這是激光微織構技術在機械零件表面的一個典型應用。在江蘇大學機械工程學院207實驗室里，一系列具有自主知識產(chǎn)權的激光微加工設備已經(jīng)更新到了第五代。

上世紀90年代至今，江蘇大學表界面科學與技術研究團隊對機械零件表面激光微織構技術開展的系統(tǒng)研究，不僅新增了織構摩擦學這一研究新方向，還率先提出了零部件表面主動設計制造的新理念，逐步形成了完整的創(chuàng)新研究鏈。去年，團隊獲得上海市科技進步獎一等獎、教育部技術發(fā)明獎二等獎、中國機械工業(yè)科學技術獎二等獎、中國專利優(yōu)秀獎等多個獎項。

冷板凳上坐出的熱鬧

摩擦磨損造成的能源損耗和零件失效是機械行業(yè)的痛點，這種結構影響甚至決定了機械裝備的可靠性、使用壽命及工作性能。

表界面科學與技術研究團隊負責人符永宏認為，傳統(tǒng)機械零件表面結構是自然、被動、隨機形成的，而在理想狀態(tài)下，必然存在著一個與機械系統(tǒng)性能相匹配的最優(yōu)表面結構，團隊研究的核心內(nèi)容就是找到并設計制造出這個完美的微織構。

上世紀90年代初，江蘇大學將激光技術應用于機械工程領域的研究，先后形成激光沖擊強化、激光加工、激光薄膜測量等特色研究方向。當時，符永宏等幾個而立青年獨辟蹊徑，選擇了激光微加工作為研究課題。

從激光微加工到激光珩磨，再從激光微造型到激光微織構，這支研究小分隊在研究中逐步明晰思路：利用高能激光束作用于材料表面，在零部件表面加工出預設微結構，獲得與表面性能要求優(yōu)化匹配的微形貌，實現(xiàn)主動調(diào)控摩擦副表面接觸方式和摩擦狀態(tài)的目的。

不傷害原表面的激光微織構技術，賦予了表層材料改形和改性的雙層功效，團隊內(nèi)部有一個順口溜來形容它——釘扎密布強表層，挖坑開槽表面潤，微凸無害利增摩，激光織構功效神。

在摩擦學國際研究領域獨樹一幟并引領相關研究的基礎上，團隊揭示了織構參數(shù)與摩擦學特性之間的規(guī)律，還通過建立模型等形式把表面織構主動設計出來。讓團隊欣喜的是，原本無人同行的激光微織構研究方向，近年來成為國內(nèi)外機械領域最熱門的方向，不僅研究人數(shù)增長快，研究機構和研究成果的數(shù)量也飛速增長。

既要馬兒跑，又要馬兒不吃草

2005年，第一代激光微加工樣機在實驗室問世；2016年，第五代設備已能夠?qū)崿F(xiàn)對缸孔、凸輪軸等零件表面的激光微織構加工處理。經(jīng)過二十多年的努力探索和協(xié)同攻關，團隊形成了“理論、設計、工藝、加工、性能、裝備、工程應用”的體系化研究思路與路徑。近年來，他們把目標定位在強化工程應用上。

在汽車發(fā)動機應用上，該團隊研究了缸孔-活塞環(huán)-活塞系統(tǒng)在整個沖程中的摩擦學行為和磨損規(guī)律，提出“分區(qū)異構”，在缸孔表面不同區(qū)域做出不同的表面織構，以提高缸孔表面潤滑、減摩、耐磨性能，降低燃油耗，同時又利用分區(qū)織構靈活控油和布油的優(yōu)勢，降低機油耗，以此來實現(xiàn)“既要馬兒跑，又要馬兒不吃草”的矛盾統(tǒng)一。試驗表明，經(jīng)激光微織構主動設計制造，發(fā)動機燃油消耗、機油消耗降低。

2012年，課題組與長安汽車合作申報的“高效節(jié)能低摩擦內(nèi)燃機零部件表面激光微織構關鍵技術的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”項目，獲批國家重大科技成果轉(zhuǎn)化項目。

在實踐中探索“最后一公里”疑問

制造出高精度、長壽命、優(yōu)性能的節(jié)能環(huán)保型機械產(chǎn)品，助力我國機械制造業(yè)崛起，是團隊加速科技成果轉(zhuǎn)化的現(xiàn)實起點。項目組與多家企業(yè)聯(lián)合攻關，構筑了激光表面微織構技術協(xié)同創(chuàng)新體系。成果應用于發(fā)動機、機械密封等零部件，形成了3套技術規(guī)范。

目前，激光微織構技術主要推動了發(fā)動機、和高端泵等關鍵零部件產(chǎn)品向精細高端、綠色和節(jié)能環(huán)保方向轉(zhuǎn)型升級，在一些能源、航天以及國防等問題上還要加強科技協(xié)同攻關。

2015年，采用該技術即將上線的汽車發(fā)動機生產(chǎn)線因故暫停，從實驗室走向市場化生產(chǎn)只差“臨門一腳”。慶幸的是，這支擁有8名博士、平均年齡30歲的年輕團隊仍在不斷摸索。

2016年底，由該團隊在校研究生創(chuàng)辦的光潤科技有限公司在鎮(zhèn)江國家大學科技園落戶。“我們一定要探索出如何促進大學科技成果轉(zhuǎn)化，如何加強大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的路徑、模式和機制。”符永宏說。（吳奕 張明平）