解決了不同工況下的磨損腐蝕和零部件延壽等理論技術難題，實現(xiàn)了相關技術的國產化替代

日前，第十五屆中國產學研合作創(chuàng)新大會在北京舉行。中國石油大學（華東）材料科學與技術學院表面工程團隊的“耐磨耐蝕減摩表面處理關鍵技術及應用”項目獲2023年中國產學研合作創(chuàng)新成果獎。該技術解決了不同工況下的磨損腐蝕和零部件延壽等理論技術難題，實現(xiàn)了相關技術的國產化替代，助力企業(yè)“提質增效”夯實根基。

研究“武功秘笈”，讓“表面功夫”有據可循

現(xiàn)實中，一些關鍵零部件經過車削、銑削等機械加工后，性能未必完全符合預定要求。各類表面處理技術應運而生，相關技術運用物理、化學等技術手段來“揚長避短”，既可以保持基體材料固有的特征，又賦予表面化所要求的各種性能，從而適應惡劣工作環(huán)境，增強其工作壽命。這項“神奇”的技術常被業(yè)內人士戲謔為“表面功夫”。

中石大材料科學與技術學院韓彬教授、曹寧教授率領的表面工程團隊就是這樣一支善做“表面功夫”的科研團隊，他們一直在為研究一套關于表面工程的“武功秘笈”奔波忙碌。

“據統(tǒng)計，全球有約80%的零部件失效源于磨損和腐蝕?！辈┦科陂g就從事材料研究的韓彬心里很清楚，我國作為世界制造業(yè)大國，琢磨“表面功夫”就要從創(chuàng)新耐磨耐蝕減摩技術下手，實現(xiàn)節(jié)能增效。

韓彬、曹寧決定“兵分三路”，分別從激光表面改性輔助、新型預處理增強及新型滲劑的離子滲氮/滲硫、固體滲碳等方向著手研究。歷經10多年科技攻關，終于發(fā)明出了一套成熟的“武功秘笈”，即表面工程成套技術。

借鑒“別派武功”，給零部件穿上“三級護甲”

2007年，由于含硫污水的嚴重腐蝕，勝利油田的柱塞泵磨損、腐蝕率居高不下，平均每個柱塞泵工作時間僅有1000小時。如果停產更換，會增加人員維修成本，還會有停產帶來的損失。如果不停產更換，磨損、腐蝕將導致泵體的風險隱患持續(xù)加大，一旦造成泄漏將會造成更大的人員、財產損失。

有沒有一種技術能減少更換頻次或者說延長使用壽命呢？恰逢此時，油田向高校發(fā)出了“英雄令”。韓彬敏銳地捕捉到其中的產學研合作機遇，果斷“揭榜掛帥”，帶領團隊進行了科研攻關。

要適應性廣，要涂層質量高，要可控性高……一個接一個的技術問題接踵而至。韓彬追蹤國際科技前沿發(fā)現(xiàn)，一種叫做“激光熔覆”的技術正在國內外的航空航天、動力裝備、機械工業(yè)等行業(yè)“大放異彩”，可在短時間內完成大面積涂層的快速制備，熔覆層厚度范圍可調，可取代電鍍、熱噴涂、堆焊等傳統(tǒng)技術。

韓彬決定將激光熔覆技術引入科研中來。該技術將金屬粉末或涂層材料與基材表面快速熔融、凝固，從而在基材表面形成一層新的涂層，實現(xiàn)表面強化及復合改性。經過反復試驗過后，團隊終于厘清了激光非平衡熱力學條件下組織結構演變規(guī)律，提出了激光表面改性輔助離子滲氮/滲硫復合處理技術，達到了性能目標，如同給零部件穿上“三級護甲”。

“復合改性處理后，摩擦系數降低了 30.9%，耐磨性能提升3倍，讓每個柱塞泵工作時間提升到了3000小時以上?！表n彬介紹，該技術真正實現(xiàn)了生產與安全的動態(tài)平衡。如今，激光表面改性輔助離子滲氮/滲硫復合處理理論與技術已在山東高原油氣裝備有限公司等企業(yè)推廣應用，有效支撐了石油鉆桿、抽油泵以及相關產品和零部件的表面強化技術革新，取得了良好的經濟效益。近三年新增銷售額7億元，新增利潤1.5億元。

牽手醫(yī)藥企業(yè)，研發(fā)種植牙造福民生

除了在生產領域得到成功應用，成套表面處理技術還與民生攀上了關系。2011年，曹寧在與青島西海岸醫(yī)院的口腔科大夫及義齒生產廠商的交流中，發(fā)現(xiàn)了表面技術在種植牙領域應用的機遇。

鈦合金是現(xiàn)階段主流的種植牙材料，既因為它是一種輕、強、耐腐蝕、生物相容性好的金屬材料，又因為其外表堅硬且其內部的韌性非常好，受到大眾好評。但此前國內技術不是很成熟，無法保證純鈦種植體兼具表面強度和整體韌性的要求，因此市場上以外國進口的種植體為主。為了攻克這一技術難題，曹寧帶領團隊成員通過5年多的研究，按照醫(yī)療器械國家標準，開發(fā)了新型固體滲碳劑，并且形成具有自主知識產權的技術專利，實現(xiàn)了傳統(tǒng)固體滲碳技術在定制化口腔純鈦種植體中的應用。

“由于很好地控制了成本價格，純鈦種植牙價格更加親民，用戶反饋效果良好，不少醫(yī)療機構都愿意采購?！辈軐幈硎?，在這項專利技術的加持下，近三年來參與研發(fā)的合作企業(yè)累計實現(xiàn)銷售收入近1.5 億元，新增利潤1700余萬元。

良好的社會效益讓團隊成員越發(fā)信心滿懷，他們將繼續(xù)秉持科學家精神，在扮靚“面子”的同時厚實“里子”，深入對功能材料相關領域的研究，服務國家能源轉型和區(qū)域經濟社會發(fā)展，將“表面功夫”進行到底。（青島日報/觀海新聞記者 王世鋒 通訊員 楊安）

責任編輯：王臻

（作者：王世鋒)