第八章納米表面工程

1、11 納米表面工程的內(nèi)涵納米表面工程的內(nèi)涵 納米技術(shù)是納米技術(shù)是20世紀(jì)世紀(jì)80年代末期誕生并正在年代末期誕生并正在崛起的新技術(shù)。崛起的新技術(shù)。1990年年7月，在美國巴爾的摩月，在美國巴爾的摩召開了國際首屆納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議（召開了國際首屆納米科學(xué)技術(shù)會(huì)議（Nano-ST）。納米科技研究范圍是過去人類很少涉）。納米科技研究范圍是過去人類很少涉及的及的非宏觀、非微觀非宏觀、非微觀的中間領(lǐng)域（的中間領(lǐng)域（10-910-7m），它的研究開辟了人類認(rèn)識(shí)世界的新層），它的研究開辟了人類認(rèn)識(shí)世界的新層次。納米材料與技術(shù)的發(fā)展得到了世界各國次。納米材料與技術(shù)的發(fā)展得到了世界各國的高度重視。的高度重視。第八章

2、第八章 納米表面工程納米表面工程 21 納米表面工程的內(nèi)涵納米表面工程的內(nèi)涵 在開展相關(guān)理論研究與實(shí)踐應(yīng)用的基礎(chǔ)上，在開展相關(guān)理論研究與實(shí)踐應(yīng)用的基礎(chǔ)上，“納米表面工程納米表面工程”這一新的概念和領(lǐng)域應(yīng)運(yùn)而這一新的概念和領(lǐng)域應(yīng)運(yùn)而生。生。2000年，徐濱士等人在年，徐濱士等人在中國機(jī)械工程中國機(jī)械工程雜志上首先提出了雜志上首先提出了“納米表面工程納米表面工程”的概念。的概念。 2002年國際表面工程學(xué)科創(chuàng)始人、中國工年國際表面工程學(xué)科創(chuàng)始人、中國工程院外籍院士、英國伯明翰大學(xué)程院外籍院士、英國伯明翰大學(xué)T. Bell教授教授訪華時(shí)對納米表面工程的提法給予充分的肯訪華時(shí)對納米表面工程的提法給予充

3、分的肯定，并確定與中國學(xué)者聯(lián)合開展納米表面工定，并確定與中國學(xué)者聯(lián)合開展納米表面工程的研究工作。程的研究工作。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 31 納米表面工程的內(nèi)涵納米表面工程的內(nèi)涵 納米表面工程是以納米材料和其他低維非納米表面工程是以納米材料和其他低維非平衡材料為基礎(chǔ)，通過特定的加工技術(shù)和手平衡材料為基礎(chǔ)，通過特定的加工技術(shù)和手段，對固體表面進(jìn)行強(qiáng)化、改性、超精細(xì)加段，對固體表面進(jìn)行強(qiáng)化、改性、超精細(xì)加工或賦予表面新功能的系統(tǒng)工程。產(chǎn)生機(jī)敏工或賦予表面新功能的系統(tǒng)工程。產(chǎn)生機(jī)敏表面、納米智能表面和表面納米器件。（潛表面、納米智能表面和表面納米器件。（潛艇蒙皮、坦克外殼）簡言之，納米

4、表面工程艇蒙皮、坦克外殼）簡言之，納米表面工程就是將納米材料和納米技術(shù)與表面工程交就是將納米材料和納米技術(shù)與表面工程交叉、復(fù)合、綜合并開發(fā)應(yīng)用。叉、復(fù)合、綜合并開發(fā)應(yīng)用。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 41 納米表面工程的內(nèi)涵納米表面工程的內(nèi)涵 與傳統(tǒng)的表面工程相比，其特點(diǎn)是：取決與傳統(tǒng)的表面工程相比，其特點(diǎn)是：取決于基體性能的因素被弱化，表面處理、改性于基體性能的因素被弱化，表面處理、改性和功能化的自由度擴(kuò)大，表面加工技術(shù)的作和功能化的自由度擴(kuò)大，表面加工技術(shù)的作用更加突出，產(chǎn)品的附加值更高。用更加突出，產(chǎn)品的附加值更高。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 51 納米表面工程的內(nèi)

5、涵納米表面工程的內(nèi)涵第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 什么是“納米表面” 納米量級厚度的薄膜表面含有納米顆粒與原子團(tuán)族表面含有納米碳管復(fù)合納米表面62 納米表面工程產(chǎn)生的背景納米表面工程產(chǎn)生的背景 隨著納米科技的發(fā)展，微機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)隨著納米科技的發(fā)展，微機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造日益增多，制造技術(shù)以由亞微米層計(jì)、制造日益增多，制造技術(shù)以由亞微米層次進(jìn)入到原子、分子級的納米層次。納米機(jī)次進(jìn)入到原子、分子級的納米層次。納米機(jī)器人、納米鉗、納米電機(jī)、器人、納米鉗、納米電機(jī)、，此類機(jī)電，此類機(jī)電系統(tǒng)涉及到大量的表面科學(xué)表面技術(shù)問題，系統(tǒng)涉及到大量的表面科學(xué)表面技術(shù)問題，且隨著尺寸減小和表面效應(yīng)的出現(xiàn)，

6、傳統(tǒng)的且隨著尺寸減小和表面效應(yīng)的出現(xiàn)，傳統(tǒng)的的表面設(shè)計(jì)和加工方法以不再適應(yīng)。的表面設(shè)計(jì)和加工方法以不再適應(yīng)。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 72 納米表面工程產(chǎn)生的背景納米表面工程產(chǎn)生的背景 要求材料在特殊情況，如超高溫要求材料在特殊情況，如超高溫/低溫、低溫、超高壓、高真空、強(qiáng)氧化還原或腐蝕環(huán)境以超高壓、高真空、強(qiáng)氧化還原或腐蝕環(huán)境以及存在輻射、聲吸收、信號(hào)屏蔽、承受點(diǎn)載及存在輻射、聲吸收、信號(hào)屏蔽、承受點(diǎn)載荷等條件下服役的情況越來越多，由于納米荷等條件下服役的情況越來越多，由于納米材料在力、電、聲、光、熱、磁方面表現(xiàn)出材料在力、電、聲、光、熱、磁方面表現(xiàn)出與宏觀材料不同的特性。因此

7、傳統(tǒng)材料表面與宏觀材料不同的特性。因此傳統(tǒng)材料表面納米化顯得特別重要。納米化顯得特別重要。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 83 實(shí)現(xiàn)表面納米化的三種途徑實(shí)現(xiàn)表面納米化的三種途徑 在金屬材料表面獲得納米結(jié)構(gòu)表層主要途在金屬材料表面獲得納米結(jié)構(gòu)表層主要途徑有三種：表面涂覆或沉積方法、表面自身徑有三種：表面涂覆或沉積方法、表面自身納米化方法和混合納米化方法。納米化方法和混合納米化方法。（1）表面涂覆或沉積方法）表面涂覆或沉積方法 首先利用納米粉體制備技術(shù)獲得具有納米首先利用納米粉體制備技術(shù)獲得具有納米尺度的顆粒，再將這些顆粒通過表面技術(shù)固尺度的顆粒，再將這些顆粒通過表面技術(shù)固結(jié)在材料的表面，

8、形成一個(gè)與基體化學(xué)成分結(jié)在材料的表面，形成一個(gè)與基體化學(xué)成分相同（或不同）的納米結(jié)構(gòu)表層。相同（或不同）的納米結(jié)構(gòu)表層。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 9納米固體薄膜制備技術(shù)納米固體薄膜制備技術(shù) 直流濺射 射頻濺射 磁控濺射 離子束濺射 真空蒸發(fā)濺射沉積離子鍍物理氣相沉積 （PVD）化學(xué)氣相沉積 （CVD）分子束外延 （MBE）氣相沉積氣相沉積 電電 鍍鍍 法法 溶膠溶膠-凝膠法凝膠法 電阻加熱 感應(yīng)加熱 電子束加熱 激光加熱 直流二極型離子鍍 射頻放電離子鍍 等離子體離子鍍 HFCVD PECVD LECVD 103 實(shí)現(xiàn)表面納米化的三種途徑實(shí)現(xiàn)表面納米化的三種途徑 這種材料的主要特

9、征是：納米結(jié)構(gòu)表層內(nèi)晶這種材料的主要特征是：納米結(jié)構(gòu)表層內(nèi)晶粒大小比較均勻、晶粒尺寸可以控制；表層與粒大小比較均勻、晶粒尺寸可以控制；表層與基體之間存在著明顯得界面；材料的外形尺寸基體之間存在著明顯得界面；材料的外形尺寸較處理前有所增加。較處理前有所增加。 許多常規(guī)表面涂層和沉積技術(shù)都具有開發(fā)納許多常規(guī)表面涂層和沉積技術(shù)都具有開發(fā)納米表面膜層的潛力，如米表面膜層的潛力，如PVD、CVD、電解沉積、電解沉積等。通過工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，可以控制納米結(jié)構(gòu)等。通過工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，可以控制納米結(jié)構(gòu)表層的厚度和納米晶粒的尺寸，整個(gè)工藝過程表層的厚度和納米晶粒的尺寸，整個(gè)工藝過程的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)表層與基體之間以及表

10、層納米顆的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)表層與基體之間以及表層納米顆粒之間的牢固結(jié)合。粒之間的牢固結(jié)合。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 113 實(shí)現(xiàn)表面納米化的三種途徑實(shí)現(xiàn)表面納米化的三種途徑 目前，這些技術(shù)經(jīng)過不斷地發(fā)展和完善，目前，這些技術(shù)經(jīng)過不斷地發(fā)展和完善，已比較成熟。已比較成熟。（2）表面自身納米化方法）表面自身納米化方法 對于多晶材料，采用非平衡處理方法增加對于多晶材料，采用非平衡處理方法增加材料表面的自由能，可以使粗晶組織逐漸細(xì)材料表面的自由能，可以使粗晶組織逐漸細(xì)化至納米量級。這種材料的主要特征是：晶化至納米量級。這種材料的主要特征是：晶粒尺寸沿厚度方向逐漸增大；納米結(jié)構(gòu)表層粒尺寸沿厚度方

11、向逐漸增大；納米結(jié)構(gòu)表層與基體之間沒有明顯的界面；處理前后材料與基體之間沒有明顯的界面；處理前后材料的外形尺寸基本不變。的外形尺寸基本不變。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 123 實(shí)現(xiàn)表面納米化的三種途徑實(shí)現(xiàn)表面納米化的三種途徑 由非平衡實(shí)現(xiàn)表面納米化主要有兩種方由非平衡實(shí)現(xiàn)表面納米化主要有兩種方法，即表面機(jī)械（加工）處理法和非平衡熱法，即表面機(jī)械（加工）處理法和非平衡熱力學(xué)法，不同方法所采用的工藝和由其導(dǎo)致力學(xué)法，不同方法所采用的工藝和由其導(dǎo)致納米化的微觀機(jī)理均存在著較大的差異。納米化的微觀機(jī)理均存在著較大的差異。（3）混合納米化方法）混合納米化方法 在制備熱噴涂層、電刷鍍層、粘結(jié)層

12、等表在制備熱噴涂層、電刷鍍層、粘結(jié)層等表面工程涂覆層時(shí)，在基質(zhì)層中復(fù)合納米顆粒面工程涂覆層時(shí)，在基質(zhì)層中復(fù)合納米顆粒以改變涂覆層本身的綜合性能或制備出特殊以改變涂覆層本身的綜合性能或制備出特殊的功能涂層。的功能涂層。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 133 實(shí)現(xiàn)表面納米化的三種途徑實(shí)現(xiàn)表面納米化的三種途徑 目前，較為成熟的使用納米表面工程技術(shù)目前，較為成熟的使用納米表面工程技術(shù)制備的表面涂覆層主要屬于這種方式。制備的表面涂覆層主要屬于這種方式。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 144. 實(shí)用納米表面技術(shù)實(shí)用納米表面技術(shù) 圍繞以上途徑開展研究，當(dāng)前已經(jīng)開發(fā)出圍繞以上途徑開展研究，當(dāng)前

13、已經(jīng)開發(fā)出多種實(shí)用的納米表面工程技術(shù)。多種實(shí)用的納米表面工程技術(shù)。（1）納米薄膜制備技術(shù)）納米薄膜制備技術(shù) 薄膜技術(shù)是通過某些特定工藝（常用濺射薄膜技術(shù)是通過某些特定工藝（常用濺射法），在物體表面沉積附著一層或者多層與法），在物體表面沉積附著一層或者多層與基體材料材質(zhì)不同的薄膜，使物體表面具有基體材料材質(zhì)不同的薄膜，使物體表面具有與基體材料不同性能的技術(shù)。與基體材料不同性能的技術(shù)。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 154. 實(shí)用納米表面技術(shù)實(shí)用納米表面技術(shù)（1）納米薄膜制備技術(shù)）納米薄膜制備技術(shù) 按薄膜的用途，可以將其分為按薄膜的用途，可以將其分為功能性薄膜功能性薄膜和和保護(hù)性薄膜保護(hù)性

14、薄膜兩大類。兩大類中又有納米多兩大類。兩大類中又有納米多層膜和納米復(fù)合膜之分。納米多層膜一般是層膜和納米復(fù)合膜之分。納米多層膜一般是由兩種厚度在納米尺度上的不同材料層交替由兩種厚度在納米尺度上的不同材料層交替排列而成的涂層體系。排列而成的涂層體系。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 164. 實(shí)用納米表面技術(shù)實(shí)用納米表面技術(shù)（1）納米薄膜制備技術(shù)）納米薄膜制備技術(shù) 由于膜層在納米量級上排列的周期性，兩由于膜層在納米量級上排列的周期性，兩種材料具有一個(gè)基本固定的超點(diǎn)陣周期，雙種材料具有一個(gè)基本固定的超點(diǎn)陣周期，雙層厚度為層厚度為510nm，一些涂層在，一些涂層在X射線衍射圖射線衍射圖上產(chǎn)生了

15、附加的超點(diǎn)陣峰，對這些涂層又稱上產(chǎn)生了附加的超點(diǎn)陣峰，對這些涂層又稱之為納米超點(diǎn)陣涂層。納米復(fù)合膜是由兩相之為納米超點(diǎn)陣涂層。納米復(fù)合膜是由兩相或兩相以上的固態(tài)物質(zhì)組成的薄膜材料，其或兩相以上的固態(tài)物質(zhì)組成的薄膜材料，其中至少有一相是納米晶，其他相可以是納米中至少有一相是納米晶，其他相可以是納米晶，也可以是非晶態(tài)。晶，也可以是非晶態(tài)。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 174. 實(shí)用納米表面技術(shù)實(shí)用納米表面技術(shù)（2）納米熱噴涂技術(shù)）納米熱噴涂技術(shù) 熱噴涂是表面工程領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的熱噴涂是表面工程領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的技術(shù)，在各種新型熱噴涂技術(shù)技術(shù)，在各種新型熱噴涂技術(shù)如超音速火焰如超音速

16、火焰噴涂（噴涂（HVOF）、高速電弧噴涂、氣體爆燃）、高速電弧噴涂、氣體爆燃式噴涂、電熔爆炸噴涂、超音速等離子噴式噴涂、電熔爆炸噴涂、超音速等離子噴涂、真空等離子噴涂等不斷涌現(xiàn)的同時(shí)，納涂、真空等離子噴涂等不斷涌現(xiàn)的同時(shí)，納米熱噴涂技術(shù)已成為熱噴涂技術(shù)新的發(fā)展方米熱噴涂技術(shù)已成為熱噴涂技術(shù)新的發(fā)展方向。向。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 184. 實(shí)用納米表面技術(shù)實(shí)用納米表面技術(shù)（2）納米熱噴涂技術(shù)）納米熱噴涂技術(shù) 熱噴涂納米涂層組成可分為三類：熱噴涂納米涂層組成可分為三類： 單一納米顆粒材料的復(fù)合體系，特別是陶單一納米顆粒材料的復(fù)合體系，特別是陶瓷或金屬陶瓷顆粒的復(fù)合體系具有重要的作

17、瓷或金屬陶瓷顆粒的復(fù)合體系具有重要的作用和意義。目前，完全的納米材料涂層離普用和意義。目前，完全的納米材料涂層離普及及應(yīng)用還有相當(dāng)距離。大部分的研究開發(fā)及及應(yīng)用還有相當(dāng)距離。大部分的研究開發(fā)工作集中在在傳統(tǒng)涂覆層技術(shù)基礎(chǔ)上，添加工作集中在在傳統(tǒng)涂覆層技術(shù)基礎(chǔ)上，添加復(fù)合納米材料，可在較低成本情況下，使涂復(fù)合納米材料，可在較低成本情況下，使涂覆層功能得到顯著提高。覆層功能得到顯著提高。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 19熱噴涂法制備NC納米粒子（納米粒子（0D-n）：質(zhì)量太小，不能直接）：質(zhì)量太小，不能直接噴涂；噴涂過程中被燒結(jié)。噴涂；噴涂過程中被燒結(jié)。液相分散噴霧合成法，原位生成噴霧合

18、成法，機(jī)液相分散噴霧合成法，原位生成噴霧合成法，機(jī)械研磨合成法。械研磨合成法。納米結(jié)構(gòu)喂料 ( Nanostrucyured Feedstock, NF )納米結(jié)構(gòu)喂料的制備納米結(jié)構(gòu)喂料的制備20液相分散噴霧合成法納米顆粒含納米顆粒的糊狀材料納米喂料水溶性粘結(jié)劑超音速分散熱空氣吹干+熱噴涂法制備NC21原位生成噴霧合成法 按液相合成法在液相中先生成納米粒子，按液相合成法在液相中先生成納米粒子，通過過濾、滲透、反滲透及超離心等手段除通過過濾、滲透、反滲透及超離心等手段除出納米粒子以外的組分，再加入液相介質(zhì)何出納米粒子以外的組分，再加入液相介質(zhì)何其它組分，用液相噴霧分散法獲得其它組分，用液相噴霧分

19、散法獲得NF。熱噴涂法制備NC22 通過機(jī)械研磨、機(jī)械合金、高能球磨等方法直通過機(jī)械研磨、機(jī)械合金、高能球磨等方法直接將微米粉或非晶金屬箔加工成接將微米粉或非晶金屬箔加工成NF。具體為：在干。具體為：在干燥的高真空料機(jī)內(nèi)通入保護(hù)氣體（燥的高真空料機(jī)內(nèi)通入保護(hù)氣體（Ar, N2）；或在）；或在CH3OH和液氮介質(zhì)中通過對磨球和液氮介質(zhì)中通過對磨球/粉體比、磨球數(shù)量粉體比、磨球數(shù)量和尺寸、球磨能量、球磨溫度、介質(zhì)等參數(shù)的控制，和尺寸、球磨能量、球磨溫度、介質(zhì)等參數(shù)的控制，對粉末粒子反復(fù)進(jìn)行熔結(jié)、斷裂過程，使晶粒不斷對粉末粒子反復(fù)進(jìn)行熔結(jié)、斷裂過程，使晶粒不斷細(xì)化，達(dá)到納米尺寸。除去細(xì)化，達(dá)到納米尺

20、寸。除去CH3OH和液氮介質(zhì)后，和液氮介質(zhì)后，0D-n會(huì)因自身的靜電引力自行團(tuán)聚成微米級的納米會(huì)因自身的靜電引力自行團(tuán)聚成微米級的納米結(jié)構(gòu)喂料。結(jié)構(gòu)喂料。機(jī)械研磨合成法熱噴涂法制備NC23NC組裝組裝 高速氧高速氧- -燃?xì)鈬娡咳細(xì)鈬娡浚℉VOF）Jet-Kote 噴槍結(jié)構(gòu)1-燃燒室，2-粉末入口，3-燃?xì)馔ǖ溃?-送粉通道，5-冷卻水道，6-噴嘴。123456345O2(H2, C3H6, C3H8)244. 實(shí)用納米表面技術(shù)實(shí)用納米表面技術(shù)（2）納米熱噴涂技術(shù)）納米熱噴涂技術(shù) 例如，美國納米材料公司通過特殊粘結(jié)處例如，美國納米材料公司通過特殊粘結(jié)處理制成專用熱噴涂納米粉，用等離子噴涂方理制

21、成專用熱噴涂納米粉，用等離子噴涂方法獲得了納米結(jié)構(gòu)的法獲得了納米結(jié)構(gòu)的Al2O3/TiO2涂層，該涂涂層，該涂層致密度達(dá)層致密度達(dá)9598，結(jié)合強(qiáng)度比傳統(tǒng)噴，結(jié)合強(qiáng)度比傳統(tǒng)噴涂粉末涂層提高涂粉末涂層提高23倍，表明納米結(jié)構(gòu)涂層倍，表明納米結(jié)構(gòu)涂層具有良好的性能。研究表明，采用熱噴涂技具有良好的性能。研究表明，采用熱噴涂技術(shù)制備的納米結(jié)構(gòu)涂層性能優(yōu)異，在一些貴術(shù)制備的納米結(jié)構(gòu)涂層性能優(yōu)異，在一些貴重、關(guān)鍵零件的應(yīng)用方面具有良好前景。重、關(guān)鍵零件的應(yīng)用方面具有良好前景。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 254. 實(shí)用納米表面技術(shù)實(shí)用納米表面技術(shù)（3）納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù)）納米顆粒復(fù)合電刷鍍

22、技術(shù) 電刷技術(shù)是表面工程的重要組成部分，該電刷技術(shù)是表面工程的重要組成部分，該技術(shù)具有設(shè)備輕便、工藝靈活、鍍覆速度技術(shù)具有設(shè)備輕便、工藝靈活、鍍覆速度快、鍍層種類多等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械快、鍍層種類多等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械零件表面修復(fù)與強(qiáng)化，尤其適用于現(xiàn)場及野零件表面修復(fù)與強(qiáng)化，尤其適用于現(xiàn)場及野外搶修。近年來，納米級顆粒材料在電刷鍍外搶修。近年來，納米級顆粒材料在電刷鍍技術(shù)中的應(yīng)用，使芾惡化電刷鍍技術(shù)在高溫技術(shù)中的應(yīng)用，使芾惡化電刷鍍技術(shù)在高溫耐磨及抗接觸疲勞載荷領(lǐng)域呈現(xiàn)出強(qiáng)大生命耐磨及抗接觸疲勞載荷領(lǐng)域呈現(xiàn)出強(qiáng)大生命力。力。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 264. 實(shí)用納米表面

23、技術(shù)實(shí)用納米表面技術(shù)（3）納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù)）納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù) 在電刷鍍鍍液中添加納米顆粒時(shí)制備的復(fù)在電刷鍍鍍液中添加納米顆粒時(shí)制備的復(fù)合鍍層的摩擦性能有較大改善。在快速鎳鍍合鍍層的摩擦性能有較大改善。在快速鎳鍍層中分別添加納米層中分別添加納米AL2O3、SiC、金剛石、金剛石粉，通過對納米粉進(jìn)行表面改性處理，有效粉，通過對納米粉進(jìn)行表面改性處理，有效地提高了納米粉在鎳基復(fù)合鍍層中的共沉積地提高了納米粉在鎳基復(fù)合鍍層中的共沉積量，顯著的改善了納米粉在鍍層中的均勻程量，顯著的改善了納米粉在鍍層中的均勻程度。度。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 274. 實(shí)用納米表面技術(shù)實(shí)用納米表

24、面技術(shù)（3）納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù)）納米顆粒復(fù)合電刷鍍技術(shù) 在不同的加熱溫度下，表現(xiàn)出比傳統(tǒng)快速在不同的加熱溫度下，表現(xiàn)出比傳統(tǒng)快速鎳刷鍍層更好的顯微硬度和抗微動(dòng)磨損性鎳刷鍍層更好的顯微硬度和抗微動(dòng)磨損性能。其中添加納米能。其中添加納米AL2O3復(fù)合鍍層的使用溫復(fù)合鍍層的使用溫度達(dá)度達(dá)400，且在此溫度下復(fù)合鍍層的顯微值，且在此溫度下復(fù)合鍍層的顯微值為為HV600，抗接觸疲勞循環(huán)次數(shù)由傳統(tǒng)鍍層，抗接觸疲勞循環(huán)次數(shù)由傳統(tǒng)鍍層的的2105提高到提高到2106，提高了一個(gè)數(shù)量，提高了一個(gè)數(shù)量級。納米電刷鍍技術(shù)可用于設(shè)備貴重零部件級。納米電刷鍍技術(shù)可用于設(shè)備貴重零部件的修復(fù)與再制造。的修復(fù)與再制造。第

25、八章第八章 納米表面工程納米表面工程 284. 實(shí)用納米表面技術(shù)實(shí)用納米表面技術(shù)（4）納米減摩自修復(fù)添加劑技術(shù)）納米減摩自修復(fù)添加劑技術(shù) 機(jī)械部件的磨損，主要發(fā)生在邊界潤滑和混機(jī)械部件的磨損，主要發(fā)生在邊界潤滑和混合潤滑狀態(tài)下，而潤滑油添加劑，特別是摩擦合潤滑狀態(tài)下，而潤滑油添加劑，特別是摩擦改進(jìn)劑是降低其摩擦磨損最有效的途徑之一，改進(jìn)劑是降低其摩擦磨損最有效的途徑之一，也是國外表面工程中的重要發(fā)展方向。在一定也是國外表面工程中的重要發(fā)展方向。在一定溫度、壓力、摩擦力作用下，表面產(chǎn)生劇烈摩溫度、壓力、摩擦力作用下，表面產(chǎn)生劇烈摩擦和塑性變形，納米顆粒在摩擦表面沉積，并擦和塑性變形，納米顆粒在摩

26、擦表面沉積，并與摩擦表面作用，填補(bǔ)表面微觀溝谷，從而形與摩擦表面作用，填補(bǔ)表面微觀溝谷，從而形成一層具有抗磨減摩作用的修復(fù)膜。成一層具有抗磨減摩作用的修復(fù)膜。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 294. 實(shí)用納米表面技術(shù)實(shí)用納米表面技術(shù)（4）納米減摩自修復(fù)添加劑技術(shù)）納米減摩自修復(fù)添加劑技術(shù) 通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，該技術(shù)可使整車的通過發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，該技術(shù)可使整車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及尾氣排放都得到改善，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及尾氣排放都得到改善，燃油消耗率也降低了燃油消耗率也降低了510。（5）納米固體潤滑干膜技術(shù)）納米固體潤滑干膜技術(shù) 固體潤滑技術(shù)是將固體物質(zhì)涂（鍍）于摩固體潤滑技術(shù)是將固體物質(zhì)

27、涂（鍍）于摩擦界面，以降低摩擦，減少磨損的技術(shù)。與擦界面，以降低摩擦，減少磨損的技術(shù)。與常用的液體潤滑相比，固體潤滑技術(shù)不需要常用的液體潤滑相比，固體潤滑技術(shù)不需要相應(yīng)的潤滑設(shè)備和裝置，不存在泄漏問題。相應(yīng)的潤滑設(shè)備和裝置，不存在泄漏問題。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 304. 實(shí)用納米表面技術(shù)實(shí)用納米表面技術(shù)（5）納米固體潤滑干膜技術(shù)）納米固體潤滑干膜技術(shù) 固體潤滑技術(shù)不僅擴(kuò)充了潤滑油、脂的應(yīng)用固體潤滑技術(shù)不僅擴(kuò)充了潤滑油、脂的應(yīng)用范圍，而且彌補(bǔ)了潤滑油、脂的缺陷。例如，范圍，而且彌補(bǔ)了潤滑油、脂的缺陷。例如，加入納米加入納米AL2O3顆粒，使固體潤滑干膜的摩擦顆粒，使固體潤滑干膜

28、的摩擦系數(shù)增大，耐磨性提高。某重載車輛平面彈子系數(shù)增大，耐磨性提高。某重載車輛平面彈子滾道部位，采用納米固體潤滑干膜對其進(jìn)行處滾道部位，采用納米固體潤滑干膜對其進(jìn)行處理后，涂層能有效地隔絕腐蝕介質(zhì)，同時(shí)涂層理后，涂層能有效地隔絕腐蝕介質(zhì)，同時(shí)涂層起到較好的減摩潤滑作用。該技術(shù)可用于特殊起到較好的減摩潤滑作用。該技術(shù)可用于特殊情況下，貴重零部件的減摩、耐磨。情況下，貴重零部件的減摩、耐磨。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 314. 實(shí)用納米表面技術(shù)實(shí)用納米表面技術(shù)（6）納米粘結(jié)劑技術(shù)）納米粘結(jié)劑技術(shù) 表面粘涂與粘結(jié)技術(shù)是指以高分子聚合物表面粘涂與粘結(jié)技術(shù)是指以高分子聚合物與一些特殊功能填料

29、（如石墨、二硫化鉬、與一些特殊功能填料（如石墨、二硫化鉬、金屬粉末、陶瓷粉末和纖維）組成的復(fù)合材金屬粉末、陶瓷粉末和纖維）組成的復(fù)合材料涂覆于零件表面實(shí)現(xiàn)特定用途（如耐磨、料涂覆于零件表面實(shí)現(xiàn)特定用途（如耐磨、抗蝕、絕緣、導(dǎo)電、保溫、防輻射等）的一抗蝕、絕緣、導(dǎo)電、保溫、防輻射等）的一種表面工程技術(shù)。種表面工程技術(shù)。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 324. 實(shí)用納米表面技術(shù)實(shí)用納米表面技術(shù)（6）納米粘結(jié)劑技術(shù)）納米粘結(jié)劑技術(shù) 納米材料因其優(yōu)異的特性，在表面粘涂與納米材料因其優(yōu)異的特性，在表面粘涂與粘結(jié)技術(shù)領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。例粘結(jié)技術(shù)領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。例如，含金剛石的納米

30、膠粘劑具有優(yōu)異的耐磨如，含金剛石的納米膠粘劑具有優(yōu)異的耐磨性和很高的粘結(jié)強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)表明，隨著納米性和很高的粘結(jié)強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)表明，隨著納米級金剛石粉在膠粘劑中加入量的增加，涂層級金剛石粉在膠粘劑中加入量的增加，涂層的耐磨性提高，當(dāng)加入量為的耐磨性提高，當(dāng)加入量為8時(shí)，耐磨性是時(shí)，耐磨性是未添加的未添加的2.2倍，拉伸強(qiáng)度可達(dá)倍，拉伸強(qiáng)度可達(dá)50MPa，比未，比未添加的提高添加的提高27.5。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 334. 實(shí)用納米表面技術(shù)實(shí)用納米表面技術(shù)（7）納米涂裝技術(shù)）納米涂裝技術(shù) 納米復(fù)合涂料是指將納米顆粒用于涂料中所納米復(fù)合涂料是指將納米顆粒用于涂料中所得到的一類具有抗輻

31、射、耐老化、剝離強(qiáng)度高得到的一類具有抗輻射、耐老化、剝離強(qiáng)度高或具有某些特殊功能的涂料。例如，或具有某些特殊功能的涂料。例如，50120nm球狀球狀TiO2對衰減對衰減300400nm的紫外線有明顯效的紫外線有明顯效果；納米果；納米SiO2具有極強(qiáng)的紫外線反射能力，對具有極強(qiáng)的紫外線反射能力，對波長波長400nm以內(nèi)的紫外線反射率達(dá)以內(nèi)的紫外線反射率達(dá)70以上，是以上，是一種極好的抗老化添加劑；一種極好的抗老化添加劑；60nm的的ZnO吸收吸收300400nm紫外線能力強(qiáng)。尤其是納米隱身涂紫外線能力強(qiáng)。尤其是納米隱身涂料在軍事上有重要的應(yīng)用價(jià)值。料在軍事上有重要的應(yīng)用價(jià)值。第八章第八章 納米表

32、面工程納米表面工程 344. 實(shí)用納米表面技術(shù)實(shí)用納米表面技術(shù)（8）金屬表面納米化）金屬表面納米化 金屬表面納米晶化可以通過不同方法實(shí)金屬表面納米晶化可以通過不同方法實(shí)現(xiàn)。例如，應(yīng)用超聲沖子沖擊工藝，可在現(xiàn)。例如，應(yīng)用超聲沖子沖擊工藝，可在Fe或不銹鋼表面獲得晶粒平均尺寸為或不銹鋼表面獲得晶粒平均尺寸為1020nm的表面層。超聲沖子沖擊的表面層。超聲沖子沖擊450s后純后純Fe表面層表面層的顯微組織形成了結(jié)晶位向?yàn)槿我馊∠虻募{的顯微組織形成了結(jié)晶位向?yàn)槿我馊∠虻募{米晶相，晶粒平均尺寸為米晶相，晶粒平均尺寸為10nm，而，而Fe的原始的原始晶粒尺寸約為晶粒尺寸約為50m。第八章第八章 納米表面工

33、程納米表面工程 354. 實(shí)用納米表面技術(shù)實(shí)用納米表面技術(shù)（8）金屬表面納米化）金屬表面納米化 該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一是可以在復(fù)雜形狀零部該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一是可以在復(fù)雜形狀零部件表面獲得納米晶表面層。該技術(shù)將為整體件表面獲得納米晶表面層。該技術(shù)將為整體材料的納米晶化處理提供一個(gè)基本途徑，此材料的納米晶化處理提供一個(gè)基本途徑，此項(xiàng)工作具有重大的創(chuàng)新意義。項(xiàng)工作具有重大的創(chuàng)新意義。 以上以上8個(gè)方面雖然已進(jìn)入實(shí)用化階段，但仍個(gè)方面雖然已進(jìn)入實(shí)用化階段，但仍有廣闊的研究空間，許多深層次的理論問題有廣闊的研究空間，許多深層次的理論問題也有待探討。也有待探討。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 365 納米

34、表面工程的優(yōu)越性納米表面工程的優(yōu)越性 納米材料和納米技術(shù)在表面工程中的應(yīng)用納米材料和納米技術(shù)在表面工程中的應(yīng)用存在巨大的機(jī)遇，同時(shí)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。納存在巨大的機(jī)遇，同時(shí)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。納米表面工程必須同時(shí)具備兩個(gè)條件。米表面工程必須同時(shí)具備兩個(gè)條件。 一是應(yīng)用的固體顆粒直徑必須處于納米尺一是應(yīng)用的固體顆粒直徑必須處于納米尺度（度（1100nm）; 二是納米材料在表面性能上有大幅度的改二是納米材料在表面性能上有大幅度的改善或發(fā)生突變。善或發(fā)生突變。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 375 納米表面工程的優(yōu)越性納米表面工程的優(yōu)越性 與傳統(tǒng)表面工程相比，納米表面工程的優(yōu)越與傳統(tǒng)表面工程相比，納

35、米表面工程的優(yōu)越性如下：性如下：（1）賦予表面新的服役性能）賦予表面新的服役性能 納米材料的奇異特性保證了納米表面工程涂覆納米材料的奇異特性保證了納米表面工程涂覆層的優(yōu)異性能。一是體現(xiàn)在涂覆層本身性能的提層的優(yōu)異性能。一是體現(xiàn)在涂覆層本身性能的提升上，如涂覆層的拉伸強(qiáng)度、屈服極限和抗接觸升上，如涂覆層的拉伸強(qiáng)度、屈服極限和抗接觸疲勞性能大幅度提高；二是體現(xiàn)在涂覆層的功能疲勞性能大幅度提高；二是體現(xiàn)在涂覆層的功能提升方面。納米表面工程的出現(xiàn)，解決了許多傳提升方面。納米表面工程的出現(xiàn)，解決了許多傳統(tǒng)表面工程技術(shù)解決不了的表面問題。統(tǒng)表面工程技術(shù)解決不了的表面問題。第八章第八章 納米表面工程納米表面

36、工程 385 納米表面工程的優(yōu)越性納米表面工程的優(yōu)越性（1）賦予表面新的服役性能）賦予表面新的服役性能 例如，高性能納米聲、光、電、磁膜及超例如，高性能納米聲、光、電、磁膜及超硬膜的制備；再如，納米原位動(dòng)態(tài)自修復(fù)技硬膜的制備；再如，納米原位動(dòng)態(tài)自修復(fù)技術(shù)由于納米顆粒材料的作用能夠在金屬摩擦術(shù)由于納米顆粒材料的作用能夠在金屬摩擦副表面形成修復(fù)薄膜，能夠在工作狀態(tài)下完副表面形成修復(fù)薄膜，能夠在工作狀態(tài)下完成金屬摩擦副德原位動(dòng)態(tài)修復(fù)，延長了零部成金屬摩擦副德原位動(dòng)態(tài)修復(fù)，延長了零部件的服役壽命。件的服役壽命。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 395 納米表面工程的優(yōu)越性納米表面工程的優(yōu)越性（2

37、）使零件設(shè)計(jì)時(shí)的選材發(fā)生重要變化）使零件設(shè)計(jì)時(shí)的選材發(fā)生重要變化 在納米表面工程中，在許多情況下，傳統(tǒng)意在納米表面工程中，在許多情況下，傳統(tǒng)意義上的基體材料有時(shí)只起載體作用，納米表面義上的基體材料有時(shí)只起載體作用，納米表面工程涂覆層成為實(shí)現(xiàn)其功能或性能的主體。例工程涂覆層成為實(shí)現(xiàn)其功能或性能的主體。例如，高速鋼刀具可以改為強(qiáng)度、韌性高的材如，高速鋼刀具可以改為強(qiáng)度、韌性高的材質(zhì)，通過在刀刃表面沉積納米超硬膜來實(shí)現(xiàn)切質(zhì)，通過在刀刃表面沉積納米超硬膜來實(shí)現(xiàn)切削功能；耐蝕材料和抗高溫材料也可以改為普削功能；耐蝕材料和抗高溫材料也可以改為普通材質(zhì)，通過對與介質(zhì)接觸的表面實(shí)施納米化通材質(zhì)，通過對與介質(zhì)接

38、觸的表面實(shí)施納米化處理而起到抗蝕、抗高溫作用等。處理而起到抗蝕、抗高溫作用等。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 405 納米表面工程的優(yōu)越性納米表面工程的優(yōu)越性（3）為表面工程的復(fù)合提供新途徑）為表面工程的復(fù)合提供新途徑 納米表面工程能夠?yàn)楸砻婀こ碳夹g(shù)的復(fù)合納米表面工程能夠?yàn)楸砻婀こ碳夹g(shù)的復(fù)合提高一跳新的途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。提高一跳新的途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。例如，金屬表面的納米化，賦予了基質(zhì)表層例如，金屬表面的納米化，賦予了基質(zhì)表層優(yōu)異性能。表面納米化與離子滲氮技術(shù)結(jié)優(yōu)異性能。表面納米化與離子滲氮技術(shù)結(jié)合，使?jié)B氮工藝由原來的在合，使?jié)B氮工藝由原來的在500條件下處理?xiàng)l件下處理2

39、4h轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)?00條件下的處理?xiàng)l件下的處理9h。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 416 納米表面工程中的科學(xué)問題納米表面工程中的科學(xué)問題 當(dāng)前納米表面工程的科學(xué)問題主要有如下當(dāng)前納米表面工程的科學(xué)問題主要有如下幾點(diǎn)。幾點(diǎn)。（1）納米材料的表面效應(yīng)、界面效應(yīng)對納米）納米材料的表面效應(yīng)、界面效應(yīng)對納米材料本身和納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、物理性能、材料本身和納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、物理性能、化學(xué)性能、力學(xué)性能等影響的機(jī)理問題?；瘜W(xué)性能、力學(xué)性能等影響的機(jī)理問題。 隨著顆粒直徑的變小，比表面積將會(huì)顯著隨著顆粒直徑的變小，比表面積將會(huì)顯著地增加，高的比表面使處理表面的原子數(shù)越地增加，高的比表面使處理表面的

40、原子數(shù)越來越多，同時(shí)表面能迅速增加，從而使這些來越多，同時(shí)表面能迅速增加，從而使這些表面原子具有高的活性，極不穩(wěn)定。表面原子具有高的活性，極不穩(wěn)定。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 426 納米表面工程中的科學(xué)問題納米表面工程中的科學(xué)問題 這些表面原子一遇到其他原子會(huì)很快結(jié)合這些表面原子一遇到其他原子會(huì)很快結(jié)合使其穩(wěn)定化，這就是活化的原因。這種表面使其穩(wěn)定化，這就是活化的原因。這種表面原子的活性不但引起納米顆粒表面原子輸運(yùn)原子的活性不但引起納米顆粒表面原子輸運(yùn)和構(gòu)型變化，同時(shí)也引起表面電子自旋構(gòu)象和構(gòu)型變化，同時(shí)也引起表面電子自旋構(gòu)象和電子能譜的變化。納米材料具有非常大的和電子能譜的變化

41、。納米材料具有非常大的界面，界面的原子排列相當(dāng)混亂，原子在外界面，界面的原子排列相當(dāng)混亂，原子在外力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出很力變形的條件下很容易遷移，因此表現(xiàn)出很好的韌性與一定的延展性。好的韌性與一定的延展性。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 436 納米表面工程中的科學(xué)問題納米表面工程中的科學(xué)問題 對納米材料的表面、界面效應(yīng)特性的形成對納米材料的表面、界面效應(yīng)特性的形成機(jī)理進(jìn)行深入研究和表征，有助于對納米材機(jī)理進(jìn)行深入研究和表征，有助于對納米材料進(jìn)行有效的表面改性、界面優(yōu)化設(shè)計(jì)和控料進(jìn)行有效的表面改性、界面優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制，進(jìn)而解決諸如納米顆粒材料的團(tuán)聚問制，進(jìn)而解決諸如納米

42、顆粒材料的團(tuán)聚問題、吸附問題，介觀、微觀和宏觀材料的交題、吸附問題，介觀、微觀和宏觀材料的交 互作用問題等?；プ饔脝栴}等。 目前微米級材料的性能已有很多報(bào)道，但目前微米級材料的性能已有很多報(bào)道，但是納米級材料的性能研究結(jié)果報(bào)道較少，這是納米級材料的性能研究結(jié)果報(bào)道較少，這就為表面工程中選用納米材料帶來困難。就為表面工程中選用納米材料帶來困難。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 446 納米表面工程中的科學(xué)問題納米表面工程中的科學(xué)問題（2）宏觀材料的表面納米化及其對材料表面）宏觀材料的表面納米化及其對材料表面改性的作用機(jī)理改性的作用機(jī)理 在納米表面工程中，采用不同的手段進(jìn)行宏觀在納米表面工程

43、中，采用不同的手段進(jìn)行宏觀材料的表面納米化是表面改性的重要途徑，其基材料的表面納米化是表面改性的重要途徑，其基本原理和方法需要深入研究。例如：不同尺度、本原理和方法需要深入研究。例如：不同尺度、不同層次的宏觀、微觀及介觀下的材料過渡設(shè)計(jì)不同層次的宏觀、微觀及介觀下的材料過渡設(shè)計(jì)及闡述相應(yīng)的內(nèi)在聯(lián)系，如涂層、梯度功能材及闡述相應(yīng)的內(nèi)在聯(lián)系，如涂層、梯度功能材料、復(fù)合超薄膜；表面納米化改性設(shè)計(jì)過程中涉料、復(fù)合超薄膜；表面納米化改性設(shè)計(jì)過程中涉及的微結(jié)構(gòu)形成熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過程。及的微結(jié)構(gòu)形成熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)過程。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 456 納米表面工程中的科學(xué)問題納米表面工程中的科

44、學(xué)問題（3）宏觀環(huán)境中介觀材料的行為和作用機(jī)理）宏觀環(huán)境中介觀材料的行為和作用機(jī)理問題問題 例如含納米顆粒的復(fù)合電刷鍍技術(shù)中，納例如含納米顆粒的復(fù)合電刷鍍技術(shù)中，納米顆粒在多相離子體系中的鍍液的分散、穩(wěn)米顆粒在多相離子體系中的鍍液的分散、穩(wěn)定機(jī)制；復(fù)合鍍層納米顆粒沉積機(jī)理和對鍍定機(jī)制；復(fù)合鍍層納米顆粒沉積機(jī)理和對鍍層組織結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理以及納米顆粒與基體層組織結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理以及納米顆粒與基體的相容性、匹配性等問題。的相容性、匹配性等問題。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 467 發(fā)展納米表面工程的意義發(fā)展納米表面工程的意義 21世紀(jì)是納米科技時(shí)代，納米材料和納米世紀(jì)是納米科技時(shí)代，納米材料

45、和納米科技將在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上滲入國民工業(yè)和科技將在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上滲入國民工業(yè)和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品追求性人民生活的各個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品追求性能先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)耐用、節(jié)能節(jié)材、有利于環(huán)能先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)耐用、節(jié)能節(jié)材、有利于環(huán)保。實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，納米表面工程將可以大保。實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，納米表面工程將可以大顯身手，為社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步作出貢獻(xiàn)。顯身手，為社會(huì)發(fā)展和科技進(jìn)步作出貢獻(xiàn)。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 477 發(fā)展納米表面工程的意義發(fā)展納米表面工程的意義（1）納米表面工程與制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新）納米表面工程與制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 十六大報(bào)告明確指出：十六大報(bào)告明確指出：“堅(jiān)持以信息化帶堅(jiān)持

46、以信息化帶動(dòng)動(dòng)工業(yè)化，以信息化促進(jìn)工業(yè)化，走出一條科工業(yè)化，以信息化促進(jìn)工業(yè)化，走出一條科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型污染少、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化路子。工業(yè)化路子?！秉h中央提出的新興工業(yè)化道黨中央提出的新興工業(yè)化道路，就是充分運(yùn)用最新科技成果和依靠科技路，就是充分運(yùn)用最新科技成果和依靠科技進(jìn)步的工業(yè)化。進(jìn)步的工業(yè)化。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 487 發(fā)展納米表面工程的意義發(fā)展納米表面工程的意義（1）納米表面工程與制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新）納米表面工程與制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 2001年中國工程院組

47、織了年中國工程院組織了25位院士和位院士和40多位多位專家對我國制造業(yè)的現(xiàn)狀、作用、地位及發(fā)展專家對我國制造業(yè)的現(xiàn)狀、作用、地位及發(fā)展趨勢和對策進(jìn)行了調(diào)查研究，寫出了趨勢和對策進(jìn)行了調(diào)查研究，寫出了新世紀(jì)新世紀(jì)如何提高和發(fā)展我國制造業(yè)的研究報(bào)告如何提高和發(fā)展我國制造業(yè)的研究報(bào)告（簡（簡稱稱報(bào)告報(bào)告），并于），并于2002年年7月向社會(huì)公布，摘月向社會(huì)公布，摘要發(fā)表。要發(fā)表。報(bào)告報(bào)告指出，處于工業(yè)中心地位的指出，處于工業(yè)中心地位的制造業(yè)，特別是裝備制造業(yè)，是國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)制造業(yè)，特別是裝備制造業(yè)，是國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，是工業(yè)化、現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)，是工業(yè)化、現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)動(dòng)機(jī)和動(dòng)力源

48、。和動(dòng)力源。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 497 發(fā)展納米表面工程的意義發(fā)展納米表面工程的意義（1）納米表面工程與制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新）納米表面工程與制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 沒有先進(jìn)的制造業(yè)去不斷地、持續(xù)地武沒有先進(jìn)的制造業(yè)去不斷地、持續(xù)地武裝、改造和提升各產(chǎn)業(yè)部門的裝備和生產(chǎn)運(yùn)裝、改造和提升各產(chǎn)業(yè)部門的裝備和生產(chǎn)運(yùn)行水平，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境友好的可持續(xù)發(fā)展，就行水平，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境友好的可持續(xù)發(fā)展，就談不上什么現(xiàn)代化。對中國這樣的人口大談不上什么現(xiàn)代化。對中國這樣的人口大國，在現(xiàn)存的不平等不合理的世界秩序中，國，在現(xiàn)存的不平等不合理的世界秩序中，沒有自己強(qiáng)大的制造業(yè)，要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和可沒有自己強(qiáng)大的制造業(yè)，要

49、實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和可靠的現(xiàn)代化是不可能的。靠的現(xiàn)代化是不可能的。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 507 發(fā)展納米表面工程的意義發(fā)展納米表面工程的意義（1）納米表面工程與制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新）納米表面工程與制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 報(bào)告報(bào)告建議今后建議今后1020年內(nèi)中國應(yīng)下定年內(nèi)中國應(yīng)下定決心，采取一切可能的措施，在對外開放的決心，采取一切可能的措施，在對外開放的環(huán)境中，建立強(qiáng)大的制造業(yè)。環(huán)境中，建立強(qiáng)大的制造業(yè)。 納米表面工程是采用納米材料和納米技納米表面工程是采用納米材料和納米技術(shù)，針對零件失效的形式、特征和機(jī)理，綜術(shù)，針對零件失效的形式、特征和機(jī)理，綜合運(yùn)用各種納米表面工程技術(shù)進(jìn)行防護(hù)的工合運(yùn)用各種納

50、米表面工程技術(shù)進(jìn)行防護(hù)的工程。納米表面工程既是先進(jìn)制造技術(shù)的重要程。納米表面工程既是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成部分，又促進(jìn)了先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。組成部分，又促進(jìn)了先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 517 發(fā)展納米表面工程的意義發(fā)展納米表面工程的意義（1）納米表面工程與制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新）納米表面工程與制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 納米表面工程可以有效提升傳統(tǒng)的表面工納米表面工程可以有效提升傳統(tǒng)的表面工程技術(shù)，大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能。納米程技術(shù)，大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量和性能。納米表面工程技術(shù)的應(yīng)用與傳統(tǒng)表面技術(shù)相比，表面工程技術(shù)的應(yīng)用與傳統(tǒng)表面技術(shù)相比，使工件具有更高的耐磨、抗腐蝕和耐高溫等使

51、工件具有更高的耐磨、抗腐蝕和耐高溫等性能，同時(shí)可以賦予材料表面更優(yōu)異的功能性能，同時(shí)可以賦予材料表面更優(yōu)異的功能性能。納米表面工程的研究及其技術(shù)的開發(fā)性能。納米表面工程的研究及其技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用將有利于推動(dòng)我國先進(jìn)制造技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用將有利于推動(dòng)我國先進(jìn)制造技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。與發(fā)展。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 527 發(fā)展納米表面工程的意義發(fā)展納米表面工程的意義（1）納米表面工程與制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新）納米表面工程與制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 納米表面工程的實(shí)施將可以促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品納米表面工程的實(shí)施將可以促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和功能的提升，對提高機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新和功能的提升，對提高機(jī)械設(shè)備零部件及儀器儀

52、表的性能、質(zhì)量，增強(qiáng)產(chǎn)品零部件及儀器儀表的性能、質(zhì)量，增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力，促進(jìn)國內(nèi)外引進(jìn)設(shè)備零部件的國產(chǎn)競爭力，促進(jìn)國內(nèi)外引進(jìn)設(shè)備零部件的國產(chǎn)化及在節(jié)能節(jié)材等諸多方面將發(fā)揮巨大作化及在節(jié)能節(jié)材等諸多方面將發(fā)揮巨大作用。用。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 537 發(fā)展納米表面工程的意義發(fā)展納米表面工程的意義（2）納米表面工程與機(jī)械維修技術(shù)和再制造）納米表面工程與機(jī)械維修技術(shù)和再制造技術(shù)創(chuàng)新技術(shù)創(chuàng)新 納米表面工程技術(shù)是機(jī)械零部件高性能維納米表面工程技術(shù)是機(jī)械零部件高性能維修和再制造工程的關(guān)鍵技術(shù)，能夠解決許多修和再制造工程的關(guān)鍵技術(shù)，能夠解決許多過去不能解決的裝備某些零件維修難題。過去不能解決

53、的裝備某些零件維修難題。 機(jī)械維修伴隨著機(jī)械制造，有制造就要有機(jī)械維修伴隨著機(jī)械制造，有制造就要有維修。維修。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 547 發(fā)展納米表面工程的意義發(fā)展納米表面工程的意義（2）納米表面工程與機(jī)械維修技術(shù)和再制造）納米表面工程與機(jī)械維修技術(shù)和再制造技術(shù)創(chuàng)新技術(shù)創(chuàng)新 近近20年來，一方面由于人們環(huán)保意識(shí)的增年來，一方面由于人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，強(qiáng)，“用后丟棄用后丟棄”的觀念開始向的觀念開始向“再制造再制造”的的觀念觀念轉(zhuǎn)變；另一方面，由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使原轉(zhuǎn)變；另一方面，由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使原先的原樣修復(fù)變成為可實(shí)現(xiàn)超過原始性能的改先的原樣修復(fù)變成為可實(shí)現(xiàn)超過原始

54、性能的改進(jìn)性修復(fù)，由原先的被動(dòng)修理變?yōu)橹圃炫c維修進(jìn)性修復(fù)，由原先的被動(dòng)修理變?yōu)橹圃炫c維修納入設(shè)備和零部件的設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)行的全壽納入設(shè)備和零部件的設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)行的全壽命過程，以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、低污染命過程，以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、節(jié)材、低污染為目的地主動(dòng)維修的系統(tǒng)工程。為目的地主動(dòng)維修的系統(tǒng)工程。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 557 發(fā)展納米表面工程的意義發(fā)展納米表面工程的意義（2）納米表面工程與機(jī)械維修技術(shù)和再制造）納米表面工程與機(jī)械維修技術(shù)和再制造技術(shù)創(chuàng)新技術(shù)創(chuàng)新 再制造是一種適用生態(tài)及經(jīng)濟(jì)需要的高級再制造是一種適用生態(tài)及經(jīng)濟(jì)需要的高級循環(huán)形式，再制造業(yè)是一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)。再

55、循環(huán)形式，再制造業(yè)是一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)。再制造的目的是將舊機(jī)電產(chǎn)品修復(fù)成與原新品制造的目的是將舊機(jī)電產(chǎn)品修復(fù)成與原新品性能相當(dāng)或高于新品的再制造產(chǎn)品。工業(yè)專性能相當(dāng)或高于新品的再制造產(chǎn)品。工業(yè)專家認(rèn)為，再制造產(chǎn)品與原新品的原料耗費(fèi)量家認(rèn)為，再制造產(chǎn)品與原新品的原料耗費(fèi)量之比為之比為1:59。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 567 發(fā)展納米表面工程的意義發(fā)展納米表面工程的意義（2）納米表面工程與機(jī)械維修技術(shù)和再制造）納米表面工程與機(jī)械維修技術(shù)和再制造技術(shù)創(chuàng)新技術(shù)創(chuàng)新 德國德國Stuttgart Fraunhofer研究所研究表明，研究所研究表明，每年全球再制造業(yè)的能量節(jié)省與每年全球再制造業(yè)的

56、能量節(jié)省與5個(gè)核電站的個(gè)核電站的發(fā)電量相當(dāng)；再制造已經(jīng)被認(rèn)可為減少發(fā)電量相當(dāng)；再制造已經(jīng)被認(rèn)可為減少“溫室溫室效應(yīng)效應(yīng)”氣體排放量工作的一部分；消費(fèi)者購買氣體排放量工作的一部分；消費(fèi)者購買再制造產(chǎn)品將比購買新品少花再制造產(chǎn)品將比購買新品少花5075的的錢。總之，再制造能將一個(gè)國家的能源和資源錢?？傊?，再制造能將一個(gè)國家的能源和資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境利益。優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境利益。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 577 發(fā)展納米表面工程的意義發(fā)展納米表面工程的意義（2）納米表面工程與機(jī)械維修技術(shù)和再制造）納米表面工程與機(jī)械維修技術(shù)和再制造技術(shù)創(chuàng)新技術(shù)創(chuàng)新 中國對再制

57、造工程的研究應(yīng)用尚處于起步中國對再制造工程的研究應(yīng)用尚處于起步階段。但是，再制造工程已經(jīng)受到了國務(wù)階段。但是，再制造工程已經(jīng)受到了國務(wù)院、中國工程院、軍隊(duì)系統(tǒng)等有關(guān)部門的重院、中國工程院、軍隊(duì)系統(tǒng)等有關(guān)部門的重視，并將再制造工程設(shè)計(jì)及成形技術(shù)列入國視，并將再制造工程設(shè)計(jì)及成形技術(shù)列入國家家“十五十五”先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展前瞻和國家自先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展前瞻和國家自然然科學(xué)基金機(jī)械學(xué)科優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。我國已經(jīng)科學(xué)基金機(jī)械學(xué)科優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。我國已經(jīng)建立了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)再制造生產(chǎn)線。建立了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)再制造生產(chǎn)線。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 587 發(fā)展納米表面工程的意義發(fā)展納米表面工程的意義（2）納米

58、表面工程與機(jī)械維修技術(shù)和再制造）納米表面工程與機(jī)械維修技術(shù)和再制造技術(shù)創(chuàng)新技術(shù)創(chuàng)新 維修與再制造的技術(shù)難度并不亞于新品制維修與再制造的技術(shù)難度并不亞于新品制造，它是使尺寸成形的損傷零件在不致使零造，它是使尺寸成形的損傷零件在不致使零件變形和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能發(fā)生改變件變形和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能發(fā)生改變以及有時(shí)加工定位的基準(zhǔn)已經(jīng)被破壞等眾多以及有時(shí)加工定位的基準(zhǔn)已經(jīng)被破壞等眾多約束條件下來恢復(fù)其表面性能。所以在維修約束條件下來恢復(fù)其表面性能。所以在維修與再制造過程中會(huì)遇到許多難題，納米表面與再制造過程中會(huì)遇到許多難題，納米表面工程是解決這些難題的一種有效手段。工程是解決這些難題的一種有效手

59、段。第八章第八章 納米表面工程納米表面工程 597 發(fā)展納米表面工程的意義發(fā)展納米表面工程的意義（2）納米表面工程與機(jī)械維修技術(shù)和再制造）納米表面工程與機(jī)械維修技術(shù)和再制造技術(shù)創(chuàng)新技術(shù)創(chuàng)新 對廢舊機(jī)電產(chǎn)品實(shí)施再制造必須依賴于先對廢舊機(jī)電產(chǎn)品實(shí)施再制造必須依賴于先進(jìn)的材料成形與加工技術(shù)。納米表面工程技進(jìn)的材料成形與加工技術(shù)。納米表面工程技術(shù)作為再制造的關(guān)鍵技術(shù)，不但可以恢復(fù)零術(shù)作為再制造的關(guān)鍵技術(shù)，不但可以恢復(fù)零件表面尺寸和形狀，而且還可以顯著提高其件表面尺寸和形狀，而且還可以顯著提高其表面性能，達(dá)到對零部件性能升級的目的。表面性能，達(dá)到對零部件性能升級的目的。第八章第八章 納米表面工程納米表面

60、工程 607 發(fā)展納米表面工程的意義發(fā)展納米表面工程的意義（2）納米表面工程與機(jī)械維修技術(shù)和再制造）納米表面工程與機(jī)械維修技術(shù)和再制造技術(shù)創(chuàng)新技術(shù)創(chuàng)新 例如，納米表面工程技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)再制造、例如，納米表面工程技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)再制造、機(jī)床再制造及裝備貴重零部件、難修復(fù)零部件機(jī)床再制造及裝備貴重零部件、難修復(fù)零部件維修的應(yīng)用中，均提升了產(chǎn)品性能，解決了原維修的應(yīng)用中，均提升了產(chǎn)品性能，解決了原來無法解決或難以解決的維修課題，取得了良來無法解決或難以解決的維修課題，取得了良好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。采用納米電刷鍍技術(shù)好經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。采用納米電刷鍍技術(shù)再制造斯太爾發(fā)動(dòng)機(jī)連桿、凸輪軸、曲軸、缸再制造斯太爾