表面工程和再制造工程的现状及展望

表面工程和再制造工程的现状及展望

表面工程和再制造工程的现状及展望

ＳｔａｔｕｓＯｕｏａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆＳｕｒｆａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

ａｎｄＲｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

徐滨士（装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室，北京１０００７２）

ＸＵＢｉｎ—ｓｈｉ（ＮａｔｉｏｎａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＲｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，Ａｃａｄｅｍｙｏｆ

ＡｒｍｏｒｅｄＦｏｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７２，Ｃｈｉｎａ）

摘要：介绍了表面工程和再制造工程的概念、作用和国内外研究及应用现状，并对其今后的发展进行了展望。结合失效分析、失效预防和控制，阐述了表面工程和再制造工程在产品全寿命周期中的地位和作用，指出失效理论、失效分析是再制造的基础理论之一，表面工程技术和再制造工程技术是对零件进行失效预防和控制的关键手段。关键词：表面工程；再制造工程；失效预防和控制中图分类号：ＴＧｌ７

文献标识码：Ａ

文章编号：１００１—４３８１（２００３）ｓｕｐｐｌ一０００１—０６

ｏｎ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｕｒｆａｃｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｃｅｐｔｉｏｎ，ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔａｔｕｓ．Ｉｔａｌｓｏ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｒｆａｃｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｒｅｍａｎｕｆａｅｔｕｒｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｆａｉｌｕｒｅｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ

近几十年来，全球工业高速发展，在工业发展带给人们财富和文明的同时，也在大量消耗着不可再生的自然资源和能源，工业报废产品对环境的污染也越来越重。据统计我国到２０２０年大多数矿产资源将出现缺口；据美国能源部报告预测，全球能源消耗未来二十年将增加六成；在对环境的影响方面，造成全球环境污染的７０％以上的排放物来自制造业，它们每年约产生５５亿吨无害废物和７亿吨有害废物口］。报废产品的数量则更是惊人。例如，１９９６年全球有２４００万辆汽车报废；到２００４年仅美国就将有３．１５亿台计算机被废弃［２］。为了缓解资源短缺与资源浪费的矛盾，减小大量的失效、报废产品对环境的危害，最大限度地利用废旧产品中的零部件，表面工程已成为各国研究热点，绿色再制造工程在国际上逐渐形成，并成为快速发展的一种新型研究领域和新兴产业。

同时，随着现代工业和高科技的发展，对机械产品零件表面的性能要求越来越高，零件失效而影响其服役性能的问题越来越突出。采取各种可行技术手段对零件进行失效预防和控制在实际工程中显示出重要价值。表面工程技术多年来一直是进行零件失效预防和控制的重要途径［３］。近年来，随着制造业和先进制造技术的发展，综合考虑产品设计、制造、使用、报废等全寿命周期的再制造工程应运而生。零件的失效

预测、寿命预测、失效预防与控制等有关理论是再制造工程基本理论的重要组成部分。

１

表面工程

１．１表面工程的概念与特点

表面工程，是经表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面工程技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态等，以获得所需要表面性能的系统工程。表面工程是由多个学科交叉、综合而发展起来的新兴学科，它以“表面”为研究核心，在有关学科理论的基础上，根据零件表面的失效机制，以应用各种表面工程技术及其复合为特色，逐步形成了与其它学科密切相关的表面工程基础理论［４］。表面工程的最大优势是能够以多种方法制备出优于本体材料性能的表面功能薄层，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射等性能，这层表面材料与制作部件的整体材料相比，厚度薄，面积小，但却承担着工作部件的主要功能。

国家的节能节材“九五”规划中曾将表面工程应用作为重大措施之一，并列为节能、节材示范项目。材料表面改性作为传统材料性能优化的基础研究也被列入国家自然科学基金“九五”、“十五”优先资助领

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２

域。由于表面工程的显著作用和重要地位，许多先进的表面工程技术及其基础理论研究被列入了国家“９７３”项目、国家重大技术创新项目、国家重点科技攻关项目等。例如，全军装备维修表面工程研究中心研究开发的高速电弧喷涂技术已经被列入国家重大技术创新项目和国家“九五”重点科技攻关项目。

表面工程适合当今国际社会技术和经济发展的要求，符合可持续发展战略，体现了科技尽快转化为生产力的要求。近年来，复合表面工程和纳米表面工程已成为表面工程领域新的研究发展方向。１．２复合表面工程

表面工程技术的基本特征是综合、交叉、复合、优化。“复合”是表面工程迅速吸收其它技术的优势、更有效发挥表面工程在工业各领域中的作用并不断发展的重要技术途径。复合表面工程的形成使得表面工程的价值得以更好发挥。复合表面工程包括多种表面工程技术的复合和不同材料的复合两种形式。

（１）多种表面工程技术的复合［５１

单一的表面工程技术由于其固有的局限性，往往不能满足日益苛刻的工况条件的要求。综合运用两种或多种表面工程技术而形成的复合表面工程技术可以通过各技术的最佳协同效应获得“１＋１＞２”的效果，解决了一系列高新技术发展中特殊的工程技术难题。

目前，复合表面工程技术的研究和应用已取得了重大进展，如热喷涂与激光重熔的复合、气相沉积与电镀、电刷镀的复合、热喷涂与刷镀的复合、化学热处理与电镀的复合、表面强化与固体润滑层的复合、多层簿膜技术的复合等，复合技术使本体材料的表面薄层具有了更加卓越的性能。复合表面工程技术将在新世纪中不断得到发展，今后将根据产品的需要进一步综合研究运用各种表面工程技术的综合或复合以达到最佳的优化效果。

（２）多种不同材料的复合

单一结构涂层越来越难以满足目前日益提高的对材料性能要求。复合材料涂层因具有不同性能的材料间的复合，发挥各材料性能的协同效应，而获得特殊性能或多功能性能，具备单一结构涂层所不具备或难以达到的性能。目前，由各种材料复合获得的复合涂层种类主要有：金属基复合涂层、陶瓷复合涂层、多层复合涂层、梯度功能复合涂层等。例如，Ａｌ材料具有较好抗腐蚀性能，但纯Ａ１材料的抗磨性差。通过添加ＡｌＮ、Ａ１：Ｏ。、ＳｉＣ等硬质陶瓷相获得金属基复合涂层可显著提高其耐磨性能。这类金属基复合涂层可以通过等离子喷涂复合粉或电弧喷涂粉芯丝材获得［６’７］。例如，全军装备维修表面工程研究中心已开发出一种抗腐蚀、防滑的高速电弧喷涂Ａｌ基Ａｌ。Ｏ。复

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方数据材料工程／２００３年增刊

合涂层粉芯材料，其获得的复合涂层具有优异的防腐性能，同时还具有良好抗磨和防滑性能，已应用于舰船甲板的防滑功能，取得了显著的效果，该成果已获得军队科技进步奖。此外，在Ａｌ基中添加ＳｉＣ，涂层硬度可显著提高，复合涂层的抗磨性比添加Ａｌ。Ｏ。涂层的抗磨性高３５％，且改善涂层的导热性。

再如，金属间化合物及其复合材料具有优越的高温强度和抗氧化性。然而，其室温脆性及难以成形加工等严重制约了此类材料的应用。热喷涂技术是制备金属间化合物及其复合材料涂层的一种新的涂层工艺，具有独特优点，可改善增强颗粒与基体问的润湿性、有效解决金属间化合物室温加工困难问题，可改善高温结构用金属间化合物合金性能，具有广阔的应用前景。例如：Ｔｓｕｎｅｋａｗａ等通过单元素粉末Ｔｉ（或子喷涂法合成ＴｉＡｌ／ＳｉＣ、ＴｉＡｌ／ＴｉＢ。等金属间化合物基体的复合涂层［６］。此外，全军装备维修表面工程研究中心开发出了一种能在高速电弧喷涂过程中动态生成Ｆｅ—Ａ１金属间化合物基Ｆｅ—Ａ１／ＷＣ复合涂层的粉芯丝材和材料制备与成形一体化复合涂层技术。试验表明该涂层具有良好高温抗冲蚀磨损性能，是有望应用于锅炉管道防腐和抗高温冲蚀的新型复合材料涂层。

１．３纳米表面工程

纳米科技研究开辟了人类认识世界的新层次［８］。其中，纳米材料被称为“２１世纪最有前途的材料”；纳米技术是“２１世纪新产品诞生的源泉”。纳米材料与纳米技术的发展得到了世界各国的高度重视。２０００年５月，美国前总统克林顿宣布实施的一项新的国家计划——国家纳米技术计划（ＮＮＩ），把研究开发强度和硬度更高、重量更轻、安全性更好，并能自行修复的纳米材料列为重要发展方向之一。

目前，在高质量纳米粉体制备方面已取得了重大进展，并且纳米粉体生产已形成产业化。但是，如何充分利用这些材料，如何发挥出纳米材料的优异性能是亟待解决的问题。表面工程技术是应用纳米粉体材料、并使其优越性能和功能等潜在价值得以发挥的便捷途径。在纳米粉体材料与表面工程交叉复合的理论研究与实践应用的基础上，“纳米表面工程”［９］的新领域应运而生。

纳米表面工程是以纳米材料和其它低维非平衡材料为基础，通过特定的表面工程技术或手段，对固体表面进行强化、改性、超精细加工或赋予表面新功能的系统工程。

从１９９７年开始，全军装备维修表面工程研究中心在国内首先提出了“纳米表面工程”的概念，并开展了纳米颗粒材料相关的表面工程研究工作，所研究

Ｆｅ）和Ａｌ并加入ＳｉＣ、ＴｉＢ。或ＷＣ颗粒，用脉冲等离

表面工程和再制造工程的现状及展望

开发的纳米表面工程技术主要包括：纳米粘接剂技术、纳米颗粒复合电刷镀技术、纳米添加剂技术、纳米固体润滑干膜技术、纳米热喷涂技术和纳米涂料技术等。

（１）纳米添加剂技术

采用原位合成纳米单元

／ｇＪ能聚合物分散系的方法，将纳米单元的生成、粒度控制、纳米颗粒表面改性和纳米颗粒的高度分散、长效稳定在一个体系中一次性实现。由于纳米颗粒表现出较高的化学活性，在适当摩擦条件下，会在磨屑微细粒子和摩擦化学还原气氛中，在摩擦副表面被还原，形成韧性好、减摩效果显著、耐磨的固溶合金，对摩擦材料表面起到“自修复”作用。纳米添加剂可以实现油润滑运动副摩擦表面的自修复，可以有效预防和控制零部件的磨损失效。

（２）纳米颗粒复合电刷镀技术

将纳米颗粒材

料与高效的电刷镀技术结合，通过采用镍包覆法或高能机械化学法对纳米颗粒表面进行处理，有效地提高了纳米颗粒在镍基复合镀层中的共沉积量，解决了纳米颗粒在复合电刷镀层中难以均匀分散这一关键问题。该技术方法简便，工艺稳定，适用于制备多种含纳米颗粒的复合镀层。全军装备维修表面工程中心开发了纳米颗粒复合电刷镀技术（简称纳米电刷镀技术），并已研究开发了ｎ—Ａｌ：Ｏ。／Ｎｉ、ｎ—ＳｉＯ。／Ｎｉ、１２一ｓｉｃ／Ｎｉ和ｎ—Ｄｉａｍｏｎｄ／Ｎｉ等多种纳米复合电刷镀层。研究表明，纳米复合刷镀层硬度达ＨＶ７００，是纯镍刷镀层硬度的１．５倍以上；抗接触疲劳寿命提高到１０６周次以上；使用温度达４００℃；与普通刷镀层相比，抗滑动磨损性能和抗微动磨损性能均提高１倍以上［１”１２］。纳米电刷镀技术可以解决服役条件苛刻的零部件表面损伤失效的修复，可以对大型零部件进行高性能、不解体、现场修复。纳米电刷镀技术已经应用于我军装备贵重零件、进口关键零件及以前无法修复的零件的修复，成功地解决了其表面磨损失效的重大难题。

（３）纳米粘接剂技术

在纳米粘接剂技术的研

究过程中，主要采用了用爆炸技术合成的纳米金刚石颗粒。随着纳米金刚石颗粒在胶粘剂中加入量的增加，涂层耐磨性显著提高，当加入量为８％时，耐磨性是未添加的２．５倍。同时，添加纳米颗粒后的胶粘剂的拉伸强度在添入量为８％时比未添加的提高了２７．５％。纳米胶粘剂的研制成功对零部件的野外现场快速修复具有重要作用。

（４）纳米固体润滑干膜技术

近年来，固体润

滑干膜作为一种特殊的表面涂层摩擦材料得到了迅速发展。纳米固体润滑干膜通过在干膜粘接剂中添加起润滑和抗磨作用的纳米颗粒，能够改善干膜的润滑、耐磨和防腐等性能，同时还能够适当提高膜层的结合强度，延长膜层的使用寿命。目前，全军装备维

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方数据３

修表面工程研究中心研制的纳米固体润滑干膜已经应用于我军主战装备，并解决了腐蚀环境中重载服役条件下零件的润滑难题。

（５）表面纳米晶化技术

表面纳米晶化技术通

过在材料表面形成纳米结构的表面层而显著改善材料的整体性能和特性。基于纳米材料的基本概念及其变形机制，材料的表面纳米晶化可以通过不同方法实现：（ａ）表面涂覆或沉积法纳米晶化；（ｂ）表面自生法纳米晶化；（ｃ）杂交法表面纳米晶化。

表面纳米晶化技术的优点主要包括：（ａ）可以在复杂形状零部件表面获得纳米晶表面层；（ｂ）许多现存的工艺方法可以用于制备纳米表面涂层；（ｃ）生产率高。

中科院金属所卢柯等人应用超声冲子冲击工艺，成功地在Ｆｅ和不锈钢表面获得了晶粒平均尺寸为１０～２０ｎｍ的纳米晶结构表面层，其成果得到国际认可口““］。表面纳米晶化技术将可能在大大提高工程材料和零部件性能中大显身手。

２再制造工程的现状

２．１再制造工程的概念

再制造工程是一个统筹考虑产品或部件全寿命周期的系统工程，是利用报废设备中的原有零部件以现代化的生产方式采用高新表面工程技术（涂层与改性）及其它加工技术，使零部件恢复尺寸、形状和性能，形成再制造的产品。再制造是以优质、高效、节能、节材、环保为主要目标，从而使退役产品或部件在对环境的负影响面最小、资源利用率最高的情况下重新达到最佳的性能要求。图１为再制造工程在设备全寿命周期中的位置示意图。

图１产品全寿命周期图

Ｆｉｇ．１

Ｓｋｅｔｃｈｏｆ

ａ

ｐｒｏｄｕｃｔｌｉｆｅｃｙｃｌｅ

从图１可以看出，设备产品全寿命周期包括设备论证设计、制造、使用、维修、报废五个环节。其中维修，是一种具有随机性、原位性的恢复性能方式。为了缩短在修时间，常以换件为主，既使对个别重要零件进行表面修复，因批量小，所用的设备和技术相对

４落后。对于报废的设备，经分解、鉴定后，各种零件可分为四类：第一类是性能完好的，可继续使用；第二类是虽有损伤，但通过再制造加工。完全可以恢复其性能；第三类是无法再制造加工或经济上没有再制造价值的零件，可以通过再循环变成原材料加以利用；第四类是在目前的技术条件下只能作环保处理的零件。

再制造不同于维修。维修主要是针对在使用过程中因磨损或腐蚀等原因失效而不能正常使用的零件的修复。再制造是对报废产品通过高新技术进行再制造并形成新的产品，再制造工程不但能达到新品的性能并提高产品的使用寿命，而且可以为产品的设计提供建议。此外，再制造的目标是变革上面四类零件的比例，使可再使用、可再制造加工的零件尽量增多，使再循环和环保处理的零件尽量减少。再制造是一种具有专业性、互换性、规模化的恢复性能方式，由于批量大，也由于它要与新品件进行市场竞争，所以必须采用最先进的设备和技术，追求性能和价格都优于新品制造件。

再制造不同于再循环。虽然它们有类似的环保目标，但再循环（如熔化钢铁和溶解纸张）只是重新利用它的材料，往往消耗大量能源并污染环境，而且产生的是产品原材料。再制造技术以废旧产品零件为毛坯，有效利用了投入到产品中的大部分资源（例如，劳动力、能量和处理资金等新品生产的众多附加值），是一种从废旧件中获取最高价值的合算方法，通常可以获得更高性能的再制造产品。工业专家认为，再制造产品与原新品相比的原料耗费量之比为１：５～９。例如，经统计证明，发动机的再制造只需生产新品发动机能量的５０％和工作量的６７％。德国ＳｔｕｔｔｇａｒｔＦｒａｕｎｈｏｆｅｒ研究所研究表明，每年全球再制造业的能量节省与５个核电站的发电量相当；再制造已经被看作为减少“温室效应”气体排放量工作的一部分；消费者购买再制造产品将比购买新品少花５０％～７５％的钱。总之，再制造能将一个国家的能源和资源优势转化为一个国家的经济和环境利益。

再制造不同于制造。设备再制造与传统制造技术重要区别之一，是加工的毛坯不同。再制造是使用报废设备中的零部件作为毛坯，传统制造技术是对新材料进行加工。由于毛坯不同，相对于传统制造而言，再制造过程中的鉴定、加工、调整、以及质量控制等方面技术难度增大。

再制造工程是正在发展中的新兴研究领域，在国外也仅有十几年的历史，在我国则刚刚起步。关于再制造工程的研究体系还正在探讨和完善之中。再制造工程的组成初步概括为图２所示－１

５｜。

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方数据材料工程／２００３年增刊

再制造工程的设计基础

再制

造

再制造工程

的主要技术

工程

制造工程

质量检测

制造工程技术设计

制造工艺

图２再制造工程的组成体系

一一一一一一～一一一

Ｆｉｇ．２

Ｓｕｂｊｅｃｔｓｙｓｔｅｍｏｆｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ

ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ

２．２国外再制造工程的研究和发展现状

１９９６年在美国Ａｒｇｏｎｎｅ国家实验室的资助下，波士顿大学制造工程学教授ＲｏｂｅｒｔＴ．Ｌｕｎｄ领导下的一个研究小组，对美国的再制造业进行了深入的调查，撰写了研究报告《再制造工业：潜在的巨人》。他们建立了一个有９９０３个再制造公司的数据库，其范围涉及到汽车、压缩机、电子仪器、机械制造、办公设备、轮胎、墨盒、阀门等八个工业领域。在这些数据的基础上，研究小组对整个美国再制造业的规模进行了评价：美国专业化再制造公司数量超过７３０００个，每年销售额超过５３０亿美元，直接雇员４８万人，生产４６种主要再制造产品。再制造业已经成为美国经济中的重要产业之一。

２０００年２月初，欧盟委员会通过了一项有利环境保护的新规定，未来所有欧盟的汽车用户，将享受免费旧车回收。从２００２年起，废旧汽车的可再生利用率将达到８５％，到２０１５年将达到９５％。德国奔驰汽车公司在汽车的整个生命周期（包括设计、制造、使用、维修和报废）都体现回收利用的概念，从设计开始就注重汽车的可回收性，到报废时再拆卸回收利用。大众汽车公司已将可回收设计法应用于新一代汽车开发。日本丰田、本田、马自达等大汽车公司也都积极开展了汽车的可回收性设计，开发回收利用新技术。

美国许多大学正在进行再制造技术研究和教学。美国罗切斯特理工学院有一个专门从事再制造工程研究的全国再制造和资源恢复中心；田纳西大学无污染产品和技术研究中心将进行汽车行业的再制造技术研究；北卡罗来纳大学凯南一弗拉格勒商学院进行逆向后勤学的教学。逆向后勤学是把产品收回，然后对其进行再制造。许多学校在工业设计课程中讲授再

表面工程和再制造工程的现状及展望

制造技术，要求在工业产品设计中考虑设备部件的再制造性，认为在设计产品时只考虑一次性使用是不合理的。１９９３年，美国福特、通用、克莱斯勒等大汽车公司结成回收联盟，在密西根建立汽车拆卸中心，专门研究开发汽车零部件的拆卸、再制造和再循环利

用。

国际上多家计算机公司正在回收旧机器的芯片。包括朗讯科技公司在内的通讯设备公司正在再制造开关装置。莱克斯马克国际公司一直在制造自己的打印机墨盒，并试验在其打印机上使用再制造部件。瑞士的卡斯特林公司专门向世界各国提供维修再制造服务。美国波音公司为了延长大型客机的使用寿命，拨出专款进行被称为“恢复工程”的研究工作。

美国军队目前是世界上最大的再制造受益者，它的车辆和武器大量使用再制造部件，这样不但节约了军用装备的制造经费，而且提高了装备的寿命和维修能力，为装备的使用提供了技术保障。美军从再制造工程获益的典型实例是Ｂ一５２Ｈ型轰炸机，该机１９４８年开始设计，１９６１～１９６２年生产，到１９９９年已有３７年。该机１９８０年、１９９６年两次进行技术改造和再制造，到１９９７年平均自然寿命还有１３０００飞行小时，预计可延长到２０３０年，美军有６６架Ｂ一５２Ｈ飞机至少可用到２０１４年，较一般飞机２０～３０年服役期增长１倍

以上。

２０００年１１月１５日，美国前总统克林顿宣布将当日定为“美国再循环日”并发表讲话。他呼吁美国商业机构致力于产品的再循环工作，鼓励消费者购买再循环和再制造产品，从而支持经济建设，改善环境。

再制造工程的研究已引起美国国防决策部门的重视。美国国防委员会已经将系统性能升级、延寿技术和再制造技术列为目前和将来国防制造重要的研究领域，体现出其对再制造重要作用的认识。美国再制造业已经建立了经济增长的一系列目标：到２００５年，雇佣员工１００万，年销售额１０００亿美元，再制造工业范围内７５％的公司通过ＩＳＯ认证；到２０１０年，保年，美国再制造业基本实现零浪费，并确保产品的质量和服务。

２．３国内再制造工程的现状

我国对再制造工程的研究应用尚处于起步阶段。国务院、中国工程院、军队总部和有关部门的重视，并已建立了再制造技术国防科技重点实验室。国内有许多单位正在进行再制造领域的研究。全军装备维修表面工程研究中心、西安交通大学等单位使用表面工程研究所、装甲兵工程学院和海军工程学院对军用飞

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方数据５

机、装甲车辆、舰艇的延寿作了大量的试验和研究工作；上世纪９０年代初以来，国内一些部门对修复热处理已经作了尝试工作，如对长期服役过的发电设备上的某些重要零件进行修复热处理研究。

应用等离子喷涂技术对重载坦克车辆零件进行再制造修复与改进，实车考核证明经再制造的零部件比新品的相对耐磨性提高１．９～８．３倍，寿命提高２～３倍。对首钢从比利时购进的二手连铸设备中的三百多件大轴承座和轧辊，经再制造修复和表面强化，已正常运行使用。

目前一些高校和企业正在开展有关绿色设计制造、面向３Ｒ（Ｒｅｕｓｅ，Ｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，Ｒｅｃｙｃｌｅ）的设计、产品全命周期工程等研究，并瞄准了轿车、摩托车、电冰箱、计算机、空调等产品的回收再制造。清华大学等单位加大了对绿色工程技术领域研究的支持力度，并已经和美国Ｔｅｘａｓ

Ｔｅｃｈ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ先进制

造实验室建立了关于绿色设计技术研究的国际合作关系。上海交大等单位与美国通用、福特汽车公司合作开展了轿车的回收再制造研究。机械科学研究院正在进行清洁生产及车辆拆卸和回收技术的研究。大庆油田焊接研究所对储油罐的腐蚀问题进行了大量深入地研究，开发出“碳钢罐薄壁不锈钢衬里及其制造方法”等多项专门技术，实现了金属、非金属储油罐的再制造修复，比更换新罐节约资金４０％～６０％。

在我国，再制造工程研究受到了政府有关部门的高度重视，并将机电设备和国防装备再制造中的有关重要技术，如再制造设备系统失效行为分析及寿命评估、设备再制造的纳米复合及原位自修复生长成形技术、再制造部件和产品综合性能在线检测和计算机模拟等列入先进制造技术发展前瞻和国家自然科学基金项目，一个优质、高效、低耗的绿色再制造工程学科正在我国形成。

３表面工程、再制造工程与失效预防和控制的关系

失效分析是对失效设备及其零部件采用表面工程技术或再制造技术有效地进行修复或再制造的前提。失效理论是表面工程和再制造工程基础理论的重要组成，表面工程技术和再制造技术是失效预防和控制的重要手段。实际应用中，必须针对零部件的服役条件及失效现象进行失效分析，并在探明其失效机理的基础上，合理选择表面工程技术或再制造技术，才能有效达到失效预防和控制的目的。

机械设备长期服役后出现功耗增大、振动加剧、严重泄漏、维修费用过高，一般列为报废。这些现象都是零件磨损、腐蚀、变形、老化、甚至出现裂纹等

证１００％再制造产品性能达到或超过原产品；到２０２０在一些有识之士积极倡导下，再制造工程已经受到了技术进行设备零部件的再制造研究和应用；空军第一

６

缺陷造成的。磨损在零件表面发生，腐蚀从零件表面开始，疲劳裂纹由表面向内延伸，老化是零件表面与介质反应的结果，变形也表现为表面相对位置的错移。所有“症结”都是表面问题。针对这些失效问题，表面工程技术和再制造工程技术可以大显身手。

箱体零件是设备的基础件，常见的损伤是轴承座孔磨损以及变形。变形造成轴承座孔中心线的相对位移和结合面的挠曲。无论是铝、钢、铸铁的箱体，这类损伤对表面工程中的电刷镀技术而言是“拿手好戏”。

轴类零件上的轴承配合面（无论是静配合面或是动配合面）发生磨损超标是常见的失效现象，视磨损量，可选用电刷镀、热喷涂、堆焊或粘涂等多种方法来修复并达到需要的耐磨性。

飞机发动机涡轮叶片和导向器叶片是航空发动机的核心部件，工作在高温燃气气氛中，承受复杂多变的热应力和机械应力，工作条件十分恶劣，而且结构和形状十分复杂，但是无论是防护涂层脱落，还是裂纹、烧损、腐蚀、振动磨损，国内外都有完整的工艺进行修复，其中复合表面技术占有重要地位。

笔者还对舰船船体大面积腐蚀用高速电弧喷涂技术，选用专门研制的铝稀土丝材进行治理，使耐腐蚀寿命由原来的５年延长至１５年以上。

由此可见，表面工程和再制造工程与失效分析、失效预防和控制密不可分，其研究和应用相互促进。

４表面工程与再制造工程展望

再制造工程是先进制造、材料工程、机械工程、维修工程、表面工程、失效分析以及环境保护等多学科的交叉学科。相关学科的发展将促进再制造学科的形成和完善。

随着新型能源、材料等技术的发展，表面工程也将得到不断的发展。例如，随着离子束、电子束、激光束三束技术的发展，高密度能源可以使表面修复和再制造零件的变形更小、性能更好，必将有助于解决现在无法解决的贵重和关键零件的修复和强化问题。

随着失效分析技术和理论、先进制造技术的发展以及纳米技术逐渐进入实用化阶段，目前采用的各种减摩、抗磨、抗蚀等与零部件失效预防和控制相关的表面工程技术和再制造技术将得到新的发展。同时，其学科理论将不断完善，实际应用成果将日益显著。

为了追赶世界科技发展速度，使我国的科技发展立于世界科技发展的前沿，我国不仅要把先进制造技

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方数据材料工程／２００３年增刊

术列入国家“十五”科技计划体系，实现制造强国和制造大国的目标，而且针对我国国情，更要进一步把“再制造工程”列入国家重要科技发展专项计划中，才能真正使这项利国、利民、功在当代、利在千秋的任务落实在实处。

参考文献

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基金项目：２００２年国家自然科学基金重点项目（５０２３２０３０）、９７３项目（１９９９０６５００９）、全军“十五”维修技术预研项目资助。收稿日期：２００２—１１－２０；修订日期：２００３—０２—２０

作者简介：徐滨士（１９３１一），男，教授，中国工程院院士，从事表面工程、再制造工程等方面的研究工作，联系地址：北京丰台长辛店杜家坎２１号院士办（１０００７２）。

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表面工程和再制造工程的现状及展望

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

徐滨士

装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室,北京,100072材料工程

JOURNAL OF MATERIALS ENGINEERING2003，""(z1)0次

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相似文献(10条)

1.会议论文 徐滨士 面向二十一世纪的表面工程和再制造工程 2006

表面工程发展至今经历了传统表面工程、复合表面工程、纳米表面工程三个发展阶段.表面工程作为先进制造工程和再制造工程的重要组成部分,可以为先进制造工程与再制造工程的发展提供重要技术支撑.同时表面工程和再制造工程作为发展循环经济的重要组成方式,符合节约资源、能源,建设资源节约型、环境友好型社会的要求.面对21世纪表面工程及再制造工程的发展应坚持以信息化带动工业化,广泛应用高技术和先进实用技术改造提升产品性能和质量、降低材料消耗,实现拉动国民经济发展、节约能源、保护环境的目的,发挥表面工程及再制造工程对循环经济发展的重要支撑作用,通过科技创新不断发展完善表面工程及再制造工程,对促进我国国民经济全面而快速地步入循环经济轨道具有重大而深远的意义。

2.期刊论文 徐滨士. 马世宁. 朱绍华. 梁秀兵. Liang Xiubing. Xu Binshi. Ma Shining. Liu Shican. Zhu Shaohua. Liang Xiubing 表面工程与再制造工程的进展 -中国表面工程2001,14(1)

阐述了表面工程的定义、特点以及在生产实践中的应用，指出了表面工程在21世纪的发展方向-纳米表面工程和复合表面工程。介绍了再制造工程的概念、组成与作用，并指出再制造工程在我国具有广阔的应用前景。

3.期刊论文 徐滨士. 马世宁. 刘世参. 梁秀兵 表面工程的进展与再制造工程 -同济大学学报(自然科学版)2001,29(9)

阐述了表面工程的定义、特点以及在生产实践中的应用,指出了表面工程在21世纪的发展方向--纳米表面工程和复合表面工程.介绍了新兴再制造工程的概念、组成与作用,并指出再制造工程在我国具有广阔的应用前景,工程机械的再制造也大有可为.

4.会议论文 徐滨士. 马世宁. 刘世参. 梁秀兵 表面工程的进展与再制造工程 2001

阐述了表面工程的定义、特点以及在生产实践中的应用,指出了表面工程在21世纪的发展方向--纳米表面工程和复合表面工程.介绍了新兴再制造工程的概念、组成与作用,并指出再制造工程在我国具有广阔的应用前景,工程机械的再制造也大有可为.

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6.会议论文 徐滨士. 马世宁. 梁秀兵. 董世运 表面工程的进展与绿色再制造工程 2001

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