文档介绍：面向二十一世纪的表面工程和再制造工程
 
徐滨士
装甲兵工程学院  装备再制造国防科技重点实验室  北京  100072
摘要: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。
关键词:表面工程   再制造工程   循环经济   科技创新
      2006年2月发布的国家中长期科学和技术发展规划纲要中指出“21世纪新科技革命迅猛发展,正孕育着新的重大突破,将深刻地改变经济和社会的面貌。信息科学和技术发展方兴未艾,依然是经济持续增长的主导力量;生命科学和生物技术迅猛发展,将为改善和提高人类生活质量发挥关键作用;能源科学和技术重新升温,为解决世界性的能源与环境问题开辟新的途径;纳米科学和技术新突破接踵而至,将带来深刻的技术革命。”因此,科技工作者要站在时代的前列,以世界眼光,迎接新科技革命带来的机遇和挑战。纵观全球,许多国家都把强化科技创新作为国家战略,把科技投资作为战略性投资,大幅度增加科技投入,并超前部署和发展前沿技术及战略产业,实施重大科技计划,着力增强国家创新能力和国际竞争力。面对国际新形势,我们必须增强责任感和紧迫感,坚定地把科技创新作为经济社会发展的首要推动力量,把提高自主创新能力作为调整经济结构、转变增长方式、提高国家竞争力的中心环节,把建设创新型国家作为面向未来的重大战略选择[1]。
再制造工程是以产品全寿命周期理论为指导,以废旧产品性能跨越式提升为目标,以优质、高效、节能、节材、环保为准则,以先进技术和产业化生产为手段,来修复、改造废旧产品的一系列技术措施或工程活动的总称。简言之,再制造工程是废旧产品高技术修复的产业化[2-4]。实践证明,再制造可使废旧产品中蕴含的价值得到最大限度的开发和利用,是废旧机电产品资源化的最佳形式和首选途径,是节约资源的重要手段。对废旧机电产品进行再制造是发展循环经济、建设节约型社会的重要举措。
表面工程是再制造工程的关键技术之一,再制造工程是表面工程实际应用的载体,通过表面工程相关技术可以为提高再制造产品的资源利用率发挥重要作用。分析和研究表面工程、再制造工程对循环经济的贡献,对促进我国循环经济建设具有重要意义。
 
 
1.      表面工程发展现状
      表面工程从诞生至今,前后经历了三个发展阶段:第一代为传统的单一表面工程阶段,包括热喷涂、电刷镀、激光熔覆、PVD、CVD技术以及激光束、离子束、电子束表面改性等;第二代为复合表面工程阶段,即将两种或多种传统的表面技术复合应用,起到“1+1>2”的协同效果。例如,热喷涂与激光(或电子束)重融的复合,热喷涂与电刷镀的复合,化学热处理与电镀的复合,多层薄膜技术的复合等;随着纳米技术的发展,纳米材料不断应用于表面工程之中,通过不断的科技创新使表面工程发展到第三阶段,即纳米表面工程阶段。纳米表面工程充分利用纳米材料的优异特性提升改善传统表面工程技术的性能,进一步改变固体材料表面的形态、成分、结构等,从而赋予表面全新功能的系统工程[5]。
纳米技术是20世纪80年代末期诞生并正在崛起的新技术,纳米技术开辟了人类认识世界的新层次,纳米材料与技术的发展得到了世界各国的高度重视。其中具有力、热、声、光、电、磁等特殊性能的低维、小尺寸、功能化的纳米结构表面层可以显著改善材料的组织结构或赋予材料新的性能。纳米表面工程是以纳米材料和其他低维非平衡材料为基础,通过特定的加工技术或手段,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。因此说,纳米表面工程就是将纳米材料和纳米技术与表面工程交叉、复合、综合、创新并开发应用。
纳米表面工程的内容是深刻而广泛的,纳米表面工程通过各种表面工程技术制备出具有纳米结构特征的涂层或薄膜。依据表面膜层奈⒐圩橹峁梗哂心擅捉峁固卣鞯谋砻婺げ憧煞治和耆擅捉峁雇坎愫筒糠帜擅捉峁梗ㄎ?纳米复合)涂层;依据表面膜层的性能和应用,可以分为:结构涂层和功能膜层;依据表面膜层的尺度,可以分为:纳米薄膜和宏观纳米结构涂层(厚度在微米甚至毫米量级)。
支撑纳米表面工程的关键技术主要包括纳米热喷涂技