西安理工大学：重塑尖端材料的“生命”密码

2015年12月6日《陕西日报》第一版

      本报记者 吕扬 通讯员 杨文选 王凌云
　　和人一样，任何一种材料都有自己的使用寿命。那些用尖端材料制成、在高精尖科技仪器上发挥关键作用的精密零部件，其使用寿命往往直接影响尖端设备的使用寿命。获得过国家科技进步二等奖的西安理工大学材料科学与工程学院蒋百灵教授创建的“微弧电子学”，就是研究在相同条件下如何减少磨损、延长精密材料使用寿命的科学。
　　据悉，这一科研成果不仅被海军装备部列入艇上铝制设备防护处理验收大纲，还被美国通用汽车纳入车用镁合金防腐处理规范。国内有七十余家企业采用了他的研究成果。他本人也因在科技成果转化方面的突出贡献而获得中国产学研合作促进会主持评选的“产学研合作创新奖”。
　　“微弧电子学”是蒋百灵教授创建的全新学术体系，是用“非接触”方式，以满足“高硬度金属和半导体材料的精细图形加工和减磨延寿”为工程目标。它在“电子学”学术体系上填补了电力电子学和微电子学未涉及的“电子面性高密度传递”的科学空位，又在基础理论研究上支撑着精密机械基础件微细加工和减磨延寿的技术开发。2005年蒋百灵教授就以“铝镁合金微弧氧化设备研制”为题，获得国家科技进步二等奖。目前国内企业使用的“微弧氧化设备”几乎全部源自西安理工大学的技术支撑。
　　犹如人不能依赖肌体增厚脂肪御寒，精密零部件也不能仅靠基体性能来满足各类服役环境下的抗蚀、耐磨。结合不同用途，“对症用药”给精密零部件穿一件由“三维纳米颗粒”组成、厚度为微米量级的“薄衣服”，以实现“减磨延寿”的耐用目的，就是西安理工大学材料科学与工程学院蒋百灵教授微弧电子学研究的领域之一。
　　量大面广的机器人等高端智能装备的传动系统均由精细度和一致性极高的齿轮、轴承等精密机械基础件组成。这些零部件不仅精度等级已超出“接触式切削加工”的精度范围；同时由于无间隙装配，通过“润滑油润滑”以减小磨损的传统“延寿”方法也无法实施。因此，创新开发可满足高端装备和智能机械发展要求的精密机械基础件制造技术和减磨延寿工艺，以增强我国装备制造的国际竞争力，已是迫在眉睫。
　　微弧电子学的研究方向就是在电子回路中设置一个由两极和工作气体或液体组成的气固或气液固界面，通过调控两极之间的电磁场模式，以使固体表面诱发出具有“纳米微束”放电特征的微弧现象，进而实现固体表面物质以“非熔发射”机制逐层剥离，再辅助以两极之间的介质约束，达到对固体材料表面原位改性、纳米尺度逐层剥离、纳米粒径薄膜制备的目的。
　　从材料的应用开发方面看，微弧电子学改写了材料的生命密码，比如通过让氧与铝结合，使铝合金（轻质但硬度、耐蚀性不足）表面原位生成一层氧化铝陶瓷，使其表面变得质硬且耐蚀，进而达到了延长材料使用寿命的目的；同时，微弧电子学又是一种新型“塑形”技术，通过负电性等离子体对材料进行纳米尺度选取剥离，实现以非接触式方式加工出精密零件，具有广阔的应用前景。
　　据蒋百灵教授介绍，针对国内目前高端离子镀膜设备尚被国外垄断，及国产精密机械基础件耐用性不足已严重制约我国高端装备和智能机械国际竞争力的现状，通过利用非平衡磁场对真空腔内撞击靶面等离子体的汇聚功能，引发靶面纳米微束放电机制，实现三维纳米尺度化合物颗粒薄膜制备，满足精密机械基础件减磨延寿的性能要求。
　　国务院印发《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略，这是我国实施制造强国战略第一个十年的行动纲领。装备制造业发展水平是一个国家综合国力的重要体现，国家重大装备制造更是事关国家经济安全、国防安全的战略性产业。蒋百灵教授希望通过努力，能在这个领域实现突破，使作为机械装备制造和使用大国的中国，在关键零部件上不再受制于人。