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近日，中国石油大学（华东）材料科学与技术学院的表面工程团队申报的项目“耐磨耐蚀减摩表面处理关键技术及应用”获2023年中国产学研合作创新成果奖。
车削、铣削？不够。钻孔攻丝不足。热处理？还差点意思。在这些机械加工之后，关键零部件的性能未必能很好地达到预定要求。各种表面处理技术应运而生，它运用物理、化学等技术手段来“扬长避短”——既保持基体材料固有的特征，又赋予表面化所要求的各种性能，从而适应各种恶劣工作环境，增强其工作寿命。
在中国石油大学（华东），由韩彬教授、曹宁教授率领的表面工程团队一直在为突破表面处理的关键技术奔波忙碌。
“据统计，全球有约80%的零部件失效源于磨损和腐蚀。”博士期间就从事相关材料研究的韩彬心里很清楚，我国作为世界制造业大国，琢磨提升表面处理技术，就要从创新耐磨耐蚀减摩技术下手，实现节能增效。
韩彬、曹宁决定，分别从激光表面改性辅助、新型预处理增强及新型渗剂的离子渗氮/渗硫、固体渗碳等方向着手研究。历经10多年科技攻关，终于发明出了表面工程成套技术，解决了不同工况下的磨损腐蚀和零部件延寿等理论技术难题，为相关技术的国产化替代，助力企业“提质增效”夯实根基。
2007年，由于含硫污水的严重腐蚀，胜利油田的柱塞泵磨损、腐蚀率居高不下，平均每个柱塞泵工作时间仅有1000小时。停产更换，既要增加人员维修的成本，又要承担停产的成本。不停产更换，磨损、腐蚀将导致泵体的风险隐患持续加大，一旦造成泄漏将会造成更大的人员、财产损失。
有没有一种技术能减少更换频次或者说延长使用寿命呢？恰逢此时，油田向高校发出了“英雄令”。韩彬敏锐地捕捉到其中的产学研合作机遇，果断“揭榜挂帅”，带领团队进行了科研攻关。
要高效？要适应性广？要涂层质量高？要可控性高？一个接一个的技术问题接踵而至。韩彬追踪国际科技前沿发现，一种叫做“激光熔覆”的技术正在国内外的航空航天、动力装备、机械工业等行业“大放异彩”，可在短时间内完成大面积涂层的快速制备，熔覆层厚度范围可调，可取代电镀、热喷涂、堆焊等传统技术。
韩彬决定将激光熔覆技术引入科研中来，通过将金属粉末或涂层材料与基材表面快速熔融、凝固，从而在基材表面形成一层新的涂层，实现表面强化及复合改性。经过反复试验过后，团队终于厘清了激光非平衡热力学条件下组织结构演变规律，提出了激光表面改性辅助离子渗氮/渗硫复合处理技术，达到了性能目标，如同给零部件穿上“三级护甲”。
“复合改性处理后，摩擦系数降低了30.9%，耐磨性能提升3倍，即让每个柱塞泵工作时间提升到了3000小时以上。”韩彬介绍，该技术真正实现了生产与安全的动态平衡。
如今，激光表面改性辅助离子渗氮/渗硫复合处理理论与技术已在山东高原油气装备有限公司等企业推广应用，强力支撑了石油钻杆、抽油泵以及相关产品和零部件的表面强化技术革新，取得了良好的经济效益，近三年新增销售额7亿元，新增利润1.5亿元。
除了在生产领域得到成功应用，成套表面处理技术还服务于民生领域。2011年，曹宁在与青岛西海岸医院的口腔科大夫及义齿生产厂商的交流中，发现了表面技术在种植牙领域应用的机遇。
钛合金是现阶段主流的种植牙材料，既因为其是一种轻、强、耐腐蚀、生物相容性好的金属材料，又因为其外表坚硬且其内部的韧性非常好，受到大众好评。
但此前国内技术不是很成熟，无法保证纯钛种植体兼具表面强度和整体韧性的要求，因此市场上以外国进口的种植体为主。为了攻克这一技术难题，曹宁带领团队成员通过五年多的实验，按照医疗器械国家标准，开发了新型固体渗碳剂，并且形成具有自主知识产权的技术专利，实现了传统固体渗碳技术在定制化口腔纯钛种植体中的应用。
“由于很好地控制成本价格，让销售价格更亲民，用户那里反馈效果良好，不少医疗机构都愿意采购。”曹宁表示，在这项专利技术的加持下，近三年来参与研发的合作企业累计实现销售收入近1.5亿元，新增利润1700余万元。
良好的社会效益让团队成员越发信心满怀，在面对未来时纷纷表示将继续秉持科学家精神，深入对功能材料相关领域的研究，服务国家能源转型和区域经济社会发展。
