估和废旧零部件修复成形加工3个方面内容，这3个方面研究比例协调。再制造技术领域主要国家发明专利的情况进一步显示出我国再制造技术研究起步较晚，在2010年前，专利数量还是以美国、欧洲、德国占主导地位。2010年后，随着我国再制造被列为国家十二五战略性新兴产业的重要支撑，再制造技术相关的专利数量成倍增加，体现了我国再制造产业未来的发展潜力巨大。结论：国外再制造产业对于再制造技术的研究比重均衡，热点主要集中在绿色清洗、无损检测与寿命评估、激光熔覆修复成形等方面。我国再制造研究多集中在无损检测与寿命评估和修复成形两方面，存在研究比重不均衡问题。我国再制造技术研究论文总体水平与国外发达国家还有较大差距。但我国再制造产业未来发展的潜力巨大，在消化吸收融合国外先进技术同时，应注重发挥我国再制造修复成形与加工技术研发的优势地位，突出我国“尺寸修复、性能提升”技术模式特色，再制造技术研发既要重点支持适合我国再制造产业应用的协同性系统技术，又要着眼于战略发展的原始性创新技术。在未来我国再制造技术体系构建中，应该注重加强再制造毛坯表面处理与绿色清洗、无损检测与寿命评估和修复成形3类技术的协调发展。在“十三五”期间，应重点研发以激光熔覆、等离子熔覆为代表的3D打印增材再制造技术，以热喷涂技术复合高频感应重融为代表的高效、绿色复合表面修复技术，以智能自修复、纳米表面工程损伤修复技术为代表先进涂层修复技术，以喷砂、喷丸、高压水射流为代表的表面高效物理清洗技术，以及以金属磁记忆、射线探伤为代表的无损检测与评估技术。

来源出版物：中国表面工程,2014,27(3): 42744

入选年份：2014