再生战斗力

何懿

装备维修就是战斗力

记：徐院士，您是我国兵器应用工程及装备表面工程的领军人物，请谈谈装备维修、装备再制造的重要性和意义。

徐院士（以下简称“徐”）：我1931年出生于哈尔滨，在日本的奴役下当了14年的亡国奴，深刻感受到强国才能有家，那时候我就暗暗鼓励自己奋发图强，为强国贡献自己的力量。日本战败后，我考上了哈尔滨工业大学，刻苦学习军事技术知识。学习期间，抗美援朝战争爆发，我了解到由于维修水平不够，我军的坦克没有发挥应有的作用，多作为火炮使用，从中认识到装备维修的重要性。此时，党中央毛主席做出决定，中国要建立一所高水平的军事工程学院。

1953年9月1日，哈尔滨军事工程学院成立，陈庚大将任院长兼政委，学生都是四五十年代初参军的大学生，创造性很强，之后的坦克、潜艇、火箭等许多的总设计师都出自于他们。学院建成后，苏联派来了一批顾问专家。陈庚大将又申请、周总理亲自批复，从国内各大学调来一些有名的教授，我也被分配到哈军工从事教学工作。此外，哈军工买仪器设备也被特殊照顾，只要报得出设备名称，由学校出面很快就能买到，极大地促进了哈军工教学科研水平的提高。

教学方面，苏联派来的专家大多经历过“二战”，经验丰富，他们深刻总结了“二战”时苏联打败德国的经验：打败法西斯，装备重要，技术更重要，尤其是高水平的维修技术。当时苏联每年的坦克装甲车辆年产量3万辆，而整个二战期间，苏军共抢修了43万辆战损坦克装甲车辆，并重新投入作战，相当于苏联战时最高年产量的15倍。由于苏联专家在坦克修理方面经验丰富，因此给我们办的专业也非常贴近实战需要，一个是坦克修理专业，一个是汽车修理专业。

苏联专家授课时需要同声翻译，由于我既懂俄语，又懂专业，因此兼同声翻译。此前我一直认为装备维修就是敲敲打打，技术含量不高。经过与苏联专家的朝夕相处，我逐渐认识到装备维修的重要性，认识到装备维修就是先进技术，它可促进战斗力再生，为战争的胜利做出了重大贡献。

现在回过头看，没有抗美援朝战争就没有以哈军工为代表的一大批军事工程院校的成立，就不会有中国军事工程水平的快速提升，也就没有今天中国武器装备发展的全新高度，以及中国在国际军事斗争中担当的越来越重要的作用。但装备的发展离不开维修保障，装备的再生战斗力更与维修保障息息相关。

50～70年代：建立维修工程

记：您从事装备维修研究60多年，是我军装备维修及装备再制造的开拓者和奠基人之一，请谈谈我军装备维修的发展历程。

徐：我始终伴随着哈军工的成长，在军工系统已奋斗了62年。

二十世纪五六十年代，抗美援朝刚刚结束，中苏关系又恶化，当时中国的条件非常艰苦，外界逼着我们自力更生，走再制造之路，探索规律把一些报废的零件再利用起来，把不能修理的修理起来。

当时我们去部队调查时，看到因维修设备和技术落后，我军的坦克零件的修复能力非常低。以坦克行星框架为例，它的工作表面是薄壁，磨损后如果用当时的成熟技术堆焊来修复，零件会因过热导致变形而无法使用。这些报废的零件堆积如山，不但浪费很大，也影响了战士正常训练和战备任务的完成。因此，我暗下决心，一定要用所学的知识改变部队维修技术落后的现状，攻克坦克薄壁磨损件的修复难关。当时我们既缺乏薄壁零件修复的资料，又没有经验，我只在一本苏联杂志上找到了一条关于振动电弧堆焊修复薄壁零件的报道，为了将资料变成设备，我们经过100多天的摸索苦干，研制成功了振动电弧堆焊设备和新工艺，即在焊接薄壁件时，振动头能维持稳定的电弧，热输入量小，实现了对磨损部位的修复，突破了部分坦克薄壁零件不能修复的禁区，之后又研制出了两种新的振动头，使坦克零件修复范围逐步扩大，一辆辆“趴窝”的坦克又重新返回训练场。

振动电弧焊虽然解决了坦克薄壁零件的修复问题，但质量只是跟新品接近，为了提高易损零件的耐磨性，我们到处寻找解决办法。1973年，我跑到哈尔滨锅炉厂参观，受到了等离子堆焊技术提高零件耐磨性的启发，并借鉴了70年代末美国等离子喷涂技术，在它的基础上改进研制出了我们自己的等离子喷涂设备，该项技术应用到坦克零件的维修后，很好地解决了备件短缺的难题。

记：等离子喷涂技术的原理是什么呢？？

徐：等离子体是气体在高温下电离后形成的由单质原子、正离子、自由电子组成的物质第四态（另三态是固态、液态、气态），等离子体焰流的特点是高温，能瞬间融化陶瓷和金属。等离子喷涂技术就是以离子焰流为热源，将金属或陶瓷的球状粉末颗粒加热到熔融状态，高速喷射到基体表面形成涂层的一种喷涂技术。它对零件的传热很少，不会烧穿薄壁零件，而通常电弧堆焊的高温很容易烧穿薄壁件。此项技术用在了以坦克行星框架为代表的45种关键零件上，效果非常好。

记：等离子喷涂技术是否代表着我国装备维修的第一阶段？它经过实践验证没有？

徐：可以说50年代至80年代初期是我军装备维修的第一阶段，进入70年代以后主要是应用等离子喷涂技术，修复坦克的关键零件。为考核等离子喷涂修复的零件质量，上级机关调拨了3辆坦克供我们实验。作为对比，我们在坦克上一半安装喷涂修复的零件，另一半安装新品零件，共有242个修复零件接受考核。由50名官兵和3辆坦克组成的试车队实际行驶1年时间，在各种路面上都严格按驾驶教范试车，行程达12 000千米，冬季最北到了漠河，夏季最南到了海南，实车试验最突出的效果是解决了课本上解决不了的问题，可靠性指标上去了。

为了进一步验证等离子喷涂的修复效果，时任军委装甲兵副司令的麻志皓将军指示，由坦克大修厂的工人进行修复作业，又调拨了3辆坦克再进行为期一年、行程12 000千米的实车考核。两次考核结果证明，应用等离子喷涂技术修复的坦克零件，耐磨性比新品提高了1.4～8.3倍，而成本只有新品价格的1/8，有效地延长了被修零件的使用寿命，一般坦克装甲车辆使用4 000小时后需要中修，8 000小时后需要大修，采用了等离子喷涂的零件完全不用中修，超过了8 000小时还能使用，大幅提高了坦克装甲车辆的持续作战能力，节约了大量的装备维修经费。

上世纪80年代初，罗马尼亚军事代表团访问中国，看中了我们研制的等离子喷涂设备，他们用一辆苏联产的T-72坦克跟我们交换，我国当时无法得到苏制坦克，这无异于是一个“香甜可口的蛋糕”。

但是现代战争开始大范围使用新式反坦克武器，给坦克维修提出了新的课题。以第四次中东战争为例，参战的坦克多，损伤率高，以色列军队对坦克的修复率达86%，而埃及、叙利亚军队只修复了34%的战损坦克，以军转入反攻。

面对新的战争形势，如何快速修复装备成为我们继续面对、探索的重大新方向。

80～90年代：发展表面工程

记：您发明的纳米电刷镀技术就是针对战场快速修理的一项创新，能否简单介绍一下？

徐：20世纪80年代，表面工程开始兴起，它具有神奇的功能，因为可以用比较简单的方法在零件表面制备出多种性能的涂覆层，通过局部表面处理使整个产品的功能大幅提高。到目前已经历了3个发展阶段：第一代为传统的单一表面技术阶段，包括电刷镀、热喷涂、激光熔覆等。第二代为复合表面工程阶段，即将两种及以上传统的表面技术复合应用，如将热喷涂与电刷镀复合，性能大大提高。第三代就是现在的纳米表面工程阶段，它将纳米材料和技术与传统表面工程结合起来了。

电刷镀技术是第一代表面工程技术，它是英国人发明的，用来代替电镀。它的优势是操作简单，设备方便携行，镀覆速度快，镀层的种类也很多，特别适合野战条件下快速抢修坦克，哪个部件的局部需要修理，在战场上或野外直接电刷镀就行。

我们将纳米材料与电刷镀技术结合，研发出了纳米电刷镀技术。具体做法是在普通镀液中添加特种纳米颗粒，主要是碳化硅、氧化铝等陶瓷颗粒，刷镀后这些颗粒就均匀地分散在镀层中，工作时主要是依靠纳米陶瓷颗粒的高硬度和对裂纹扩展的“钉扎”作用，耐磨性比不含纳米颗料电刷镀层高1.6～2.5倍，硬度是1.5～1.7倍，抗接触寿命由105提高到了106周次。纳米电刷镀技术目前已经广泛应用到了坦克、工程机械、军用车辆、舰船和飞机发动机等关键零件的修复上。海军某大型舰船上一个重要装备的滑行轨道由于制造时切削量稍大，造成尺寸超差而无法使用，我们采用了纳米电刷镀技术后，既弥补了超差的尺寸，又提高了滑轨的服役寿命。纳米刷镀技术还被用在了某型进口飞机发动机压气机叶片的再制造上，突破了国外对该飞机维修技术和设备的垄断。

记：武器装备在日常训练中主要容易出现磨损、腐蚀、疲劳等问题，20世纪90年代，针对舰船的腐蚀您主持研发出了高速电弧喷涂技术，它的原理和作用是什么？

徐：电弧喷涂是以电弧为热源，将金属丝熔化并用气流雾化，使熔滴颗粒高速喷到工件表面形成涂层的一种工艺。喷涂时，分别带正、负电的两根金属丝被连续送进喷枪，相互接触短路并产生电弧，使金属丝的端部瞬间被熔化，压缩空气把熔融金属雾化成微熔滴后，快速喷射到工件表面上，从而形成电弧喷涂层。如果将喷枪出口处的喷射速度提高到音速的喷涂就是高速电弧喷涂技术。

上世纪90年代初，为了解决海军大型舰船和水陆坦克钢结构的表面防腐的难题，我们研制了专用的防腐、耐磨电弧喷涂合金丝材和粉芯丝材，利用高速电弧喷涂技术对舰船的舰体和水陆坦克等主战装备进行了电弧喷涂防腐处理，使舰船防腐寿命延长到15年以上，节约了维修费用，延长了舰船寿命，保障了部队战斗力。

1998年，我国海军编队出访美国，美军夏威夷舰队司令登上我军军舰参观，对舰上官兵的士气和武器装备性能大为赞赏，但对军舰甲板的防滑性提出了看法，傲慢地用皮鞋蹭了蹭甲板说：“你们没有解决甲板的防滑问题，我们解决了。”我和同事们知道后只用了3个月时间就研制出了一种氧化铝陶瓷颗粒增强的防滑新材料，采用高速电弧喷涂技术对军舰甲板进行了处理，海军官兵从此稳稳地站在了甲板上。

90年代至今：推进再制造工程

记：随着时代的跨越，您又将机械零件“表面“的触角从零件延伸到整机，向再制造转变，在我国哪年开始的？

徐：上世纪90年代末，表面工程技术水平已经发展到了较高阶段。我从木桶理论中得到启示，一只木桶的盛水量取决于木桶最短的一块木板，而装备的失效取决于最薄弱零件的失效，只要延长最薄弱的易损零件的寿命，就能提升装备的整体性能。多年的维修实践提示我，最薄弱零件或零件最薄弱处的失效，基本上都是表面磨损和腐蚀失效。而我们表面工程的技术优势得天独厚，能够解决装备的磨损和腐蚀问题。因此，我大胆设想，如果能以废旧零件为“毛坯”，利用表面工程技术对毛坯的损伤表面进行批量化修复，进而重新让废旧装备服役，那一定能产生重大的节能、节材和环保的效能。我们将这一过程定义为“再制造”，1999年我在中国正式提出再制造概念。

记：什么是装备的再制造？

徐：再制造就是以装备全寿命周期的理论为指导，以跨越式提升废旧装备性能为目标，以优质、高效、节能、节材、环保为准则，以先进技术和产业化生产为手段，对废旧装备进行修复和改造的一系列技术措施或工程活动的总称。简单地说，装备的再制造就是废旧装备的高技术修复、改造的产业化。

再制造一词来源于1984年美国的《技术评论》，它提倡旧品的翻新或再生，用来取代传统的修复维修手段。美军目前是世界上最大的再制造者，它的车辆和武器通常使用再制造部件，不但节约了军用装备的制造费用，而且提高了装备的寿命和维修能力。如美空军的B-52战略轰炸机是1962年生产的，经过1980年、1996年两次再制造，可服役到2030年。从2005年到2015年，美空军共完成了1 000架左右的阿帕奇直升机的再制造，再制造后的阿帕奇成为美军现役武装直升机中战斗力最强的机型。

我在研究实践中发现，国外的再制造虽然起步早，但它的再制造模式是有局限的，不完全适合中国的国情，因此我们还有很大的提升空间。国外再制造采取的多是换件修理法和尺寸修理法，前者是将损伤的零件整体更换为新品零件，后者是将失配的零件表面尺寸加工扩大到规定的范围，再配以相应大尺寸的新品零件重新配副。换件修理法更换的失效零件，要么成为垃圾，要么被回炉冶炼，重走一遍熔炼—成形—制造—使用的“耗能、污染”过程；尺寸修理法虽然能恢复零件的出厂性能，但因破坏了互换性而达不到原型产品的使用寿命。国外的做法虽也节能、节材和环保，但还远远不够。在我军维修中，只有将每一个磨损或腐蚀失配的关键零件表面都修好并让它们重新服役，才能最大限度地节能减排，提升战斗力。

经过多年的探索，我们初步形成了“以高新技术为支撑，以提高旧件利用率为核心，产学研相结合，既循环又经济”的中国特色的再制造模式，大幅度提高了旧件的再制造率。目前，我国的旧件再制造率已达到85%，而国外只有72%，在节能节材方面，中国已走在了世界前列。中国特色的再制造的重要特征是：再制造后的产品质量和性能不低于新品，有些还超过了原型新品，而成本只有新品的50%，节能60%，节材70%，显著保护着脆弱的地球，努力“创建一个没有浪费的世界”。

记：装备的再制造与维修有什么区别？

徐：维修针对的是使用阶段中出现故障的零件，主要是换件，或者修复单个或小批量的零件，维修后的零件多数在质量、性能上不如新品。再制造是利用高新技术，批量化修复、升级可以维修的零件，产品的性能和质量达到甚至超过了原型新品，就是用最小的投入来获得最大的经济效益。

记：无损检测是再制造的一个重要检测手段，它的原理是什么？

徐：无损检测是再制造的一个重要环节。通过无损检测可以发现废旧零件的受伤程度，从而决定要不要进行再制造，或者用什么技术进行再制造。我的团队开展的无损检测有金属磁记忆检测、涡流检测、超声相控阵检测等技术。

金属磁记忆检测技术产生于20世纪90年代的俄罗斯，但是这些年中国在这方面发展非常快。它的原理既深奥也简单，我们知道，地球是一个弱磁场，在地球上的所有金属零件受地球磁场的影响都具有弱磁性，零件服役时如果受到了破坏，这个破坏就会被零件的磁畴“记住”，当我们用一种仪器探测到磁畴的变化时，就会推算出零件曾经受到的破坏程度，解决了我军武器装备的重大安全隐患。前几年，我军某类新型坦克，在服役一段时间后车体出现裂纹，直接影响了训练。为此我们利用金属磁记忆检测仪快速准确地探测出了被漆层覆盖的车体裂纹的数量和长度，再利用新型焊接材料对裂纹进行焊修，又利用新型滚压技术对焊缝进行应力释放，最后再应用防腐固化等技术对一些薄弱部位进行防腐处理，利用这些综合手段完成了对此类坦克的再制造，军事价值和经济效益非常显著。

记：装备再制造除了表面工程技术外，还有哪些有特色的技术？

徐：纳米自修复添加剂技术是我们研究的另外一类非常有特色的再制造技术，它也被称为运行中的再制造技术。这项研究最开早始于俄罗斯，他们在采矿钻井时发现，钻头在开采到地下某一深度的岩层时，钻头不仅没有磨损，而且以前的磨损部位还被修复了。他们很惊讶，深入分析后才知道原来这一层岩石是具有自修复功能的蛇蚊石。蛇蚊石经过一系列复杂的机械作用及摩擦化学作用，形成了一层具有保持作用的修复层，从而实现了自修复。

这些年来，我们也研制开发出了多种纳米减摩自修复添加剂。当含有修复功能的微纳米颗粒的复合添加剂被加入到重载车辆的润滑油中后，微纳米颗粒会随润滑油分散到摩擦副接触表面，在一定的温度、压力、摩擦力的作用下，微纳米颗粒会在摩擦表面沉积，并与摩擦表面作用，填补磨损面，形成一层修复膜。现在这项技术已开始在部队应用。如我军某型重载车辆由于零部件老化，发动机经常出现故障，我们将微纳米减摩自修复添加剂加入到其中的20辆重载车辆中，提高了动力性，减少了机油消耗。

此外，我们还开发出了激光清洗技术。这是一种绿色高效的表面清洗技术，与传统的机械清洗、化学清洗、超声清洗、高压水柱清洗等方法相比，它清洗精度高、设备稳定性好、适用范围广、不污染环境、方便自动化控制，可以去除金属、无机非金属、聚合物等材料表面的颗粒、氧化物、油污等污染层，已被用于微电子元件、飞机、舰船等领域的表面除漆、除锈、除油及微颗粒清洗。它的原理就是利用高能密度激光束辐照物体表面，使表面污染层产生振动、蒸发、烧蚀、甚至气化等一系列物理化学反应，最终脱离物体表面，达到清洗目的，并且不会损坏物体本身，提高了装备金属零件的再制造质量。

记：为保障重载车辆的高效运行，您和团队还研发出了一种表面自强化材料，现在已被用来作新型坦克的履带板材料。

徐：我们开发出了一种中锰钢材料，是在高锰钢的基础上研制的。以前的履带板材料都是用高锰钢制造，高锰钢又叫哈德菲尔德钢，是哈德菲尔德发明的，组织通常由奥氏体、碳化物和珠光体组成，含碳量较高，这类奥氏体组织的高锰钢在受到冲击载荷时，金属表面容易发生塑性变形，通过变形带来的位错和孪晶强化实现履带板的自强化，但高锰钢履带板的自强化力度不足，服役寿命不长，平均使用寿命寿命不到4 000千米。某型主战坦克一个大修期所需的履带板备件高达526块，既消耗了大量维修资金，又增加了维修的工作量。

在这种情况下，我们研制出一种新型履带板材料，将锰的成分降低了近40%。这种新型履带材料的核心是合金成分设计，使钢中奥氏体的稳定性降低，马氏体转变温度提高，在适当的冲击载荷作用下，通过应变诱发马氏体相变，材料就得到了显著的自强化，即运行中履带板表面“越磨越硬”，使用寿命被延长到了10 000千米，一跃超过了美军和俄军水平，获得国家技术发明二等奖。

记：时下流行的3D打印技术也被应用到了装备再制造中，实现了增材再制造，它的优势和不足是什么？

徐：3D打印技术在我国已发展了20多年，早期也叫快速成型技术、增材制造技术，近年来发展很快。3D打印技术将计算机、数控、激光、新材料等集于一身，由CAD模型直接驱动，采取“所见即所得”的方式，通过连续喷射堆积，逐层增加材料来快速生成具有任意复杂形状的三维实体模型。它的最大特点是把传统的减法加工（去除加工）变为先进的加法加工（堆积加工）。我空军某型装备的关键钛合金构件无法用锻造的方法制造出来，利用3D打印就能解决问题：先由计算机设计出构件的三维尺寸，再由激光器按计算机设定好的路径逐层堆积钛合金，最终完成了这些超大尺寸和复杂形态的钛合金构件的制造。但现阶段，与铸锻焊等成熟制造技术相比，3D打印技术的缺点是效率低、成本高。

3D打印技术在装备再制造中也得到了很好的应用。美国陆军将3D打印技术列为新世纪装备维修技术的重点，正在进行机动式“野战快速成形制造系统”的建设，这个系统被形象地称为“零件野战医院”，而实际上是一个能够在战场上迅速生产零件的机动式制造系统。我们实验室正在自主创新、探索研发具有中国特色的“零件野战医院”，通过对金属粉末的直接3D打印来完成装备备件的战场制造与再制造。与美军相比，我军的“野战零件医院”将更有特色，不仅能够制造新零件，还可以再制造已经战损的零件。

记：“科学虽没有国界，学者却有他自己的国家”。少时的经历使您对祖国怀有强烈的责任感，经过几十年的经验积累和科学探索，开辟出一条中国特色的装备维修再制造道路，用高新技术、尖端设备为我军强大的战斗力保驾护航！衷心感谢您接受本刊专访！