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  2. 中國產學研合作創新成果獎:“表面功夫”,中國石油大學(華東)的這個團隊做得好!
    2024-05-28 16:46:21 作者:腐蝕與防護 來源:腐蝕與防護 分享至:

     

     

    近日,第十五屆中國產學研合作創新大會在北京隆重舉行。中國石油大學(華東)材料科學與工程學院的表面工程團隊申報項目“耐磨耐蝕減摩表面處理關鍵技術及應用”2023年中國產學研合作創新成果獎。待這支低調的科研團隊走到聚光燈下,大眾才發現團隊的那手“表面功夫”已然爐火純青,不同凡響。


     


    研究"武功秘笈",讓"表面功夫"有據可循

     

    車削、銑削?不夠。鉆孔攻絲?不足。熱處理?還差點意思。在這些機械加工之后,關鍵零部件的性能未必能很好地達到預定要求。各種表面處理技術應運而生,它運用物理、化學等技術手段來“揚長避短”——既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,從而適應各種惡劣工作環境,增強其工作壽命。這項“神奇”的技術常被業內人士戲謔為“表面功夫”。

     

     


    在中國石油大學(華東),由韓彬教授、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。
    “據統計,全球有約80%的零部件失效源于磨損和腐蝕。”博士期間就從事相關材料研究的韓彬心里很清楚,我國作為世界制造業大國,琢磨“表面功夫”就要從創新耐磨耐蝕減摩技術下手,實現節能增效。

    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,終于發明出了一套“武功秘笈”——表面工程成套技術,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,為相關技術的國產化替代,助力企業“提質增效”夯實根基。


    借鑒“別派武功”,改進“表面功夫”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。停產更換?既要增加人員維修的成本,又要承擔停產的成本。不停產更換?磨損、腐蝕將導致泵體的風險隱患持續加大,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。

    要高效?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現,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、機械工業等行業“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、堆焊等傳統技術。

    總體技術路線圖

    韓彬決定將激光熔覆技術引入科研中來,通過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”。

    激光熔覆金屬陶瓷離子滲硫復合納米固體潤滑膜層組織結構及摩擦學性能
    “復合改性處理后,摩擦系數降低了30.9%,耐磨性能提升3倍,即讓每個柱塞泵工作時間提升到了3000小時以上。”韓彬介紹,該技術真正實現了生產與安全的動態平衡。

    激光熔覆鎳基合金涂層提高耐磨耐蝕性能

    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推廣應用,強力支撐了石油鉆桿、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。


    牽手醫藥企業,以“表面功夫”研發種植牙造福民生

    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院的口腔科大夫及義齒生產廠商的交流中,發現了表面技術在種植牙領域應用的機遇。

    鈦合金是現階段主流的種植牙材料,既因為其是一種輕、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五年多的實驗,按照醫療器械國家標準,開發了新型固體滲碳劑,并且形成具有自主知識產權的技術專利,實現了傳統固體滲碳技術在定制化口腔純鈦種植體中的應用。

    表面工程團隊的部分獲獎證書

    “由于很好的控制成本價格,讓銷售價格更親民,用戶那里反饋效果良好,不少醫療機構都愿意采購。”曹寧表示,在這項專利技術的加持下,近三年來參與研發的合作企業累計實現銷售收入近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信心滿懷,在面對未來時紛紛表示將繼續秉持科學家精神,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域經濟社會發展,將“表面功夫”進行到底。

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