“表面功夫”，还是这个团队做得好！

近日，第十五届中国产学研合作创新大会在北京隆重举行。我校材料科学与工程学院的表面工程团队申报项目“耐磨耐蚀减摩表面处理关键技术及应用”获2023年中国产学研合作创新成果奖。待这支低调的科研团队走到聚光灯下，大众才发现团队的那手“表面功夫”已然炉火纯青，不同凡响。

研究"武功秘笈",让"表面功夫"有据可循

车削、铣削？不够。钻孔攻丝？不足。热处理？还差点意思。在这些机械加工之后，关键零部件的性能未必能很好地达到预定要求。各种表面处理技术应运而生，它运用物理、化学等技术手段来“扬长避短”——既保持基体材料固有的特征，又赋予表面化所要求的各种性能，从而适应各种恶劣工作环境，增强其工作寿命。这项“神奇”的技术常被业内人士戏谑为“表面功夫”。

在我校，由韩彬教授、曹宁教授率领的表面工程团队就是这样一支善做“表面功夫”的科研团队，他们一直在为研究一套关于表面工程的“武功秘笈”奔波忙碌。

“据统计，全球有约80%的零部件失效源于磨损和腐蚀。”博士期间就从事相关材料研究的韩彬心里很清楚，我国作为世界制造业大国，琢磨“表面功夫”就要从创新耐磨耐蚀减摩技术下手，实现节能增效。

韩彬、曹宁决定“兵分三路”，分别从激光表面改性辅助、新型预处理增强及新型渗剂的离子渗氮/渗硫、固体渗碳等方向着手研究。历经10多年科技攻关，终于发明出了一套“武功秘笈”——表面工程成套技术，解决了不同工况下的磨损腐蚀和零部件延寿等理论技术难题，为相关技术的国产化替代，助力企业“提质增效”夯实根基。

借鉴“别派武功”，改进“表面功夫”给零部件穿上“三级护甲”

2007年，由于含硫污水的严重腐蚀，胜利油田的柱塞泵磨损、腐蚀率居高不下，平均每个柱塞泵工作时间仅有1000小时。停产更换？既要增加人员维修的成本，又要承担停产的成本。不停产更换？磨损、腐蚀将导致泵体的风险隐患持续加大，一旦造成泄漏将会造成更大的人员、财产损失。

有没有一种技术能减少更换频次或者说延长使用寿命呢？恰逢此时，油田向高校发出了“英雄令”。韩彬敏锐地捕捉到其中的产学研合作机遇，果断“揭榜挂帅”，带领团队进行了科研攻关。

要高效？要适应性广？要涂层质量高？要可控性高？一个接一个的技术问题接踵而至。韩彬追踪国际科技前沿发现，一种叫做“激光熔覆”的技术正在国内外的航空航天、动力装备、机械工业等行业“大放异彩”，可在短时间内完成大面积涂层的快速制备，熔覆层厚度范围可调，可取代电镀、热喷涂、堆焊等传统技术。

总体技术路线图

韩彬决定将激光熔覆技术引入科研中来，通过将金属粉末或涂层材料与基材表面快速熔融、凝固，从而在基材表面形成一层新的涂层，实现表面强化及复合改性。经过反复试验过后，团队终于厘清了激光非平衡热力学条件下组织结构演变规律，提出了激光表面改性辅助离子渗氮/渗硫复合处理技术，达到了性能目标，如同给零部件穿上“三级护甲”。

激光熔覆金属陶瓷离子渗硫复合纳米固体润滑膜层组织结构及摩擦学性能

“复合改性处理后，摩擦系数降低了30.9%，耐磨性能提升3倍，即让每个柱塞泵工作时间提升到了3000小时以上。”韩彬介绍，该技术真正实现了生产与安全的动态平衡。

激光熔覆镍基合金涂层提高耐磨耐蚀性能

如今，激光表面改性辅助离子渗氮/渗硫复合处理理论与技术已在山东高原油气装备有限公司等企业推广应用，强力支撑了石油钻杆、抽油泵以及相关产品和零部件的表面强化技术革新，取得了良好的经济效益，近三年新增销售额7亿元，新增利润1.5亿元。

牵手医药企业，以“表面功夫”研发种植牙造福民生

除了在生产领域得到成功应用，成套表面处理技术还与民生攀上了关系。2011年，曹宁在与青岛西海岸医院的口腔科大夫及义齿生产厂商的交流中，发现了表面技术在种植牙领域应用的机遇。

钛合金是现阶段主流的种植牙材料，既因为其是一种轻、强、耐腐蚀、生物相容性好的金属材料，又因为其外表坚硬且其内部的韧性非常好，受到大众好评。但此前国内技术不是很成熟，无法保证纯钛种植体兼具表面强度和整体韧性的要求，因此市场上以外国进口的种植体为主。

为了攻克这一技术难题，曹宁带领团队成员通过五年多的实验，按照医疗器械国家标准，开发了新型固体渗碳剂，并且形成具有自主知识产权的技术专利，实现了传统固体渗碳技术在定制化口腔纯钛种植体中的应用。

表面工程团队的部分获奖证书

“由于很好的控制成本价格，让销售价格更亲民，用户那里反馈效果良好，不少医疗机构都愿意采购。”曹宁表示，在这项专利技术的加持下，近三年来参与研发的合作企业累计实现销售收入近1.5亿元，新增利润1700余万元。

良好的社会效益让团队成员越发信心满怀，在面对未来时纷纷表示将继续秉持科学家精神，在扮靓“面子”的同时厚实“里子”，深入对功能材料相关领域的研究，服务国家能源转型和区域经济社会发展，将“表面功夫”进行到底。

图片：杨安

文字：杨安

编辑：张茗竹

责任编辑：徐明权

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