新甘肅·甘肅經(jīng)濟日報記者 房惠玲

從汽車發(fā)動機高效運轉(zhuǎn)到航天火箭精準發(fā)射，從船舶艦艇深海航行到高鐵列車風馳電掣，潤滑與防護科技如同“隱形鎧甲”，保障裝備運動系統(tǒng)的可靠性、運行效率與使用壽命，是現(xiàn)代工業(yè)與戰(zhàn)略高技術(shù)發(fā)展的重要支撐。

在祖國西部，中國科學院蘭州化學物理研究所研究員張俊彥深耕潤滑與防護科技領域三十余載，揭示摩擦表界面微納結(jié)構(gòu)演化機制及納米材料量子摩擦機理，突破超潤滑固體薄膜及關鍵裝備研制與工程應用等關鍵技術(shù)，為我國裝備制造業(yè)筑起堅實“防護屏障”。近日，他榮獲何梁何利基金區(qū)域創(chuàng)新獎。

張俊彥

精研“碳薄膜”，破解發(fā)動機關鍵核心技術(shù)難題

我國汽車工業(yè)曾在核心部件上存在短板，發(fā)動機高壓共軌燃油噴射系統(tǒng)被列入關鍵核心技術(shù)攻關清單，其核心挑戰(zhàn)在于2微米間隙、高速高壓工況下的摩擦熔焊與磨損泄壓問題。攻克這一難題，關鍵是研發(fā)兼具低摩擦、低磨損特性，且不改變零部件固有強度與尺寸精度的固體潤滑薄膜材料。

面對挑戰(zhàn)，張俊彥帶領團隊歷經(jīng)十年攻關，提出了類富勒烯結(jié)構(gòu)賦予含氫碳薄膜大氣環(huán)境超低摩擦特性的學術(shù)觀點。團隊以等離子體能量調(diào)控為手段，精準調(diào)控碳薄膜微觀結(jié)構(gòu)，率先制備出摩擦系數(shù)低于0.01的類富勒烯含氫碳薄膜，遠優(yōu)于傳統(tǒng)油脂潤滑水平；揭示了摩擦誘導類富勒烯形成洋蔥結(jié)構(gòu)的宏觀非公度接觸機制，為超低摩擦固體潤滑材料技術(shù)發(fā)展奠定理論基礎。

在此基礎上，團隊與中國第一汽車集團有限公司成立“汽車摩擦學聯(lián)合實驗室”，與南岳電控（衡陽）工業(yè)技術(shù)股份有限公司開展產(chǎn)學研協(xié)同攻關，成功研制低摩擦固體潤滑薄膜材料，攻克了超低摩擦碳薄膜可控制備、低溫下軸承鋼等表面的高結(jié)合力沉積、批量一致性工藝與裝備一體化集成等技術(shù)難題，成功破解了共軌系統(tǒng)高速高壓摩擦熔焊和高壓柱塞泵等磨損泄壓問題，實現(xiàn)共軌壓力220MPa，發(fā)動機燃油消耗降低20.1%，排氣污染物下降42.5%，技術(shù)應用達到國際先進水平，顯著提升我國汽車發(fā)動機核心競爭力，支撐汽車工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

鍛造“潤滑盾牌”，全周期守護大國重器安全運行

航天器密封件磨損致燃料泄漏、大型船舶軸承卡死致航行中斷，裝備運動部件啟停階段的磨損，是影響可靠性與壽命的關鍵隱患。動靜摩擦系數(shù)差異引發(fā)的“爬行現(xiàn)象”、長期服役界面匹配失效，是部件過早失效的主要原因。

張俊彥團隊提出摩擦界面起始潤滑與抗磨延壽技術(shù)，構(gòu)建從啟動到全服役周期的防護體系。起始潤滑階段，通過分子薄膜設計縮小動靜摩擦系數(shù)差，有效抑制了精密機械的“爬行”問題；構(gòu)筑了特殊結(jié)構(gòu)MoS2、AlTiN、碳基薄膜等高性能潤滑薄膜，通過摩擦學配副實現(xiàn)了不同工況界面潤滑需求。

相關技術(shù)廣泛應用于航天、航空等高技術(shù)領域，突破了高沖擊、大形變條件下橡膠表面硬質(zhì)碳薄膜強韌潤滑一體化關鍵技術(shù)，解決了伺服機構(gòu)密封件磨損泄壓問題，助力長征十二號運載火箭首飛；突破了可重復使用火箭發(fā)動機長壽命動密封技術(shù)；攻克大飛機滾輪軸承10萬次、飛機起落架轉(zhuǎn)動軸系統(tǒng)2萬次耐磨壽命及核能支承減摩板等特殊工況長壽命服役難題，為大國重器安全穩(wěn)定運行提供保障。

突破“材料智造”，實現(xiàn)高端裝備關鍵部件自主可控

滑動軸承是機械裝備的“關節(jié)”，廣泛應用于海洋工程裝備、能源工程、裝備制造、石油化工等領域，高端自潤滑滑動軸承長期依賴進口，核心技術(shù)與產(chǎn)品受制于人。

張俊彥團隊突破材料基體/潤滑/抗磨相界面調(diào)控、滑動軸承工況適應性設計與規(guī)�；�制造等關鍵技術(shù)，研制系列高耐磨自潤滑材料及滑動軸承，實現(xiàn)高端自潤滑滑動軸承國產(chǎn)化與自主可控。

在金屬基復合材料方向，通過基體調(diào)幅分解、固溶強化與第二相彌散強化，研發(fā)銅基、高熵合金基自潤滑材料，開發(fā)整體型、雙金屬型、鑲嵌型等系列金屬基滑動軸承。銅基軸承干摩擦工況耐磨壽命較國際同類產(chǎn)品提升4倍，應用于國內(nèi)首臺套1.6MN快速徑鍛機，實現(xiàn)了厚航空結(jié)構(gòu)件高頻鍛造。

在高分子復合材料領域，建立基于化學鍵合的相界面調(diào)控方法，研發(fā)出模塑型自潤滑襯套、關節(jié)軸承和滾輪軸承，性能超過美國AS81934標準要求，成功替代進口產(chǎn)品，應用于大型飛機、“天鯨號”疏浚船、新型艦載機等大國重器，為高端裝備裝上“中國關節(jié)”。

多年來，張俊彥始終以國家重大戰(zhàn)略需求為導向，以創(chuàng)新理念與明確目標引領科研方向。從原子級薄膜實驗室到萬噸級鍛壓機生產(chǎn)線，從航天低溫渦輪泵到深海裝備密封件，他以實際行動踐行“把論文寫在祖國大地上”的初心使命。他先后獲得國家科技進步獎二等獎、國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎各1項、省部級一等獎4項，榮獲全國創(chuàng)新爭先獎；授權(quán)發(fā)明專利90余件，發(fā)表學術(shù)論文240余篇。