[01465570]基于纳米粒子射流的准干式绿色制造关键技术及智能化装置

绿色制造是国际上广泛关注的制造技术发展前沿，也是中国制造2025制造强国战略部署的五大工程之一。传统切削油液在机械工业的大量普及使用已有数百年的历史，解决了切削加工界面强热力耦合作用下的冷却、润滑和排屑等技术难题，但其使用过程中产生的切削油雾以及废弃油液排放导致了严重职业健康危害和环境污染。随着日益严格的环保立法和环保督查政策，切削油液的成本也日益高昂。少无切削油液的准干式制造成为机械工业绿色发展的迫切需要和亟需突破的瓶颈技术。 项目围绕上述迫切需求与技术瓶颈，在国家863计划和国家自然科学基金等项目支持下，历经10余年攻关，在国内外率先发明了基于纳米粒子射流的准干式绿色制造关键技术及智能化装置，并通过产业化验证，效果显著。取得的主要技术发明创新如下： 1)发明了可降解基础油及纳米流体制备关键技术，研发了53种涵盖不同成形工艺的环保型微量润滑基础油及纳米流体，完全替代进口，确保了航空航天等难加工材料的高表面完整性要求，实现源头创新； 2)揭示了刀具/工件约束空间流场分布规律，首次发明了荷电纳米流体微液滴多能场驱动可控输运新方法与智能装备，解决了纳米流体减量化精准供给和微液滴飘散飞逸的技术难题，填补了国内外空白； 3)首次发明了纳米流体热物理特性测试新原理与微液滴密度谱检测新技术，揭示了刀具气流场边界条件下的微液滴输运渗透机理及热力学作用规律，研发了纳米流体热物性参数与性能表征参数的智能测试系统，填补了准干式制造特征参数检测的技术空白； 4)率先揭示了高压高速射流条件下，纳米粒子与携带流体介质微/纳界面热交换本质及其换热能力影响规律，构建了准干式制造工艺体系，解决了航空航天和轨道交通等领域难加工材料的准干式高效加工难题，降低冷却液使用量90％以上、使用成本75％以上。 项目授权发明专利110项，其中美国、澳大利亚等国外发明专利5项，中国发明专利105项；其他知识产权88项。2项专利分别获得山东省专利1等奖和中国循环经济协会专利金奖、2项入选山东省和青岛市高价值专利、16项已转让、4项已许可产业化。制定了准干式切削仅有2项国家标准，出版著作6部，发表SCI/EI论文130余篇(其中JCR1区24篇、机械工程学报13篇)，ESI高被引论文3篇，总被引1700余次(Google数据)。得到Zhang L.C院士和国际磨料技术委员会主席徐西鹏教授的正面评价。研究成果获得中国机械工业科学技术奖、中国石油化学工业联合会技术发明奖、中国产学研合作创新成果奖。项目团队在卢秉恒院士的指导下培养了教育部新世纪优秀人才、长江学者奖励计划青年学者、泰山学者特聘专家、山东优秀发明家等高层次人才。技术在中国中车、中国铝业、西南航空等国内800多家制造企业推广应用，构筑了微量润滑基础油制备、多能场智能可控输运、纳米流体热物性检测、准干式制造工艺体系产业链专利群，解决了准干式绿色制造共性关键技术难题；典型应用单位创造效益20.7亿，近三年新增销售额5亿、新增利税0.88亿，取得了显著经济效益和重大社会效益。