国家自然科学二等奖

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1、面向再制造的表面工程技术基础 发布时间： 2014 年 01 月 29 日 来源：福州物资回收利用公司 http:/ 获奖项目： 面向再制造的表面工程技术基础 主要完成人： 徐滨士（中国人民解放军装甲兵工程学院 )，王海斗（中国人民解放军装甲兵工程学院 )，张显程（中国人民解放军装甲兵工程学院 )，董世运（中国人民解放军装甲兵工程学院 )，梁秀兵（中国人民解放军装甲兵工程学院 ) 推荐单位： 北京市 获奖等级： 国家自然科学奖二等奖 项目简介： 该项目属于机械工程领域表面工程学科。 表面工程是指对机械零件表面进行涂覆、改性或复合处理，以改变零件表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，并获得所

2、需特殊表面性能的系统工程。表面工程的最大优势是能够制备出优于零件本体材料性能的表面涂层，赋予零件更好的耐磨、耐蚀、抗疲劳特性。表面工程技术现已成为再制造产业的关键技术，表面涂层是再制造零件的服役承载载体。项目的具体创新在于： 1）率先构建了中国的表面工程学科。以表面为研究对象，通过对表面基础理论与表面技术的交叉协同，在中国率先构建起了具有国际先进水平的表面工程学科，使中国成为世 界上最早建立表面工程学科的国家之一；在国际上率先提出了“纳米表面工程”新方向，引领了国际表面工程的创新发展。 2）建立完善了表面基础理论。针对表面涂层的特殊结构及涂层与零件基体的相互作用，瞄准涂层中微孔隙、微裂纹、微夹

3、杂等伴随性微观缺陷的演变规律，发展了适用于表面涂层的表面结构完整性理论、表面摩擦与磨损理论、表面腐蚀与防护理论、表面与界面的结合理论等，大大深化了表面基础理论。 3）深刻揭示了表面技术基础。通过发现及揭示涂层材料熔化热力学与快速凝固动力学机理，能量输入与涂层应力、变形间的内 在规律，涂层的界面结合及内聚结合的键合或嵌合机制，涂层的服役行为与演变机理等，深刻揭示了表面工程共性技术基础，由此研发了超音速等离子喷涂、纳米电刷镀、高速电弧喷涂等表面技术群，大大促进了表面技术的发展及在再制造实践中的应用。 研究成果被包括 10 余位院士在内的 2000 多位国内外学者正面关注。国际表面工程学科创始人、英

4、国皇家科学院院士 Tom Bell 教授评价纳米表面工程专著“该书代表了当今国际纳米表面工程技术的最新发展水平。”美国 ASME Fellow Birman 教授对残余应力下表面涂层的 结构完整性研究给予充分肯定。 项目始 自 1985 年，近 30 年来，共发表 SCI 检索论文 173 篇、 EI 检索论文 223 篇，出版学术著作 12 部。 20 篇核心论著 SCI 他引 220 次，总他引 2374 次。此外，项目组率先推动成立了中国机械工程学会表面工程分会，项目负责人担任荣誉理事长至今；率先创办了中国第一部表面工程期刊中国表面工程。项目负责人作为大会主席，自 1988 年至 201

5、2 年，已连续组织召开九届全国表面工程大会，自 1997 年至 2011 年，已连续组织召开五届 InternationalConference on Surface Engineering，产生 了重大的国内外学术影响。项目负责人作为中国唯一表面工程领域科学家获得了国际热处理与表面工程联合会 “ 最高学术成就奖 ” ，并当选 “ 国际热处理与表面工程联合会 Fellow”。 基于近 30 年来积累的表面工程技术基础成果，项目组协助国家发改委组织了全国汽车零部件再制造产业试点，协助国家工信部组织了全国机电产品再制造产业试点。再制造试点企业普遍将表面工程技术作为关键支撑技术。截止目前，我国已建立

6、起了约 600 亿元产值规模的再制造产业。 主要完成人事迹介绍 : 徐滨士， 中国工程院院士、装甲兵工程学院教授。 “一套节能环保、国际领先的技术，一个写进国家法律的新兴产业，一位十几年来为之奔走呼吁的中国工程院院士，一切，从坦克维修开始”。 这是 2011 年央视大家开年第一期节目的开场白，作客本期的大家，从看似不起眼的坦克维修领域出发，做了一系列化腐朽为神奇的工作，在我国军工领域做出了巨大的贡献，如今，他更是由此发展出了一个关乎国家战略的新兴产业。 他，就是中国工程院院士、我国著名设备维修与表面工程专家、装甲兵工程学院教授徐滨士。 半个多世纪以来，徐滨士潜心从事维修工程、表面工程和再制造工

7、程研究，以对党的无限忠诚，对军队的无比热爱，对事业的执著追求，不断推动着我国机械维修工程迎来一个又一个飞跃。 信念：不断奋进，不断超越 57 年前，夏日的一天， 23 岁的徐滨士提着简单的行囊，走进著名的哈尔滨军事工程学院。 对于徐滨士来说，走入部队，并与“维修”结缘是生命中的一次最重要的转折。 “我出生在日本帝国主义铁蹄践 踏下的东北，从小饱受亡国奴之苦，是共产党给我们带来了希望。 1947 年，我考入共产党领导的哈尔滨工业大学，那时家里穷，供不起我上大学，在党和政府的资助下，我读完了大学。当时，新中国刚刚成立不久，百废待兴，全国人民满怀豪情地建设着社会主义祖国。我是党培养的，更要为党服务、

8、回报党的恩情。当组织上决定让我到哈尔滨军事工程学院工作时，我就立志要把自己的一生献给党和军队的事业。” 在哈尔滨军事工程学院，徐滨士被分配从事坦克维修专业的教学工作。但一心想在部队干出一番大事业的徐滨士有些想不通，在焊接实验室干这些敲 敲打打、修修补补的事，没技术、没出息，什么时候才能实现自己的雄心壮志，为祖国的强盛做出贡献呢？这种的想法一直困扰着他，直到有一天，他给苏联坦克维修专家当翻译时得知，苏联红军坦克机械化部队的维修人员，在卫国战争中抢修了43 万辆次坦克、装甲车辆，相当于苏联战时年产量的 15 倍，这对保障装甲部队的持续战斗力，最终战胜法西斯起到了极其重要的作用。还有一次下部队调查时

9、，看到因维修和技术设备落后，许多局部磨损的坦克零部件不能修复，整机只好报废，浪费很大，严重影响正常训练和战备任务的完成，干部战士们急得团团转，这让他的心情 久久不能平静。 正是这两次经历，让他认识到维修对于部队战斗力的重要性，维修工作连着战场啊！无论平时还是战时，都具有非同寻常的意义！ 从此，他坚定了一个信念 要用所学的知识，改变部队重型装备维修落后的现状，将机械维修专业作为自己毕生奋斗的事业！ 20 世纪 70 年代末，我军装备维修保障技术进展有限，部队坦克多种磨损轴类部件不能得到高质量修复。徐滨士经过反复研究，决定研制等离子喷涂技术来解决这个问题。当时先进的超音速喷涂技术是由美国人发明的，

10、徐滨士对这项技术的了解仅仅是外文学术期刊上 的 一则介绍，仅凭只言片语，如何能掌握这项技术？在他的建议下，一套美国造的超音速等离子喷涂设备进到了他的实验室。 超音速等离子喷涂技术的核心在于喷枪的制作，美国采用的是大气流喷粉的设计思路，耗能高，所需喷粉数量大，不适合我国国情。徐滨士决定将其改造成低耗能小剂量的喷粉设备。为了寻找喷粉量的最佳值，徐滨士带着课题组一个小数点一个小数点地逼近，而每个小数点背后就是一次推倒重来的过程，就要重新车铣刨磨，做一套新喷嘴。做到第 8 套时，课题组得到了一组比较理想的数据，能耗和用粉量比原装机器大大减少，可徐滨士却发 现，喷涂涂层的性能指标降低了好几个百分点。徐滨

11、士再次把课题组召集在一起，专攻涂层的性能指标。在经历了几十次失败之后，他的课题组终于攻克了喷枪、电源、喷涂材料等一系列技术难关，终于使这项技术取得突破。 为了使这项成果获得应用，徐滨士跑到上级机关，要求在新型装甲装备上进行试验，并当即签下“军令状”：“如果出了问题，损坏了装备，我负一切责任。”上级首长被徐滨士的执着所感动，为他开了一条“绿色通道”。经过等离子喷涂技术处理的 68 项 242 个喷涂零件，先后在两组 6 台主战坦克车上进行了一个大修期的系统试车。实验 结果表明，原车上的某个零件跑 4000 公里就坏了，而经过等离子喷涂技术处理过的零件跑了 12000 公里还可以用。全部喷涂零件耐

12、磨性比新品提高 1.4 8.3 倍，寿命延长了 1 至 2 倍，成本却只有新产品的十分之一。 “维修也是战斗力。” 等离子喷涂技术在部队的广泛使用，大大提升了我军装甲部队的战斗力，创造了巨大的军事经济效益。 从一个立志报国的青年学生，成长为一名共和国的科技将军，徐滨士在他近60 年的教学科研生涯中，创造了一次又一次的辉煌。 他首次在国内成功研制了振动电弧堆焊设备 ，突破了坦克部分薄壁零件不能修复的禁区，获得全国科技大会奖，荣立二等功；他首次在国内将等离子喷涂技术用于重载车辆薄壁磨损零件的修复，解决了各种机械和设备薄壁零件修复的重大难题，在部队广泛应用，大大提升了装甲部队的战斗力，获全军科技成果

13、一等奖、国家科技进步二等奖；他创造性地研制了电刷镀设备及各种镀液，不但攻克了坦克现场修复的重大难题，而且为国家重点工程的多项急需和设备现场修复解决了关键技术，荣获国家科技进步一等奖，在连续 3 个五年计划中被列为国家重点推广的新技术项目，创造经济效益 30 多亿元。他率先提出在我国建立 表面工程学科的设想，并创建了我国第一个表面工程研究所，极大的推动了表面工程的研究和应用 创新：一路向前，一马当先 徐滨士的一位学生曾这样评价自己的老师：院士能有那么大的成就，得益于他始终以超前的目光，瞄准世界高科技发展的前沿。 “上世纪五十年代，搞科研的人很少。当时徐院士只是一名普通教员，没有实验设备，没有经费

14、，他却埋头搞起了振动电弧堆焊，并且一举取得了成功。后来，他又搞电刷镀、热喷涂，创建表面工程学科，这都是他凭着敏锐的眼光，率先在国内做起来的。”徐滨士的一位老同事告诉记 者。 当 80 年代初英国伯明翰大学教授汤姆贝尔在国际上首次提出“表面工程”这个概念时，徐 滨士便很快在学术界倡导开展我国表面工程的研究。 1987 年，在中国机械工程学会和同行专家的支持下，徐滨士主持建立了我国第一个表面工程研究所，并创办了表面工程杂志，受到国内外同行的重视和欢迎。 1993年，又在徐滨士的建议下成立了中国机械工程学会表面工程分会。这一系列卓有成效的开创性工作，把我国机械维修技术推向了一个新阶段。 走进徐滨士院

15、士的实验室，许多焕然一新的产品摆在展台上，小到各种坦克的零部件，大 到各种品牌的发动机。实验室工作人员介绍说，进实验室之前，它们其实都是已经下岗的“废铁”。而现在，经过重新装配和高新工业技术处理后，这些设备已经获得了新生，性能与新设备相比有过之而无不及这就是“再制造”技术的奇迹。 所谓“再制造”，就是应用高新技术将废旧产品修复成与新品性能相当或高于新品的再制造产品，是高科技维修的产业化。徐滨士认为，无论是军用装备还是民用产品，虽然经过维修可以继续使用，但都有报废的时候。大量的装备、产品报废后怎么办 ?这个问题不解决，一是造成大量垃圾，影响环境；二是造成能源、资源 短缺，影响可持续发展，实施“再

16、制造”这一绿色工程便是解决问题的最有效手段。 徐滨士从国外有关资料中了解到，在美国对伊拉克发动的战争中，美军担负“外科手术”作战任务的轰炸机许多是早该退役的旧战机，但经过再制造，这些战机不仅重返战场，而且性能达到了新指标。另据美国 1996 年的统计，再制造工程一年创造了 540 亿美元的产值，解决了 43 万人的就业。 那么，中国应该搞什么样的再制造技术？ 徐滨士认为，产品的失效往往在表面发生，如果将我们已有的“表面工程”技术融入到再制造技术中去，对废旧产品 进行高技术的改造，就能实现优质、高效、节能、节材、环保。在他的积极倡导下，“再制造”这个当前风靡世界机械制造业的新技术在我国诞生，并被赋予了带有中国特色的全新内涵。 2003 年 6月，国家级“装备再制造技术国防科技重点实验室”在装甲兵工程学院正式落成运行，徐滨士