西安理工大学教授创建“微弧电子学” 材料的“生命密码”被改写

■首席记者杨斌鹄

微弧是微观世界里的一种自然现象，对于我们普通人来说只能在想象中去感受它的极微极小。但西安理工大学蒋百灵教授创建的“微弧电子学”，却让微弧科学发挥出了大作用。

“微弧是一种金属表面阴阳极放电的现象。我们平时见到的电焊是一种大的电弧，把一平方厘米的电弧分解成一平方微米的小的弧点，就可以称为微弧。一平方厘米电弧可以分解出来10亿个以上的小弧斑，再把弧的开断时间控制在百万分之一秒内，这个小弧斑可以在物质表面形成融溶喷射现象。这种现象在物体的阳极和阴极会有不同的物理特性，我们利用这种特性就可以进行金属表面镀膜、抛光等精密处理。”日前，西安理工大学蒋百灵教授向记者介绍了“微弧电子学”的应用。

据介绍，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。看来，微弧应用技术虽然让普通人不好理解，却是一项沉甸甸的西安“硬科技”。

“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。目前，大家比较熟悉的微弧应用就是微弧氧化处理，就是通过在铝、镁及其合金轻金属表面原位生成陶瓷膜提高金属表面硬度、耐腐蚀性和耐磨性的一种表面处理技术。这项技术我们是全国领先的，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。”蒋百灵介绍。

记者了解到，早在2005年，蒋百灵教授的“铝镁合金微弧氧化设备研制”项目就获得国家科技进步二等奖。这项技术围绕汽车、高铁、航空航天、电子等铝、镁及钛合金典型部件的表面性能的需求，研制微弧氧化及复合处理装备，开发复杂工况条件下轻合金表面防护涂层设计及高效制备技术。项目获批发明专利授权二十余项，申请国际专利两项。

经过多年的推广完善，目前蒋百灵团队开发的微弧氧化及复合处理技术和装备被写入海装艇上铝制设备防腐处理验收大纲和美国通用汽车车用镁合金轮毂表面处理规范，已被中车集团、中国航天科技集团、中国航空工业集团、一汽集团、东风汽车、通用汽车、富士康集团、嘉瑞集团等多家企业采用。处理的产品涉及国防军工、交通及电子产品等行业达一百余种，累计推广微弧氧化及复合处理生产线三十余条，部分企业提供数据表明新增产值近百亿元人民币。

据介绍，当前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。“在这方面，‘微弧电子学’大有用武之地。未来我们将不断加强科研和应用，力争在这个领域实现更大突破，使作为机械装备制造和使用大国的中国，制造水平不断提升。”蒋百灵教授说。

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