其實(shí)，納米(nm)和米、微米等單位一樣，是一種長(zhǎng)度單位，1nm＝10－9m，約比化學(xué)鍵長(zhǎng)大一個(gè)數(shù)量級(jí)。納米科技是研究由尺寸在0.1 ～100 nm之間的物質(zhì)組成的體系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和相互作用以及可能的實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)問(wèn)題的科學(xué)技術(shù)?？裳苌黾{米電子學(xué)、機(jī)械學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)加工學(xué)等。納米作為一種介觀尺度，介于原子與分子之間。納米科技進(jìn)入到非常小的尺度，被認(rèn)為在節(jié)約資源、減少生態(tài)環(huán)境壓力、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展方面有著巨大潛力。同時(shí)，納米科技對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)換代，也起著很重要的作用。
目前，科學(xué)家研究最多的是納米材料，這也是可以和機(jī)械產(chǎn)品緊密結(jié)合的研究?jī)?nèi)容。納米材料指三維空間尺度至少有一維處于納米量級(jí)（1～100nm）的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏觀體系之間的納米粒子所組成的新一代材料。由于其組成單元的尺度小，界面占用相當(dāng)大的成分。因此，納米材料具有多種特點(diǎn)，這就導(dǎo)致由納米微粒構(gòu)成的體系出現(xiàn)了不同于通常的大塊宏觀材料體系的許多特殊性質(zhì)。納米材料包括納米粉體、納米線材料、納米管、納米建材、納米薄膜與納米塊體材料等。由于納米的這種介觀尺度，納米材料有著許多特殊性能，如一般納米材料都具有巨大表面化介面，由小尺寸所產(chǎn)生的量子尺寸效應(yīng)，產(chǎn)生特殊的光、電、熱等。例如，納米材料有著更強(qiáng)的力學(xué)性能（如強(qiáng)度和韌性等），對(duì)納米陶瓷來(lái)說(shuō)，納米化可望解決陶瓷的脆性問(wèn)題，并可能表現(xiàn)出與金屬等材料類似的塑性。
納米材料應(yīng)用裝備制造的研究在中國(guó)起步較晚，但令人興奮的是2003年中國(guó)科學(xué)院金屬研究所盧柯所長(zhǎng)領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，利用金屬材料的表面納米化技術(shù)在解決金屬材料表面氮化這一重大技術(shù)難題上取得突破性進(jìn)展。盧柯領(lǐng)導(dǎo)的研究小組先對(duì)純鐵進(jìn)行表面納米化處理，在幾十微米厚的表面層中獲得納米晶體組織。然后利用常規(guī)氣體氮化處理在300℃保溫9h后成功地實(shí)現(xiàn)了表面氮化，獲得10微米厚的氮化物層，其性能測(cè)試結(jié)果表明形成的表面氮化層具有很高的硬度、耐磨性和耐腐蝕性。
鐵嶺閥門放“衛(wèi)星”
2003年，鐵嶺市加大的對(duì)市內(nèi)企業(yè)改革的力度，要求鐵嶺閥門股份有限責(zé)任公司圍繞污水處理用大口徑低壓閥門進(jìn)行技術(shù)改造，開發(fā)新產(chǎn)品，提高產(chǎn)品質(zhì)量，完善企業(yè)產(chǎn)權(quán)制度改革，在發(fā)展壯大基礎(chǔ)上組建集團(tuán)，重振鐵嶺閥門在全國(guó)的市場(chǎng)地位。規(guī)劃期末，實(shí)現(xiàn)年銷售收入5億元。
同時(shí)，要求企業(yè)加快用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)步伐，提高傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)裝備水平。到2010年三大產(chǎn)業(yè)綜合技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際90年代初期水平；加快高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。規(guī)劃期內(nèi)，高新技術(shù)創(chuàng)造產(chǎn)值占工業(yè)總產(chǎn)值的20％，高新技術(shù)產(chǎn)品出口占工業(yè)制成品的15％；達(dá)到適度規(guī)模的高新技術(shù)成果轉(zhuǎn)化率15％；新產(chǎn)品產(chǎn)值占工業(yè)總產(chǎn)值的20％。
市政府明確要求抓好精工集團(tuán)、鐵嶺閥門兩個(gè)省級(jí)技術(shù)中心建設(shè)，力爭(zhēng)加入省級(jí)高標(biāo)準(zhǔn)、示范性企業(yè)技術(shù)中心行列，為鐵嶺市機(jī)械制造業(yè)的技術(shù)開發(fā)，科技攻關(guān)，科技信息傳遞服務(wù)。
鐵嶺閥門股份有限公司也是快馬加鞭，不負(fù)眾望，頻頻放出新品上市的“小衛(wèi)星”。2月份，鐵嶺閥門承攬的2臺(tái)高壓閘門目前已生產(chǎn)組裝完畢，啟運(yùn)到緬甸邦郎水電站，這一合同額達(dá)600多萬(wàn)元。鐵閥公司承擔(dān)邦朗水電站1號(hào)導(dǎo)流洞內(nèi)2臺(tái)底孔高壓閘門生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)安裝后其總高度為24m，寬度為7 m，長(zhǎng)度為5.7m，由超厚復(fù)合鋼板焊接而成，其重量為146t。閘門的開關(guān)通過(guò)350t液壓?jiǎn)㈤]機(jī)操作。它的精度、表面質(zhì)量要求高，制造難度大，加工工期短，任務(wù)十分艱巨。為保證產(chǎn)品質(zhì)量和交貨期，公司成立了邦朗水閘領(lǐng)導(dǎo)小組，由公司董事長(zhǎng)恒力任組長(zhǎng)，總經(jīng)理劉鐵南任常務(wù)組長(zhǎng)，先后召開專題會(huì)12次，解決生產(chǎn)技術(shù)問(wèn)題48項(xiàng)，在制造中采用了多項(xiàng)新工藝和先進(jìn)的制造手段，從而保證了閘門生產(chǎn)順利完成。經(jīng)專家鑒定，認(rèn)為鐵閥公司的這一制造技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，其爆炸成形復(fù)合板材料在我國(guó)也是首次使用。鐵嶺閥門已具備了生產(chǎn)大型深水位高壓復(fù)合板閘門的條件，并躋身超大型閘門的世界制造先進(jìn)行列。
9月份，中國(guó)創(chuàng)新科技網(wǎng)又爆出新聞：鐵嶺閥門公司應(yīng)用納米技術(shù)開發(fā)蝶閥產(chǎn)品遠(yuǎn)銷海內(nèi)外。鐵嶺閥門股份有限公司與中科院金屬研究所共同研制開發(fā)的耐泥沙沖蝕蝶閥正在進(jìn)行生產(chǎn)組裝，這一應(yīng)用納米技術(shù)的新產(chǎn)品的開發(fā)成功使鐵閥公司的科技進(jìn)步工作又上了一個(gè)新臺(tái)階。然而，納米材料與裝備制造的結(jié)合并非易事。鐵嶺閥門吳宏年副總經(jīng)理向我們透露，納米閥門為鑄鐵鍛造，表面采用激光熔覆技術(shù)，全現(xiàn)代化設(shè)備制造。閥門表面硬度為HRC35～40，但很耐磨，預(yù)計(jì)壽命比以前提高3～4倍。閥門要在寧夏引黃工程中校核一年，如果沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題才算試制成功。現(xiàn)階段，整體鑄鐵的熔覆為技術(shù)攻關(guān)難點(diǎn)。
科學(xué)家守口如瓶
中國(guó)科學(xué)院金屬研究所創(chuàng)建于1953年，是材料科學(xué)與工程，腐蝕科學(xué)與防護(hù)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)一流的研究所。研究所堅(jiān)持材料科學(xué)與工程研究的科研方向定位，以高性能金屬材料、新型無(wú)機(jī)非金屬材料和先進(jìn)復(fù)合材料等為主要方向，研究這些材料的結(jié)構(gòu)、性能、使役行為及其相互關(guān)系以及防護(hù)技術(shù)、并注重材料制備與加工及工程化研究。研究所與通用機(jī)械制造業(yè)有著密切的合作，尤其在防腐材料領(lǐng)域的研究卓有成效。例如磷酸料漿泵耐蝕合金、熱采井口閘閥密封面耐磨蝕復(fù)合鍍層等技術(shù)。
參與鐵嶺納米閥門研究的中國(guó)科學(xué)院金屬研究所負(fù)責(zé)人是所里三室材料環(huán)境腐蝕試驗(yàn)研究中心的王茂才博士。王茂才畢業(yè)于美國(guó)伊利諾伊大學(xué)，對(duì)鈦復(fù)合材料和復(fù)合材料涂層熔覆工藝進(jìn)行了多年的研究。但王茂才對(duì)納米閥門的相關(guān)報(bào)道并不贊賞。“現(xiàn)在要做的踏踏實(shí)實(shí)進(jìn)行研究，進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。我們還在試制階段，蛋孵出雞來(lái)之前先不要想著數(shù)個(gè)數(shù)。神五上天，那才叫成功。歡迎隨時(shí)來(lái)金屬所。”
雖然采訪無(wú)法進(jìn)行，但我心中十分高興，高興我們有這樣嚴(yán)謹(jǐn)、低調(diào)、直爽、平和的科學(xué)家。我們的裝備制造業(yè)太需要這樣進(jìn)行基礎(chǔ)研究的科學(xué)家；通用機(jī)械太需要他們的科研能轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的成果。
不過(guò)，我還是了解到激光熔覆技術(shù)的相關(guān)知識(shí)。激光熔覆技術(shù)包括外加顆粒法和原位合成法。通過(guò)激光熔覆工藝獲得復(fù)合材料涂層，其基體組織結(jié)構(gòu)隨表層預(yù)置合金粉末成分的變化而改變。獲得成功的激光熔覆工藝是將金屬粉末于150℃烘干2 h，預(yù)置于基材上，預(yù)覆厚度0.7～0.8mm，放入一個(gè)特制可控氣氛加工室中，抽真空后充入氬氣，以保證在激光處理時(shí)合金粉末不被氧化。
利用JJ－D－400型Nd：YAG固體脈沖激光加工機(jī)進(jìn)行激光熔覆處理，從而獲得耐磨、耐腐蝕的金屬表面。熔覆工藝條件為單脈沖量50J，頻率4Hz，脈寬5ms，焦距200mm，光斑直徑2mm，掃描速度1.1~5.0mm/s。
結(jié)合納米材料，有關(guān)專家認(rèn)為，材料的表面氮化溫度可以利用表面納米化技術(shù)而大幅度下降，從而使表面氮化技術(shù)的適用面大大拓寬；同時(shí)也說(shuō)明通過(guò)表面納米化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)材料表面結(jié)構(gòu)選擇性化學(xué)反應(yīng)。這一成果顯示了納米技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的升級(jí)改造具有重要的推動(dòng)作用。
編后語(yǔ)感悟多多
在眾多的先進(jìn)制造技術(shù)中，此次應(yīng)用于鐵嶺閥門的制造技術(shù)只是精密成形技術(shù)中表面工程技術(shù)。然而每一點(diǎn)加工技術(shù)和工藝的前進(jìn)都滲透著科學(xué)研究人員的汗水。在中國(guó)兩院院士聯(lián)合打造“中國(guó)制造”藍(lán)皮書中指出了中國(guó)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)得到了普及；快速原型制造技術(shù)應(yīng)用初具規(guī)模；精密成形與加工技術(shù)水平大幅提高；熱加工工藝模擬化技術(shù)取得重要進(jìn)展；激光加工產(chǎn)業(yè)應(yīng)用獲得經(jīng)濟(jì)效益；數(shù)控技術(shù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率有所提高；現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表研究開發(fā)獲重要進(jìn)展；微型機(jī)械研究進(jìn)展迅速；現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（CIMS）研究和應(yīng)用取得突破；新生產(chǎn)模式推動(dòng)制造技術(shù)進(jìn)步和管理現(xiàn)代化。
成果眾多固然令人欣喜，但在看到這么多成果的同時(shí)，我們也要發(fā)現(xiàn)我們存在的問(wèn)題。在國(guó)外，工程人員可以把細(xì)微的觀察應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)的科技開發(fā)當(dāng)中。比如當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)鯊魚的身體表面并不光滑，而有許多突起，但鯊魚在水中游得很快，于是經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，粗糙的表面比光滑的表面更易于流體的運(yùn)動(dòng)。美國(guó)人把研究應(yīng)用的飛機(jī)的機(jī)翼材料表面，飛機(jī)飛行得更平穩(wěn)，而且節(jié)能1％。此發(fā)現(xiàn)用于泵內(nèi)流道或閥門內(nèi)流道又有什么結(jié)果呢？金屬所同樣有仿生技術(shù)的研究，但在原創(chuàng)性設(shè)計(jì)技術(shù)方面，通用機(jī)械產(chǎn)品引進(jìn)的多而自主開發(fā)的少。還有在制造工藝與裝備方面、制造過(guò)程自動(dòng)化技術(shù)反面，中國(guó)制造業(yè)還處于少量擁有，低水平使用。
另外，國(guó)外應(yīng)用的準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)、精益生產(chǎn)、敏捷制造、綠色制造等管理思想和技術(shù)在中國(guó)制造業(yè)中還沒(méi)有得以推廣使用。此時(shí)我對(duì)王茂生博士的話有了更深地理解：“現(xiàn)在要做的踏踏實(shí)實(shí)進(jìn)行研究，進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。”