介紹要素有事業(yè)部成立時間聯(lián)系產(chǎn)業(yè)需求的發(fā)展方向人員構成

1、表面工程與再制造事業(yè)部 Division of Surface Engineering and Remanufacturing 【簡介】 Overview 表面工程與再制造事業(yè)部是材料所首期部署的重要研究領域之一。事業(yè)部的發(fā)展致力 于研究和解決材料表面與界面中的共性科學問題、應用技術及產(chǎn)業(yè)化技術開發(fā)。構筑具有 特色和先進的制備與表征平臺， 圍繞區(qū)域產(chǎn)業(yè)持續(xù)穩(wěn)定地提供優(yōu)質引領技術。 事業(yè)部已建 成薄膜與涂層制備和結構性能測試專業(yè)平臺，可提供科學研究與應用開發(fā)各種檢測服務。 目前，事業(yè)部的發(fā)展方向主要包括多種固體潤滑材料的應用研究；物理及化學氣相沉 積在材料表面防護中的應用研究；有機功能涂層與涂料

2、；PVD CVD硬質耐磨薄膜材料與技 術。事業(yè)部組建了一支高素質的研發(fā)隊伍，承擔國家、省、市縱向課題及與企業(yè)橫向課題 多項?？稍诒砻婕夹g、表面工程等領域承接相關項目，發(fā)現(xiàn)科學規(guī)律，研究開發(fā)新技術、 新方法，為工程研究提供解決方案，為企業(yè)和社會培養(yǎng)輸送人才，做到讓企業(yè)滿意，同行 認可。 【研究方向】 Research Areas 1 多種固體潤滑材料的應用研究 以固體潤滑為代表的特種潤滑技術是在二次世界大戰(zhàn)以后，隨著航空航天等現(xiàn)代軍工 技術的發(fā)展，為適應裝備在苛刻工況條件下的潤滑要求而發(fā)展起來的新型潤滑材料和技術， 它有效地突破了常規(guī)潤滑材料的使用極限，在解決機械裝備在特殊工況條件下的潤滑和防

3、護技術難題方面發(fā)揮了十分重要的作用。美國、歐洲、俄羅斯、日本等工業(yè)發(fā)達國家在特 種潤滑材料方面先后投入了大量的研究和開發(fā)力量，無論是在潤滑新材料品種開發(fā)、材料 研究水平、軍用或民用領域的應用、產(chǎn)業(yè)化水平等方面都代表了目前國際上的最高水平。 這一方面國際上著名的研究和開發(fā)機構有美國國家航天局NAS的Lewis研究中心、Argonne 國家實驗室和西北大學以及道康寧公司和杜邦公司；歐洲航天局材料研究所、英國帝國理 工學院、劍橋大學；日本機械技術研究所、航空宇宙研究所、東京大學生產(chǎn)技術研究所、 川邑研究所和才（株）；俄羅斯的機械研究所和金屬聚合物研究所以及世界各大飛機 制造公司的相關研究所等。已經(jīng)開

4、發(fā)的品種包括金屬基高溫抗磨減摩材料、聚合物基自潤 滑復合材料、固體潤滑涂層材料、PCV多功能潤滑薄膜材料、特種潤滑油脂、特種自潤滑 耐磨電觸點材料等多種類型，這些材料有效地突破了常規(guī)油脂潤滑材料的使用極限，在解 決機械特殊潤滑技術難題、提升產(chǎn)品技術水平方面發(fā)揮了十分重要的作用。在相關技術產(chǎn) 業(yè)化方面，以日本才彳UX（株）、美國道康寧公司和杜邦公司為代表，已相繼實現(xiàn)了多種 固體潤滑材料的商品化生產(chǎn)，達到了很大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，相關產(chǎn)品在建筑、機械、交通、高 速鐵路、汽車、紡織、家電甚至家庭日用品方面均獲得了廣泛應用，其中在許多地方替代 傳統(tǒng)潤滑材料取得了意想不到的良好效果，目前西方發(fā)達國家在民用工業(yè)領

5、域采用特種潤 滑材料的已越來越普遍，與傳統(tǒng)潤滑相比，市場占有率已接近 30%，并顯示了良好的發(fā)展前 景。 國內在固體潤滑材料的研究和應用方面，以中國科學院蘭州化學物理研究所、 航天703 所、中國科學院金屬所、武漢材保所、清華大學、中國航空材料研究院、上海材料所等為 代表，他們在相關領域做出了各具特色的工作，在軍用和民用技術方面，為國家經(jīng)濟建設 做出了重要的貢獻。尤其是近 10多年來，有關這一方面的技術發(fā)展很快，截至目前，國內 共重點發(fā)展了金屬基高溫抗磨復合材料、聚合物基自潤滑復合材料、固體潤滑涂層 材料、物理氣相沉積（PVD潤滑薄膜、特種潤滑油脂及添加劑、陶瓷基耐磨材料六 大類固體潤滑材料和

6、技術，從公開發(fā)表的專利和文獻資料對比來看，國內在相關領域所發(fā) 展的材料類型和研究水平總體與國外同步，但在產(chǎn)品品種和性能，以及系列化、規(guī)范化和 應用方面，與國外相比都還有不小的差距 固體潤滑材料是工業(yè)技術發(fā)展必須的基礎材料，本項目針對寧波及周邊地區(qū)企業(yè)對高 性能固體潤滑技術的具體需求，以實驗室合作方中科院蘭州化物所多年來在高技術應用研 究所積累的固體潤滑成果為基礎，開展多種類型固體潤滑材料的應用研究，力求解決多項 企業(yè)發(fā)展中的技術難題，為企業(yè)技術進步和產(chǎn)品更新?lián)Q代做出實質性貢獻。 2物理及化學氣相沉積在材料防護中的應用研究 浙江省是磁性材料產(chǎn)業(yè)大省，各類磁性材料的產(chǎn)量占全國80%以上，其中以釹鐵

7、硼為 主的稀土永磁材料主要集中在寧波地區(qū)，生產(chǎn)規(guī)模已超過20000噸/年，實際產(chǎn)量占全國的 50%左右。針對稀土永磁材料尤其是釹鐵硼材料耐腐蝕性能差的特點，采用電沉積、電泳、 化學沉積、物理氣相沉積的手段在磁體表面沉積有機、金屬或合金鍍層對磁體進行防護。 研究電沉積及化學沉積過程中磁體吸氫腐蝕對鍍層結合力的影響，研究稀土永磁材料表面 化學沉積非晶薄膜的機制，為解決稀土永磁材料在永磁電機及混合動力汽車電機中的應用 瓶頸問題提供理論依據(jù) 3有機功能涂層與涂料 現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展使人們越來越重視材料或產(chǎn)品的表面性能，除了高強度、高硬度、高 模量等為特征的無機表面或涂層外，在很多領域或場合需要在潤濕、吸附

8、、粘附、摩擦、 潤滑、防護、分子識別、表面官能化等方面具有特殊性質的有機功能薄膜或涂層。有機功 能表面與涂層具有適用面廣、備選材料眾多、功能豐富、施工簡單、易于工業(yè)化等優(yōu)點， 本研究將通過分子設計、表面化學反應、表面涂覆等各種化學、物理手段對各類材料表面 進行化學成分和形態(tài)的控制或改性，以達到滿足各領域中所需的特殊性能的目的。主要研 究內容包括以下三個方面：功能性粘接涂層、功能涂料與涂裝、表面潤濕性的可控技術。 功能性粘接涂層：針對汽車工業(yè)、機械裝備業(yè)、電子工業(yè)、軍工等工業(yè)領域對潤滑、耐 磨和表面防護的需求，開發(fā)具有低摩擦系數(shù)、耐磨損、耐腐蝕、強附著力等功能的粘接型 涂層產(chǎn)品和技術，以達到節(jié)能

9、、節(jié)材、延壽、環(huán)保、高生產(chǎn)效率等目的。目前研究中的課 題包括粘接型自潤滑涂層、UV光固化粘接劑與涂層、中高溫玻璃油墨等； 粉末涂料與涂裝：粉末涂料是以合成樹脂為主要的成膜物質， 借助氣體作為分散介質分 散到物體表面，經(jīng)過加熱熔融流平成膜的固體涂料，是無污染、省能耗、高效涂裝、便于 儲運的涂料品種，已經(jīng)成為國內外大規(guī)模生產(chǎn)轎車、電器所迫切需要的涂料品種。粉末涂 料與涂裝以其節(jié)省資源，無公害，省能源，勞動生產(chǎn)率高和便于實施自動化生產(chǎn)而得到迅 速地發(fā)展。粉末涂料符合國際上的“經(jīng)濟，環(huán)保，高效，性能卓越”經(jīng)濟四原則，因而粉 末涂料工業(yè)增長很快，它將成為21世紀世界工業(yè)涂料體系中僅次于水性涂料的第二大工

10、業(yè) 涂料，已成為涂料行業(yè)科技工作者研究和關注的焦點。實驗室擬開展課題包括聚酯環(huán)氧類 和丙烯酸酯類粉末涂料的開發(fā)； 表面潤濕性的可控技術：將針對眾多工業(yè)領域中普遍存在的材料的潤濕與浸潤的共性基 礎問題進行研究。潤濕與浸潤的重要性在許多生產(chǎn)工藝中有重要體現(xiàn)，如復合材料中樹脂 對增強相的浸潤、織物染整、金屬焊接、生物吸附等，因此研究表面潤濕行為的可控技術 在許多工業(yè)過程中具有極其重要的效應，同時一些特殊的潤濕現(xiàn)象，如超疏水、超潤濕在 自清潔、抗污染等前沿領域具有極其誘人的應用前景。 固體潤滑涂層材料 根據(jù)引進設備的應用需求，分別發(fā)展出一種Falex耐磨壽命（一種國際標準潤滑涂層 摩擦磨損試驗方法）長

11、于250min、Falex承載能力大于12000N各項性能符合國際最高標 準美軍標MIL-L-46010E的固體潤滑涂層和一種噴霧劑包裝的常溫固化，中、高溫度適用的 固體潤滑防護涂層，要求該涂層的基本性能達到MIL-L-23398的水平。 4 PVD、CVD硬質耐磨薄膜材料與技術 目前先進制造業(yè)和高新技術產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，使工具、模具、機械部件等服役條件更 苛刻，傳統(tǒng)單一性能的硬質材料和防護技術已難以滿足其更高要求。但隨能源和環(huán)境問題 的日益突出，傳統(tǒng)濕式電鍍、化學鍍表面防護技術因對環(huán)境造成的大量污染和人體健康的 巨大威脅面臨著嚴峻挑戰(zhàn)， 開發(fā)基于傳統(tǒng)材料耐磨、 潤滑和防護的表面多功能化薄膜材料

12、， 及無毒、環(huán)保、干式的高值化構筑真空鍍膜表面技術尤為迫切和重要。本研究擬主要采用 多種物理氣相沉積（PVD和化學氣相沉積（CVD的綠色真空鍍膜技術，通過對薄膜材料 的組分設計、參數(shù)調控、結構表征、物性分析、工藝優(yōu)化，建立不同性能剪裁的薄膜生長 機制和大面積可控制備技術，實現(xiàn)高性能硬質薄膜材料制備新技術、新工藝的突破，推廣 其在若干重大領域中的工程化應用，結合關鍵裝備自主研制，提供滿足不同用戶需求的一 整套完整、創(chuàng)新的硬質薄膜技術解決方案。主要研究內容包括：高性能類金剛石薄膜材料 及其產(chǎn)業(yè)化；磁過濾陰極真空電弧超硬、耐磨薄膜與技術；新型納米結構高硬度、超潤滑 薄膜材料；PVD功能裝飾耐磨防護薄

13、膜與技術。 高性能類金剛石薄膜材料制備及其產(chǎn)業(yè)化：主要針對傳統(tǒng)DLC薄膜技術制備薄膜面積 小、生長速率低、等離子體不穩(wěn)定的關鍵技術瓶頸，利用線性離子束復合矩形磁控濺射技 術具有離化率高、等離子體穩(wěn)定、大面積生長容易、沉積速率高、摻雜復合方便等突出優(yōu) 點，研究復合PVD技術下不同結構和生長參數(shù)對薄膜結合力、力學、摩擦學行為的影響， 以獲得硬度高、應力低、結合力好的高性能DLC硬質薄膜制備新工藝、新技術，掌握大面 積可控制備核心技術，全面促進其重大工程化應用。 磁過濾陰極真空電弧超硬、耐磨薄膜與技術： 針對精密工模具、微電子、磁存儲行業(yè)對 超硬、超光滑、超薄防護材料的特性要求和傳統(tǒng)多弧離子鍍存在大

14、顆粒融滴污染、成本高 的問題，擬通過對磁過濾器中磁場和等離子體特性的模擬計算，研制具有有效大顆粒過濾 和高等離子體輸運的先進磁過濾陰極真空電弧沉積裝置 （FCVA）。并開展新型FCVA技術中, 不同工藝參數(shù)和結構對 ta-C 碳膜、金屬膜、納米異質超硬膜的動力學生長和物性行為研究， 建立FCVA生長薄膜的模型機制，掌握應力降低可控技術，為超高性能耐磨、防護薄膜新材 料的研究開發(fā)提供實驗和理論數(shù)據(jù)，探索其進一步的工程化應用 新型納米結構高硬度、超潤滑薄膜材料：DLC薄膜材料具有高硬度、低摩擦系數(shù)、良好 耐磨耐蝕性等優(yōu)點，是一類理想的硬質多功能材料，但存在抗氧化性較差的致命缺點。氮 基硬質薄膜具有

15、高硬度、耐磨、高抗氧化性的特點，但摩擦系數(shù)較高、易磨損。針對現(xiàn)代 切削加工業(yè)和國家高技術產(chǎn)業(yè)的特殊功能需求，本研究擬結合碳基和氮基薄膜的特點，通 過合理選擇具有提高潤滑和抗磨性能的單質（Ti、Cu Si、N等）和化合物（MoS WS等）、 及抗高溫性好的元素（Al、W M0，在不同基材上制備具有納米復合、納米異質多元、納 米梯度、納米多層等特殊結構的新型納米結構碳氮硬質功能薄膜，研究工藝、結構、組分、 成鍵方式等對薄膜物性的影響，探索具有高抗氧化性、高硬度、超潤滑的新型納米結構多 功能薄膜的合成機制、可控制備技術及應用。 PVD硬質裝飾耐磨薄膜與技術：自20世紀70年代以來，以TiN、CrN、

16、ZrN等為代表的 裝飾性硬質薄膜得到了極大的發(fā)展，目前作為我國薄膜技術的支柱產(chǎn)業(yè)之一，已廣泛用于 建筑、表業(yè)、浴具五金等多個行業(yè)，顏色也從初始的金黃色發(fā)展到了彩色、槍黑、干涉色 等多種。然而，電腦、通訊、消費電子產(chǎn)品等新興 3C行業(yè)的迅猛發(fā)展和市場的多功能化高 檔需求，使單一裝飾性薄膜材料已很難滿足其高硬度、高耐汗蝕、高品質色度等綜合性能 苛刻要求，具有功能性的裝飾薄膜新材料與技術開發(fā)已備受關注。本研究擬開展兼具功能 化和色彩多樣化的高品質功能裝飾薄膜新材料基礎研究及其低成本PVD產(chǎn)業(yè)化技術開發(fā)。 【科研進展】Progress 1物理氣相沉積用于NdFeB防護 中國科學院寧波材料技術與工程研究

17、所采用物理氣相沉積用于NdFeB防護已經(jīng)做了大 量的工作。自行設計了半工業(yè)化的磁控濺射系統(tǒng)，有效地解決了磁控濺射沉積過程中的陰 影效應，實現(xiàn)了磁體所有外表面均勻鍍膜，也可對一定長徑比的磁環(huán)進行均勻鍍膜處理。 通過磁控靶設計，顯著提高了沉積薄膜速率。采用磁控濺射沉積金屬薄膜及多層梯度薄膜 用于釹鐵硼磁體防護研究取得較好效果。沉積的防護薄膜具有優(yōu)異的耐侯性能，一定的耐 磨性能，并且沉積的防護薄膜不降低磁體的各項磁性能指標。而且該設備和工藝易于移植 到其他材料的防護應用。 磁體采用磁控濺射沉積防護薄膜的形貌 2類金剛石硬質薄膜 類金剛石涂層是一大類非晶碳涂層材料的統(tǒng)稱，具有高硬度、高耐磨耐蝕性、低摩

18、擦 系數(shù)、良好絕緣性、優(yōu)異生物兼容性、在可見到紫外光范圍內透明、表面光滑等諸多優(yōu)異 特性。另外，類金剛石涂層可在多種低溫的 PVD CVD真空鍍膜技術下順利進行，大面積生 長容易，基體材料適用性廣；性能可在潤滑性好的石墨和硬度最高的金剛石大范圍內可控 剪裁，功能自由度高。因此，作為替代升級濕式電鍍涂層技術的有力之選，和產(chǎn)業(yè)化用高 性能硬質涂層材料首選，已成為全球關注和研究的熱點。 然而，目前傳統(tǒng)PVD CVD技術制備的類金剛石涂層還存在：涂層殘余應力大、膜基結 合力弱、摩擦性能不穩(wěn)定、沉積面積小、成本高等關鍵產(chǎn)業(yè)化瓶頸問題，這極大的限制了 類金剛石涂層的大范圍產(chǎn)業(yè)化應用。針對這些難題，通過核心裝備技術的研制突破與涂層 結構的設計優(yōu)化，寧波材料所的類金剛石涂層技術突出特點為： 1）大面積、低成本復合離子束 PVD制備技術：寬束流、