纳米表面工程和再制造工程

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1、纳米表面工程和再制造工程徐滨士装备再制造技术国家重点实验室北京100072摘要：从纳米表面工程和再制造工程概念的提出开始，两者的关系也就伴随而来。纳米表面工程和再制造工程相对于传统的方式都有着巨大的优势。以一些纳米表面工程技术为例，例如纳米电刷镀、纳米热喷涂、纳米自修复减磨润滑材料等，表现出了纳米表面工程技术在再制造机械零部件上的重要应用。关键词：纳米表面工程，纳米复合涂层，再制造工程中图分类号：TG174．441；TB383文献标识码:A1、引言表面工程是一项系统工程，它通过表面涂层、改性、复合处理以改变材

2、料的表面形态、化学组成、微观结构和应力状态，从而得到理想的表面性能。美国金属协会手册（第5卷）定义表面工程为对材料表面和近表面处理从而获得与原材料性能相差很大符合使用要求的材料。随着现代工业的发展，对部件表面性能的要求也越来越高，而且，材料的失效例如磨损、腐蚀和疲劳通常首先发生在材料表面。表面的失效常常影响整个元件的性能。表面性能的提高能显著提高元件的使用寿命，增加生产效率并减少环境污染。正是由于以上优势，表面工程在近年来发展十分迅速。表面工程的概念提出才刚刚有20年的时间，伯明翰大学与1983年成立了表面工

3、程学院，1985年，国际期刊《表面工程》开始发行出版。1986年，在布达佩斯举行的第五届国际材料和热治理联合会议上全体一致同意改名为国际热处理和表面工程联合会。在中国，中国机械工程学会在1987年成立了表面工程研究所，专业期刊《表面工程》（1998年更名为《中国表面工程》）也开始出版发行。机械工程协会表面工程分会也于1993年成立。每年国内外都会召开多次表面工程会议进行讨论和交流。越来越多的大学和研究机构成立了表面工程研究所，很多企业也以表面工程为自己命名以发展市场。最近的十年中，纳米材料科学的和技术发展极大

4、地提高了材料的性能，也促进了表面工程的发展。随着纳米材料科学的应用，表面工程也发展出了一个新领域，就是纳米表面工程。纳米表面工程在再制造工程有重大的应用，社会和工业的需求促使着纳米表面工程的进一步发展。2、纳米表面工程纳米表面工程是一项结合了纳米科技和传统表面工程的系统工程，它通过特殊的生产和制造工艺更深一步的改变表面的形态、化学组成、微观结构来赋予材料更多的新功能。纳米表面工程的概念在《中国机械工程》期刊上首次被提出，2002年，贝尔教授称赞了纳米表面工程在中国的实践，并决定与中国同行学者一起合作研究。在过

5、去的五年里，纳米表面工程发展迅速，许多关键技术例如纳米电刷镀、纳米热喷涂、纳米自修复减磨润滑添加剂已经被成功应用到再制造工程实践中。但总体来说，纳米表面工程还处在发展的初期阶段，获得的涂层还不是严格意义上的纳米尺度，而只是纳米结构涂层。第一，涂层的厚度不是处在纳米尺度上，而是微米甚至是毫米级别的，第二，涂层的最小结构单元也不是纳米晶粒或纳米粒子。3、再制造工程再制造工程是基于产品生命周期理论的用于修复和再利用零部件的所有技术，并用于指导产品设计和管理方法。它的目的是高质量、低污染、低消耗地再制造产品。先进的制

6、造技术和工业化生产是现代化的方式。再制造工程是一个新生并快速发展的工业，即使在发达国家也才只有10~20年的发展历史。而在中国也是刚刚起步，但再制造工程由于固有的优势而极具发展潜力。从图1可以看到再制造工程在一个产品整个生命周期内的的每个环节的重要作用，再制造工程包含了对磨损产品的修复和升级，而再制造工程得到关注的更重要的原因在于它改善了产品的表面性能。图2表示了再制造工程的工艺过程。大多数潜在的价值,例如劳动力成本、能源和原型产品,可以直接变成再制造产品.专家已经宣布,再制造产品的原材料消耗是制造产品所消耗

7、的1/9-1/5。例如,发动机再制造只需要50%的能源和67%的劳动力。德国的斯图加特夫琅赫学院的研究显示再制造每年所节约额的能量相当于等于5个核反应堆。客户可节省50%~75%当他们买一个再制造产品的时候。所以再制造工程可以为经济和环境带来很大的益处,因为它可以优化利用能源和资源。再制造工程最具有独特优势的地方在于它可以利用各种成形技术去形成表面层以改善材料本身的性质。例如，机械零件暴露的涂层可以使零件获得更高的性能。在制造新产品时，一些再制造技术可以应用在延长产品的使用寿命上，考虑到节约能量、材料和劳动力

8、，再制造工程对社会和经济的有益影响相当显著。再制造工程吸引专家和学者研究的另一个优势在于政府和公众对再制造的重视，而且再制造工程的研究在世界范围内已经广泛展开了。4、纳米表面工程在再制造工程中的应用4.1纳米电刷镀技术电刷镀技术具有便携、灵活、沉积速度快的特点，被广泛应用在机械零件的修复和加强,特别是对大型部件的现场修复。纳米电刷镀技术促进了传统的电刷镀技术的发展，通过增加某些纳米粒子的电镀解决方案