機(jī)械制造工藝與設(shè)備

邵天敏，耿哲

機(jī)械制造工藝與設(shè)備

圖形化固體薄膜技術(shù)及其摩擦學(xué)性能的研究進(jìn)展

邵天敏，耿哲

目的：固體薄膜技術(shù)可用于提高材料的摩擦學(xué)性能，表面圖形化技術(shù)則通過在部件表面制備預(yù)先設(shè)計(jì)的圖形來改善摩擦副的接觸和摩擦學(xué)行為。近年來，人們嘗試將表面圖形化技術(shù)和固體薄膜技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了一類稱之為圖形化薄膜的技術(shù)。本文總結(jié)圖形化薄膜技術(shù)方面的研究工作，介紹圖形化薄膜的制備技術(shù)、分類、摩擦學(xué)性能及其應(yīng)用，對圖形化薄膜的作用機(jī)理進(jìn)行分析。方法：根據(jù)圖形和薄膜的制備順序可將圖形化薄膜的制備方法分為三類：一是薄膜-圖形法，即先在基體表面制備薄膜，然后在其上加工表面圖形；二是圖形-薄膜法，該類方法先在表面加工所需要的圖形，然后再在圖形化表面沉積薄膜；第三類則是薄膜-圖形共生法，即薄膜制備和圖形制備同時進(jìn)行。結(jié)果：與完整薄膜相比，圖形化薄膜可以不同程度地改變摩擦系數(shù)。根據(jù)對已有研究結(jié)果的統(tǒng)計(jì)，多數(shù)情況下，摩擦系數(shù)會有不同程度的降低，但表面圖形化也有可能導(dǎo)致薄膜摩擦系數(shù)的增大。摩擦系數(shù)的改變程度與薄膜材料、圖形形狀、尺寸、面積率、工況參數(shù)等密切相關(guān)。在圖形化薄膜中，薄膜的作用主要是提供所需的材料性質(zhì)，例如硬度、彈性模量、表面能等等。而圖形的作用則包括：改變摩擦副的接觸幾何特性、減少粘著的發(fā)生；圖形區(qū)域存儲潤滑介質(zhì)改善乏油條件下的潤滑；圖形凹陷處容納磨屑、減少三體磨粒磨損；促進(jìn)圖形區(qū)域局部流體動壓潤滑的形成。相比于無薄膜的情況，薄膜的存在強(qiáng)化了表面的抗磨損能力，使得所制備的表面圖形得以更持久的保持，提高了表面圖形的工作壽命。伴隨著圖形化過程，薄膜材料的微觀結(jié)構(gòu)也會發(fā)生改變，導(dǎo)致薄膜的硬度、彈性模量等機(jī)械力學(xué)性能的變化。另一方面，圖形的存在導(dǎo)致的薄膜不連續(xù)可以產(chǎn)生應(yīng)力釋放、改善薄膜內(nèi)的應(yīng)力分布，有助于緩解薄膜中的應(yīng)力集中和裂紋萌生，抑制裂紋的擴(kuò)展和薄膜的剝落。結(jié)論：表面圖形化薄膜技術(shù)綜合了表面圖形化技術(shù)和固體薄膜技術(shù)的優(yōu)勢，在摩擦學(xué)技術(shù)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。制備方法在很大程度上影響圖形化薄膜的性能，是圖形化薄膜技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，對于圖形化薄膜的摩擦學(xué)行為機(jī)理尚沒有形成統(tǒng)一的認(rèn)識，關(guān)于圖形化薄膜的研究結(jié)果具有很大的離散性。開展系統(tǒng)的研究并基于現(xiàn)有摩擦學(xué)理論結(jié)合大量試驗(yàn)獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和規(guī)律，建立圖形化薄膜的相關(guān)模型和優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對于圖形化薄膜技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義。

來源出版物：中國表面工程,2015,28(2): 42761

入選年份：2015

國內(nèi)外再制造技術(shù)體系及競爭力分析

張偉，吉小超，魏敏，等

摘要：目的：發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)是推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要內(nèi)容。我國再制造產(chǎn)業(yè)起步較晚，與發(fā)達(dá)國家相比，共性和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)滯后。為了實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，需要認(rèn)真梳理再制造技術(shù)研究現(xiàn)狀，分析評價其競爭力。本文采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法，重點(diǎn)分析了與廢舊機(jī)電產(chǎn)品再制造相關(guān)技術(shù)的國內(nèi)外科技文獻(xiàn)發(fā)文及專利申請情況，評價了再制造技術(shù)研究熱點(diǎn)與趨勢、研究水平和領(lǐng)先國家的技術(shù)發(fā)展態(tài)勢。方法：利用文獻(xiàn)計(jì)量方法，將再制造技術(shù)劃分為5大方面，從27項(xiàng)再制造關(guān)鍵技術(shù)中篩選出11項(xiàng)重要、典型的技術(shù)進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研分析。檢索數(shù)據(jù)為2000年至2013年間 SCI、CNKI數(shù)據(jù)庫中的文章、專利數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)庫高級檢索中的布爾邏輯運(yùn)算提升檢索數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。根據(jù)所要評價的內(nèi)容，對檢索數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、歸納，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對國內(nèi)外主要再制造技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r的評價。結(jié)果：從技術(shù)發(fā)展總體情況來看，自2000年以來，再制造技術(shù)研究和專利數(shù)量逐年增長，論文年均增長率達(dá)14%，專利年均增長率達(dá)27.8%，其中2012年與2011年相比，專利數(shù)提升了133.7%，增長十分顯著。從國內(nèi)外的主要研究熱點(diǎn)和趨勢可以看出，國內(nèi)再制造主流技術(shù)研究主要集中在無損檢測、激光熔覆、堆焊和等離子噴涂修復(fù)成形技術(shù)，占總發(fā)文量的 66.5%。而國外 SCI發(fā)文量統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，清洗技術(shù)、無損檢測、激光熔覆和等離子噴涂修復(fù)成形技術(shù)為研究重點(diǎn)，占總發(fā)文量的70.4%。世界再制造領(lǐng)域?qū)＠婕霸僦圃熘髁骷夹g(shù)檢索結(jié)果與論文檢索結(jié)果不同。清洗技術(shù)專利所占比重最高，高達(dá)36%；其次是圍繞再制造毛坯和產(chǎn)品質(zhì)量的無損檢測與壽命評估技術(shù)專利，占18%；再次才是針對再制造毛坯損傷修復(fù)的激光熔覆成形技術(shù)專利，占12%。這說明清洗技術(shù)是企業(yè)再制造環(huán)節(jié)中最為關(guān)注的核心技術(shù)。從研究水平可以看出，我國再制造領(lǐng)域的技術(shù)研究論文數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國外發(fā)達(dá)國家。但是篇均引用次數(shù)又是各檢索國中最低的。再制造領(lǐng)域主流技術(shù)國內(nèi)外首次報(bào)道時間結(jié)果也說明了我國再制造相關(guān)研究工作在國際上的影響較小。通過與領(lǐng)先國家再制造技術(shù)領(lǐng)域SCI論文發(fā)表和專利申請情況對比可以看出，我國論文數(shù)量遠(yuǎn)超過其他國家，在某些技術(shù)點(diǎn)的成果較為顯著。但數(shù)量與質(zhì)量還不能形成正比。我國各類再制造技術(shù)研發(fā)比例明顯不均衡，主要圍繞再制造毛坯損傷修復(fù)成形技術(shù)研究，占比達(dá)90%以上。而國外以美國、德國為例，技術(shù)研究重點(diǎn)圍繞表面處理與綠色清洗、無損檢測與壽命評估和廢舊零部件修復(fù)成形加工3個方面內(nèi)容，這3個方面研究比例協(xié)調(diào)。再制造技術(shù)領(lǐng)域主要國家發(fā)明專利的情況進(jìn)一步顯示出我國再制造技術(shù)研究起步較晚，在2010年前，專利數(shù)量還是以美國、歐洲、德國占主導(dǎo)地位。2010年后，隨著我國再制造被列為國家十二五戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要支撐，再制造技術(shù)相關(guān)的專利數(shù)量成倍增加，體現(xiàn)了我國再制造產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展?jié)摿薮蟆＝Y(jié)論：國外再制造產(chǎn)業(yè)對于再制造技術(shù)的研究比重均衡，熱點(diǎn)主要集中在綠色清洗、無損檢測與壽命評估、激光熔覆修復(fù)成形等方面。我國再制造研究多集中在無損檢測與壽命評估和修復(fù)成形兩方面，存在研究比重不均衡問題。我國再制造技術(shù)研究論文總體水平與國外發(fā)達(dá)國家還有較大差距。但我國再制造產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的潛力巨大，在消化吸收融合國外先進(jìn)技術(shù)同時，應(yīng)注重發(fā)揮我國再制造修復(fù)成形與加工技術(shù)研發(fā)的優(yōu)勢地位，突出我國“尺寸修復(fù)、性能提升”技術(shù)模式特色，再制造技術(shù)研發(fā)既要重點(diǎn)支持適合我國再制造產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的協(xié)同性系統(tǒng)技術(shù)，又要著眼于戰(zhàn)略發(fā)展的原始性創(chuàng)新技術(shù)。在未來我國再制造技術(shù)體系構(gòu)建中，應(yīng)該注重加強(qiáng)再制造毛坯表面處理與綠色清洗、無損檢測與壽命評估和修復(fù)成形3類技術(shù)的協(xié)調(diào)發(fā)展。在“十三五”期間，應(yīng)重點(diǎn)研發(fā)以激光熔覆、等離子熔覆為代表的3D打印增材再制造技術(shù)，以熱噴涂技術(shù)復(fù)合高頻感應(yīng)重融為代表的高效、綠色復(fù)合表面修復(fù)技術(shù)，以智能自修復(fù)、納米表面工程損傷修復(fù)技術(shù)為代表先進(jìn)涂層修復(fù)技術(shù)，以噴砂、噴丸、高壓水射流為代表的表面高效物理清洗技術(shù)，以及以金屬磁記憶、射線探傷為代表的無損檢測與評估技術(shù)。

來源出版物：中國表面工程,2014,27(3): 42744

入選年份：2014