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
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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2012 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、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，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，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，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，徐滨士亲自担任实验室主任。
2003年8月，徐滨士参加了由温家宝总理任组长的国家中长期科技发展规划专题——“制造业发展科技问题研究”的部分论证工作，负责论证《机械装备自修复与再制造》分课题的研究内容，参与国家发展战略的研究。
2004年初，经有关部门批准，正式建设装备再制造工程学科。这不仅在国内，在国际上也是第一家。2004年5月在国内召开“首届机电装备再制造工程学术研讨会”。
如今，他担任主任的装备再制造技术国防科技重点实验室，从装备再制造设计基础、装备再制造关键技术、装备再制造质量控制、装备应急维修4个研究方，展开了系统性研究。这项研究与开发工作，创新了装备全寿命周期模式，奠定了装备重要部件的再制造工程理论和技术基础，提高了装备的服役性能，成为全军装备维修保障建设的重要平台。
育人：以己为梯，以身为则
有人称徐滨士为“做了半个世纪‘表面’文章的科学家。”徐滨士深知，科学研究搞“表面”专业，但做学问、育人才，可不能只顾表面。在几十年的教学科研生涯中，徐滨士始终以培养人才为己任，笃实严谨，全力搭建人才成长的平台。1979年，装甲兵工程学院才正式招收本科生，两年后，第一批本科生尚未毕业，徐滨士就率先提出要搞研究生教育。他对院领导说：“军队现代化建设对人才提出了全新的要求，放眼长远，研究生教育势在必行！”
如何构建人才成长模式，尽快把人才转变成推进中国特色军事变革的生力军，是他多年来一直思索的问题。徐滨士根据我国体制的特点，创造性地提出了研究生教育的新模式：一入学就进入课题研究；第二年带着问题进行专业学习，结合课题撰写论文；最后一年进行实验，修改完善论文。对此，不少同志心存疑虑：“这样做，会不会拔苗助长？”
但事实胜于雄辩，徐滨士的高瞻远瞩得到了证明。他培养的研究生，独立分析问题和实践动手能力都很强，很多人在学习期间就出了科研成果。研究生王建军参与了海军“舰船钢结构防腐实验”研究，使某型猎潜艇防腐性能达到国际先进水平，获得军队科技进步一等奖；时小军参与了“塑料喷涂防腐实验”课题研究，开发出“金属——塑料复合膜”，获得国家专利……
徐滨士常说：“鹰圈得久了，就不会飞了。要培养雄鹰，就得让他们去经历风雨，搏击长空。”他先后推荐一一批又一批助手和学生出国深造。学生们没有辜负他的期望，每一个人都圆满完成了博士或博士后学业，按期回国，迅速成长为教学科研骨干。他的学生朱胜在国外学习3年后，婉言谢绝了美国、加拿大等国著名大学的邀请，毅然回国从事国防科技事业，2003年，被国家六部委评为“优秀留学回国人员先进个人”，并荣获“留学回国人员成就奖”。
徐滨士经常告诫学生们：“德为先，信为重；先做人，后做事。”他要求学生这样做，自己也以身作则。
研究生小孟在进行某型材料课题研究时，遇到了难题。他去请教徐院士。徐院士看后没有马上回答。几天后徐院士找到了小孟，诚恳地说：“这个问题我也搞不明白。”
小孟很意外，原来院士也有不懂的问题呀！
徐滨士带着小孟专程拜访了中国工程院一位专家，三个人共同探讨，直到把问题弄明白为止。
一位学科专家，能够“知之为知之，不知为不知”，特别是对自己的学生说“不知道”，更令人肃然起敬。经过这件事，小孟对严谨治学的认识更深刻了。
2004年，徐滨士荣获中国工程院第5届光华工程科技奖。他慷慨地将15万元奖金全部捐献给了学院，用于建立青年科技创新奖励基金。
30年来，徐滨士先后培养的博士研究生、硕士研究生，有的走上了高中级领导岗位，有的成为学科带头人，有的成了知名专家。
如今，耄耋之年的他，仍然是清华大学、上海交大、北京航空航天大学、国
防科技大学等10余所高校的兼职教授、博士生导师及波兰华沙理工大学荣誉教授，带着多名硕士、博士研究生，在人才培养的第一线辛勤耕耘。
王海斗
王海斗教授是我国机械摩擦学及再制造表面涂层结构完整性专家，装备再制造技术国防科技重点实验室的学术带头人之一，多年来投身一线开展了深入扎实的再制造工程理论与技术研究，积累了丰富的经验，取得了显著的成绩，五年来主持了包括国家杰出青年科学基金、国家973、国家863、北京市自然科学基金重大项目、国家自然科学基金面上项目、国家军口配套计划项目、武器装备预研基金项目等在内的基础研究课题10余项，在发现科学现象，揭示本质规律方面取得了突出成果。先后获得国家自然科学奖1项，省部级、军队级科技进步（自然科学）一等奖4项、二等奖3项；发表基础研究论文220余篇，其中SCI检索120余篇（影响因子超过2.0的论文近50篇），EI检索180余篇；SCI论文的他人正面引用超过800次；以第一作者出版学术著作5部，获“中国人民解放军图书奖”1次；授权国家发明专利、实用新型专利及软件著作权近20项，另申报国家发明专利12项；作为导师及联合导师，指导全军优秀硕士学位论文3人；作为合作导师，指导河北省优秀硕士学位论文2人；作为副导师（徐滨士院士为导师），指导全国优秀博士学位论文提名奖、河北省优秀博士学位论文各1人。
王海斗教授取得的众多成果是与其严谨的治学态度和忘我的拼搏精神分不开的。跟王教授共事或合作过的人常对其严谨认真的态度印象深刻。据学校科研管理部门的一位同志说，凡是王教授递交的材料基本都不需要格式审查，不用说字体、字号、文本对齐方式等，就连装订的几颗订书针都是完全对称的。有一次，一位学生到学校附近的办公用品店去给王教授复印资料，厚厚的十几本资料复印完成后，学生签字准备离开，可老板说“哦，这是王教授的啊，等等，我再查一遍，王教授比较细心，我不能弄错了！”，足见王教授是多么的严谨细致。“一份耕耘，一份收获”，王教授的刻苦努力在装甲兵工程学院也是出名的。只要不出差，王教授每天晚上都加班到十一点以后才回家。多少个寒冬的夜晚，王教授的办公室依然亮着灯，而楼前广场上他的轿车孤零零的伫立在雪地里，车窗玻璃早已覆盖上厚厚的冰凌。一到学校放假，系里的干部和老师得轮流值班，王教授几乎每年都主动申请“大年三十”和“正月初一”两天值班，而把回家团聚的机会让给年轻的同志。事实上，自从2003年来到装甲兵工程学院工作，10年来，王教授只有两年春节回了兰州老家过年，第一次是2009年，第二次是2012年。正是这种拼搏和奉献精神，支撑着王教授不断取得新的成果，也影响和培养了一大批年轻人快速成长。
研究团队介绍：
项目研究团队是由中国人民解放军装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室的主要学术骨干组成，包括中国工程院院士、波兰科学院外籍院士徐滨士教授，国家杰出青年科学基金获得者王海斗教授，国家“求是”杰出青年实用工程奖获得者、军队科技拔尖人才培养对象董世运教授，者梁秀兵教授。所依托的装备再制造技术国防科技重点实验室的装备维修与再制造学科是军队“十二五”重中之重学科，所依托的材料科学与工程一级学科是军队及北京市重点学科。
经过团队的艰苦努力，建立起了国内唯一一个以再制造为主要研究内容的国家级重点实验室“装备再制造技术国防科技重点实验室”，以及国内第一个以推动再制造产业化为目的的国家工程研究中心“机械产品再制造国家工程研究中心”。本着对以废旧零件为“毛坯”，通过发展先进的表面工程技术和金属快速成形技术，以及废旧零件精密无损检测技术、再制造零件表面涂层疲劳寿命预测技术等，实现了对废旧零件的高技术批量化修复，即再制造，重新赋予废旧装备的服役能力，实现重大的节能、节材和环保效益。通过十余年的努力，团队深刻揭示了再制造的一些核心基础理论，研发成功了多项再制造所需的关键技术，获得国家技术发明二等奖2项、国家科技进步二等奖3项、北京市科学技术一等奖1项（又被北京市推荐申报2013年度国家自然科学一等奖）、军队科技进步一等奖5项。在此基础上，成功实现了再制造在全国的推广普及。2009年1月，《中华人民共和国循环经济促进法》正式生效，第2、第40及第56条中六次阐述再制造。第40条指出：“国家支持企业开展机动车零部件、工程机械、机床等产品的再制造。”2011年3月，国家发布《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》，明确要求“推进再制造产业发展；开发应用再制造关键技术，推广循环经济典型模式”。2009年12月，时任中共中央政治局常委、国务院总理温家宝对再制造作出重要批示：“再制造产业非常重要。它不仅关系循环经济的发展，而且关系扩大内需和环境保护。”
60年来，项目团队在徐滨士院士等老一辈科学家的带领和指导下，在一大批优秀中青年科研人员的共同努力下，立足国防科技前沿，面向国民经济建设，以恢复和提升机械装备服役能力和维修保障能力为目标，坚持教学与科研相结合，团结协作、无私奉献、顽强拼搏、不断创新，在学科建设、人才培养、科技创新等方面取得了丰硕成果。迄今为止，群体成员先后共获全国科技大会奖2项，国家科技进步一等奖1项、二等奖5项、三等奖1项，国家技术发明二等奖2项，北京市科学技术一等奖1项，军队科技进步一等奖7项、二等奖15项，军队教学成果一等奖1项。出版专著30余部，发表论文1000余篇（SCI收录200余篇，EI收录300余篇），授权及受理国家发明专利80余项。
团队所在的装备再制造技术国防科技重点实验室，2006年获得了中央军委四总部联合表彰的首批“中国人民解放军科技创新群体奖”，2008年荣立“集体一等功”。2007年和2010年两次被国防科工局和总装备部联合评估验收为优秀实验室，由于两次达优，国家拨付4900万元用于实验室硬件设备的拓展提高建设。