用激光织构技术做好“表面文章”

■我们的记者吴仪和张

一束像祖母绿一样的高能激光束照射在汽车发动机的气缸孔表面。三四分钟后，气缸孔的不同区域显示出不同的表面纹理。积极设计制造的特殊纹理不仅可以减少零件的摩擦和磨损，还可以降低发动机的油耗，实现节能减排。

这是激光微变形技术在机械零件表面的典型应用。江苏大学机械工程学院207实验室自主知识产权的激光微加工设备系列已升级到第五代。

从20世纪90年代至今，江苏大学表面界面科学技术研究团队对机械零件表面激光微变形技术的系统研究，不仅为纹理摩擦学增加了一个新的研究方向，而且率先提出了零件表面主动设计制造的新概念，逐步形成了完整的创新研究链。去年，该团队获得了上海市科学技术进步奖、教育部技术发明奖、中国机械工业科学技术奖、中国专利优秀奖等奖项。

坐在长凳上的兴奋感

摩擦和磨损导致的能量损失和部件故障是机械行业的痛点。这种结构影响甚至决定了机械设备的可靠性、使用寿命和工作性能。

表面界面科学与技术研究小组组长傅永红认为，传统机械零件的表面结构是自然、被动和随机形成的。在理想状态下，必须有与机械系统性能相匹配的最佳表面结构。团队研究的核心内容是寻找、设计和制造这种完美的微纹理。

20世纪90年代初，江苏大学将激光技术应用于机械工程领域的研究，先后形成了激光冲击强化、激光加工、激光薄膜测量等特色研究方向。当时，傅永红等几位年轻人独辟蹊径，选择激光微细加工作为研究课题。

从激光微加工到激光珩磨，再从激光微造型到激光微造型，研究团队在研究中逐渐理清思路:利用高能激光束作用于材料表面，在零件表面加工预设微结构，获得与表面性能要求最佳匹配的微观形貌，达到主动调节摩擦副表面接触方式和摩擦状态的目的。

激光微变形技术不损伤原始表面，使表面材料具有改性和改性的双重效果。团队中有一个短语来描述它-钉密集覆盖强大的表面层，挖洞和开槽的表面润湿，轻微突出和无害，增加摩擦，激光纹理效果是神圣的。

在国际摩擦学研究领域独树一帜并引领相关研究的基础上，该团队揭示了纹理参数与摩擦学特性之间的规律，并通过建立模型等形式积极设计表面纹理。令团队高兴的是，激光微织构这一无同行的原创性研究方向已成为近年来国内外机械领域的热门方向。不仅研究人员的数量迅速增加，而且研究机构和研究成果的数量也迅速增加。

我们需要马奔跑，而不是吃草。

2005年，第一代激光微加工样机在实验室问世。2016年，第五代设备已经能够对气缸孔、凸轮轴和其他零件的表面进行激光微变形加工。经过20多年的艰苦探索和合作研究，团队形成了“理论、设计、技术、加工、性能、设备和工程应用”的系统研究思路和路径。近年来，他们的目标是加强工程应用。

在汽车发动机的应用中，该团队研究了气缸孔-活塞环-活塞系统在整个冲程中的摩擦学行为和磨损规律，并提出了“分区不均匀性”的概念，即在气缸孔表面的不同区域形成不同的表面纹理，以提高气缸孔表面的润滑性、减摩性和耐磨性，降低油耗。同时，利用分区纹理灵活控油和配油的优势，降低机器的油耗，实现“马不跑，马不吃草”的矛盾统一。实验表明，通过激光显微组织的主动设计和制造，降低了发动机的油耗和油耗。

2012年，课题组与长安汽车合作申报的“高效节能低摩擦内燃机零件激光毛化关键技术研发及产业化”项目被批准为国家重大科技成果转化项目。

在实践中探索“最后一公里”问题

打造高精度、长寿命、高性能的节能环保机械产品，助力中国机械制造业的崛起，是团队加快科技成果转化的现实起点。项目组和多家企业共同解决了关键问题，建立了激光表面微织构技术协同创新体系。该成果已应用于发动机、机械密封等零部件，形成了3套技术规范。

目前，激光微变形技术主要推动了发动机、高端泵等关键零部件向高端、绿色、节能、环保产品的转型升级。加强科技合作，解决一些能源、空间和国防问题也是必要的。

2015年，由于某种原因，很快将采用这种技术的汽车发动机生产线被暂停，只留下“一只脚”从实验室走向市场生产。幸运的是，这个有8名医生、平均年龄为30岁的年轻团队仍在探索。

2016年底，团队研究生创办的广润科技有限公司落户镇江国家大学科技园。我们必须探索如何促进高校科技成果转化，如何加强大学生创新创业教育的路径、模式和机制傅永红说。

《中国科学新闻》(第八版，2017年4月11日)