典型机械部件耐磨、抗热疲劳仿生理论与关键技术

该项目属于机械及其生物、材料、冶金等多学科交叉融合的工程仿生技术领域。

立足于典型机械部件的重大工程需求，模拟贝壳、植物叶片、蜻蜓翅膀等天然生物体表形态、结构、组成等对生物功能起支配作用的突出特征，通过仿生设计、仿生优化、仿生制造等技术手段，在部件表面构建具有良好环境适应性的耐磨、抗热疲劳多功能形态与结构，实现其延寿增效、节约资源、降低成本的目的。

项目组选取热作模具为典型机械部件，结合部件实际工况条件与仿生可实现手段，进行了部件表面具有最佳环境适应性的仿生结构设计；建立了激光制备仿生单元体的数学模型；对不同类型仿生表面进行了计算机三维模拟；利用正交设计、回归分析等统计学理论，揭示了激光参数对单元体特征量、表面形貌的影响规律；设计并开发了2+2维激光仿生制备系统。

利用SEM、XRD、MTS等先进手段，分析了激光制备单元体的微观组织、结构、力学、表观等性能特征，建立了仿生表面材料拉伸性能关于单元体面积比的关系方程，拓展研究了激光合金化、熔覆、纳米晶化等仿生制备技术。

系统研究了仿生表面材料的抗热疲劳和耐磨性能，深入探讨了仿生表面的耐磨和抗热疲劳机制。

开发的新型仿生机械部件，具有设计合理，结构优化，制造方便的特点，不仅保持部件芯部原有的成分、结构与特征，还赋予其表面优良的耐磨和抗热疲劳性能，大幅提高服役寿命。热疲劳寿命提高150%以上；磨损性能提高92%以上，综合寿命提高1倍以上，而生产成本增加不超过3%，节能减排效能显著。

五大类几十种仿生部件已在一汽铸造公司模具厂、吉林市康硕科技有限责任公司、东丰县双龙耐磨铸造有限公司和长春市合众玻璃有限公司四家工厂获得应用，新增产值1.87亿元，新增利税7100万元，节约资金1428万元，带来明显经济和社会效益，具有广阔应用前景。

该项目申报国家发明专利4件，获专利授权3件；发表学术论文26篇，其中被SCI收录22篇，EI收录4篇，SCI论文平均影响因子1.22，已形成了系统理论与关键技术。

该项目属于机械及其生物、材料、冶金等多学科交叉融合的工程仿生技术领域。立足于典型机械部件的重大工程需求，模拟贝壳、植物叶片、蜻蜓翅膀等天然生物体表形态、结构、组成等对生物功能起支配作用的突出特征，通过仿生设计、仿生优化、仿生制造等技术手段，在部件表面构建具有良好环境适应性的耐磨、抗热疲劳多功能形态与结构，实现其延寿增效、节约资源、降低成本的目的。项目组选取热作模具为典型机械部件，结合部件实际工况条件与仿生可实现手段，进行了部件表面具有最佳环境适应性的仿生结构设计；建立了激光制备仿生单元体的数学模型；对不同类型仿生表面进行了计算机三维模拟；利用正交设计、回归分析等统计学理论，揭示了激光参数对单元体特征量、表面形貌的影响规律；设计并开发了2+2维激光仿生制备系统。利用SEM、XRD、MTS等先进手段，分析了激光制备单元体的微观组织、结构、力学、表观等性能特征，建立了仿生表面材料拉伸性能关于单元体面积比的关系方程，拓展研究了激光合金化、熔覆、纳米晶化等仿生制备技术。系统研究了仿生表面材料的抗热疲劳和耐磨性能，深入探讨了仿生表面的耐磨和抗热疲劳机制。开发的新型仿生机械部件，具有设计合理，结构优化，制造方便的特点，不仅保持部件芯部原有的成分、结构与特征，还赋予其表面优良的耐磨和抗热疲劳性能，大幅提高服役寿命。热疲劳寿命提高150%以上；磨损性能提高92%以上，综合寿命提高1倍以上，而生产成本增加不超过3%，节能减排效能显著。五大类几十种仿生部件已在一汽铸造公司模具厂、吉林市康硕科技有限责任公司、东丰县双龙耐磨铸造有限公司和长春市合众玻璃有限公司四家工厂获得应用，新增产值1.87亿元，新增利税7100万元，节约资金1428万元，带来明显经济和社会效益，具有广阔应用前景。该项目申报国家发明专利4件，获专利授权3件；发表学术论文26篇，其中被SCI收录22篇，EI收录4篇，SCI论文平均影响因子1.22，已形成了系统理论与关键技术。