主持人说:感谢贝雷塔博士精采的报告。下面请来自美国通用的王玉琮博士就“满足未来汽车动力总成需求的表面工程和摩擦学挑战。

　　王玉琮说:非常有幸能力到这里来与大家共同交流，我今天要报告的题目是为满足未来汽车动力总成的需要，我们在表面工程和摩擦学方面面临的挑战。

　　王玉琮说:今天主要是在这个大标题下介绍两个问题，一是未来汽车总成动力发展趋势，特别是技术方面的发展趋势，然后再讲在材料方面我们所面临的挑战。这个材料主要是为汽车的产品和为汽车的制造工艺所服务的。

　　王玉琮说:在这下面我主要是讲两点，重要是后面的一点。前面是讲轻金属材料，后面再讲到表面工程和摩擦学方面的问题。

　　王玉琮说:我给大家介绍一下动力总成在技术方面发展的趋势，大家也都知道在动力总成方面，最近十年以来，你如果把它归类一下发展趋势主要在下面几方面。

　　王玉琮说:第一是汽车发动机和离合器高性能方面，在这方面进一步提高。

　　王玉琮说:第二是在油耗方面，第三是降低汽车排放方面，第四点就是降低汽车的超音以及减振。

　　王玉琮说:后面是比较明显的，就是它的持久性和可靠性。对汽车来说，在八十年代能开到十万英里以上就可以了，现在汽车的质量应该在十五万英里，二十万英里以上，对汽车的寿命要求更加长。

　　王玉琮说:当然对于一个制造工业来说，汽车的成本不断降低是非常重要的事。尽管汽车价格每年增长，第一是由于大量新技术的应用，二是由于物价的增长。

　　王玉琮说:但是由于我们在这个领域人的努力，汽车的成本增长尽可能地低，使我们的消费者可以承受新的技术。当然最后一点也是最重要的一定，最近几年来大家对此都很重视，就是汽车的新能源问题。

　　王玉琮说:刚才我们讲的是关于汽车的高性能和磨损。对任何汽车公司来说降低排放、省油是最最主要的两项，不但是汽车公司关心的，也是各国政府关心的问题。所以汽车燃油效率的提高，以及发动机离合部分，在同样的体系下如何使其输送功能更大，这两个问题对汽车来说是重要的研究课题。为了解决这个问题，在材料方面很多的研究基本上集中在下面几点。

　　王玉琮说:刚才我们讲的是关于汽车的高性能和磨损。对任何汽车公司来说降低排放、省油是最最主要的两项，不但是汽车公司关心的，也是各国政府关心的问题。所以汽车燃油效率的提高，以及发动机离合部分，在同样的体系下如何使其输送功能更大，这两个问题对汽车来说是重要的研究课题。

　　王玉琮说:为了解决这个问题，在材料方面很多的研究基本上集中在下面几点。第一点是汽车运用轻型材料解决这个问题，当然有些材料比较昂贵，我们希望找出一种价廉物美的材料达到我们的目标。

　　王玉琮说:同时由于汽车是动的部件，所以汽车里面的摩擦和磨损是非常重要的问题，所以这方面的研究也是在不断进行。

　　王玉琮说:当然汽车通过润滑油润滑部件，所以怎样研制出更好更有效的润滑油也是非常有效的课题。所以每个汽车公司里面有相当多的研究工作人员在这方面进行工作。

　　王玉琮说:最后一点，就是汽车燃油空气比值更合适，而且使其更有效地转化为动能，有各方面的问题。

　　王玉琮说:这里我们讲的主要是节约能源，把功效进一步提高，并把排放降得更低。在降低排放方面大家也知道，目前几年比较热门的就是用非传统的燃料进行研究。这里最典型的是几年前大家都知道的电动车。

　　王玉琮说:90年代中期出现了世界第一台的电动车，但是由于各方面的问题，电动车目前的研究主要并不在于民用车方面，现在主要重点在燃料电池，还有就是电气混合技术，目前这项技术在一些新车型上已开始使用，这方面也在不断改进和进步中。

　　王玉琮说:另外一方面，还有汽车的燃烧技术，所以仍然有废气排出。在这种情况下，汽车的废气排出后要经过催化转换器，如何提高催化转换器的有效性？催化转换器其实是新型化学材料的开发，这方面的研究是非常有意义的，包括通用在内的各公司都在这方面努力研究，包括大家知道的纳米材料也在研究范围内。

　　王玉琮说:主要是提高催化转化器的工作效率。在汽车排放的时候，汽车的废气到催化转化器有一段路程，主要是由于催化转器工作温度的限制，特别是在刚开始无法转换为无毒气体转换出来，所以刚开始废气的有毒性是非常大的。

　　王玉琮说:汽车公司都在研讨，怎样降低催化转化器不工作时间。最近也在用一些新技术，比如用不锈钢的管子、两、三层套在一起，就是从热绝缘方面考虑问题。

　　王玉琮说:另外是从发动机控制电子方面进行考虑，解决这些问题。通用汽车公司主要集中在省燃料和环境方面进行。

　　王玉琮说:这张表基本上给大家一个演示，通用汽车在这方面的功用重点是哪些方面。提高汽车有效性方面，在发动机能量方面所需要做的工作，在环保方面所需要做的工作，也包括汽车的排放，也包括在汽车制造过程中所产生的对环境有害的问题。

　　王玉琮说:当然还有汽车的回用问题，第一要有可回用材料，第二本身可以使汽车寿命更长，报废汽车每年有所降低，这样对环保也是有利的。我刚刚大概地介绍了一下在汽车动力总成方面做的一些工作和成绩。

　　王玉琮说:下面针对技术方面的趋势，我们在材料方面的做法，从今后的角度应该做哪些工作。

　　王玉琮说:第一讲一下在轻合金材料或者轻重材料，包括非金属材料。对于汽车来说，在保障其牢固性的前提下，如何用轻型材料。汽车工业中黑色金属还是主要的，占60％－70％，目前轻金属的使用量已大大上升，目前欧美一些厂家在镁合金上做了一些工作，也有一些用到车中，钛合金以前是用在航天中，目前也受到关注，但还是太过昂贵。在发动器、离合器里面的部件用钛合金来代替高性能刚也是一个方向，当然比钛合金更好的材料，就是以钛为基的金属型化合物怎么在发动机离合器里应用。

　　王玉琮说:另外是表面涂层方面的材料使用也是一个非常热门的现象。最近有新的复合材料被运用到汽车上去。陶瓷方面很多公司在做，但使用非常有限，主要是因为陶瓷的特性是比较脆，成本也比较搞，加工起来也有很大的限制。另外聚合物材料在汽车中的使用也在不断扩大，特别是对一些皂质、钙质的应用已越来越广泛。

　　王玉琮说:我们很多人都提出要用有色金属或其他材料代替黑色金属，但是钢铁铸造行业也不会落后，也希望保持这个行业，所以他们也在这方面做了大量的工作。你要代替铁和钢，他就研制出更高性能的钢，以减少体积，降低重量，这样对车辆更加有利。如果把强度提高三分之一，体积就可以缩小三分之一。

　　王玉琮说:美国钢铁行业也是非常重视高强度的钢铁的研究，也是为保持这个行当的饭碗。在功能材料方面你怎样储能？怎样把能量转化？像太阳能电池大家已经很清楚了，但是燃料电池的使用，有一个非常关键的技术，就是要把氢储存起来，储存氢需要储氢材料，这是一个关键，在这方面的工作是非常有意义的。

　　王玉琮说:对于各个汽车公司来说都是大家致力研究的问题。前几年有一些新材料的方向，但后来在技术方面遇到了很大的问题。

　　王玉琮说:表面工程和摩擦学所面临的挑战：

　　王玉琮说:首先讲一下在摩擦、磨损、润滑方面的挑战。我们还是以传统的发动机和离合器作为我们工程研究的对象，尽管我们都是希望可以代替传统的发动机用电动车或者用燃料电池。但是目前来说这距我们还是非常遥远的。

　　王玉琮说:所以我们很多的工作仍然是在如何提高传统发动机的性能，摩擦学方面的性能是非常值得研究的对象。因为在发动机中绝大多数零件都是所谓来回运动、成动的部件组成。

　　王玉琮说:第二想和大家探讨一下混合油发动机的问题，这方面问题我们如何解决，特别是材料。

　　王玉琮说:第三除了发动机还有离合器，最近几年无级变速箱的使用，它有很多摩擦学方面的问题，其实传统变速箱也有很多的问题，但转换到无级变速箱方面，就会发现问题更多。因为对大家来说这都是一个产品，这个产品在七十年代的时候刚刚被发明出来，现在变成终于用在车中，之后有很多问题暴露出来，在欧洲和日本都有使用，这方面的问题我跟大家提一下。

　　王玉琮说:最后我想谈一下在制造业方面，刚才讲的都是汽车产品里，制造业也有很多表面工程和摩擦学的问题需要解决。实际上表面工程对于动力总成来说将是一个系统的问题，很多人说表面工程就是某一具体的问题，好象搞某一行当就可以解决，事实上这是一个非常复杂的问题，所以搞这个问题来自各方面，有的是来自机械方面、有的是来自物理方面、有的来自化学方面，所以它是一个系统问题，涉及到材料以及表面的处理和涂层技术。大家知道近几年涂层技术运用得非常广。

　　王玉琮说:另外在环境方面也有很多问题，它作为一个系统问题环境也是一个重要的因素。另外对于任何部件来说，所有的材料在摩擦学中可以做为一个具体的零件和部件，这方面表面的光洁度是什么样的，表面的结构是如何的，这些都会影响摩擦学方面的问题，所以有人认为这个不能解决换个材料就可以了，不一定，因为很多问题都在一起，要综合考虑。当然大多数的材料在一起相互的摩擦并不是孤立的，90％以上是在有润滑油的情况下产生的，所以润滑油也是一个很重要的研究方向。

　　王玉琮说:左面的苹果图是汽车里能量是怎样，尤其对小型的卡车和面包车来说大概的分布是怎样的，从中可以看出排放系统有很大的能量损失，在开动时和地面的摩擦能量损失也是很大的。从右面的这张图可以看出，对发动机和动量总成来说它的能量情况，这方面对我来说是非常重要的问题，我们很关心能量是如何损耗的，我们可以做哪些工作。

　　王玉琮说:要了解摩擦学方面的能耗损失，我们要了解基本的摩擦学方面的问题，对于学过摩擦学的人来说都知道，这是摩擦学方面很重要的部分。

　　王玉琮说:在润滑方面有三个区域，从左到右，它的润滑变得更好。如果没有什么润滑的情况下，我们往往称之为界面润滑，这种润滑往往是两个表面在摩擦，只有很少的润滑油，而在右面两个摩擦面是不接触的，主要是通过润滑油传动能量。

　　王玉琮说:这里从坐标上讲的是摩擦是大是小，从这方面大家可以看见，发动机里各部件工作所占的摩擦区域是完全不一样的。实际上有些情况可以把这张图改变，但是这张图是一个基本的图，只有知道基本的情况，在摩擦学方面，各个部件摩擦润滑是在什么区域，我们才能针对

　　这种情况对材料和各个部件的性能进行改善，进行重新设计。主要的目的是为了降低它的摩擦，减少能耗。

　　王玉琮说:这是对应发动机的阀门传动系统，还有一个是活塞、气缸，这两者在发动机中是重要的部分，左图是一个气缸缸套，里面是活塞，上面还有活塞环，在这个系统里有许多问题需要我们解决。

　　王玉琮说:活塞环是套在活塞槽里，这张图给大家展示的是里面的材料是如何工作的。举例来说，活塞是铝合金做，铝合金的抗高温能力不是很高的，因为汽车的发动机活塞温度越来越高，这个时候如何使活塞环抗高温，避免因高温失效。近几年越来越多的发动机都是在活塞槽里做阳极氧化，把铝合金变成氧化铝，把铝表面变成陶瓷，提高摩擦效能。讲到底就是表面涂层材料的应用。

　　王玉琮说:那么是否完美？不是！很多工厂还在做怎样把阳极氧化层做得更好，把汽车的寿命延得更长，汽车的寿命取决于发动机的寿命，发动机的寿命取决于活塞的寿命，我们希望可以提高整个发动机的寿命。

　　王玉琮说:在活塞环方面，活塞环由钢做成的，用一般的不锈钢材料做是可以的，但它是一个摩擦表明，除了性能要求，它和活塞在槽里的摩擦我们如何解决？用阳极氧化只是解决了一方面的问题，摩擦还有活塞环表面的问题，活塞环表面的涂层技术也就非常重要，这方面要要做工作。

　　王玉琮说:发动机里面是一个钢套，大家知道现在活塞槽是铝合金，必须活塞环必须要用钢套，以前是用铸铁。如果把钢套放到里面，会爆发出很多的问题。整个发动机是一个加热体，由于加热可以变形。钢发动机是铸造出来的，刚开始钢型会很好，但跑几万公里就会变型，那么怎么建可能减少变形，避免影响你的工作性能，这是要考虑的问题。

　　王玉琮说:把钢套放进去两种情况，钢体会变形，钢套会变型，这样铸铁钢套或者钢套在铝合金的刚体里会动，这样间隙就不一样，使得传动不均匀，这样问题就更加研究。正因为传动不均匀，热量分布不均匀，变形就更加严峻。对于消费者来说就是发动机噪声大，驾驶不顺手、寿命降低等等。

　　王玉琮说:这些都是需要解决的问题，这就是为什么最近几年来大家都把注意力放在非铁质的钢套方面，或者不用钢套。不用钢套就是用耐磨材料做，通用是这么做的。

　　王玉琮说:1969年第一台直喷发动机是通用制造的，在雪佛莱车里，后来因为出现问题，84年通用停掉这款车，其他厂家还继续发展这种技术，现在仍然有无钢套发动机在发动机里使用，效果也是很好的，当然在其他方面也有问题。

　　王玉琮说:各个汽车公司也在不断研究这个问题，像热分布方法是好的，但还有其他的问题。欧洲福特公司包括其他的公司都在研究，但研究了多年，还没有大规模的发动机问世，就是说大家都在研究，但是这个问题还没有得到彻底的解决。 
 
　　王玉琮说:另外除了喷涂技术，还有一个趋势，在汽油里加酒精，减少对石油的依靠，配比是85％酒精、15％汽油。现在也出了可以用混合燃料的发动机，但是这样会有一些问题，这里就牵涉到你怎么保护钢体的问题。我们在研究如何用激光处理钢套。在活塞硝方面也有很多工作要做，这也是各个公司不断解决的问题。 
 
　　王玉琮说:下面我简要地举几个例子，一是复合材料做的涂层材料，主要是用在活塞表面，94年以后这个材料被用在活塞上，主要是降低发动机的噪声和提高发动机的抗干绞合能力，是一种黑颜色的涂层，这种涂层被认为是魔术般的涂层，里面还有30％的润滑剂，有耐热的树脂材
料。 
 
　　王玉琮说:但是依然有问题，这种涂层是很好，是很能解决问题，但持久性不强，一般发动机用到五千英里－三万英里后这种涂层就会逐步磨损。当发动机里活塞群和钢铁之间磨合了以后，它的干绞合问题就不会太严重。 
 
　　王玉琮说:热喷涂技术在活塞上的应用，也是逐渐增加、燃料喷嘴方面做的喷涂的应用。对于酒精发动机碰到的问题如何解决，用润滑可以降低排，但是问题是它对钢铝表面有一层腐蚀性的摩擦问题，所以怎样提高腐蚀性耐磨，刚才我提到用激光喷涂技术。
 
 　　王玉琮说:无级变速箱方面是两个传输轮组成，就是钢带与两个轮子组成，两个轮子可以进出，通过进出，那个角度一般是15度，出来后那个钢带可以扩展到外圈，也可以深入到里圈，通过这个提高传动比，这个很简单，但摩擦学上的问题是很复杂的，用无级传送使用方便而且可以省油，而且无级变速箱比传统变速箱更少，而且可以与手动匹配。 
 
　　王玉琮说:钢带有26个钢的皮带组成，这个皮带0.6毫米，用强度非常高的钢材料做成的，两边是24根这种钢。钢不跟旁边的轮子接触，里面还套着上千个小钢片，这样组成了一个能动的钢板，通过钢板传动。在五个面上都有摩擦学的问题，这些问题会影响到你的质量。我们没有办法百分之百地解决问题，我也不想一一给大家讲了。 
 
　　王玉琮说:接下来我简单讲一下表面工程在制造方面的应用，第一对压铸的要求，压铸就变成了一个非常重要的行当。这里显示的是热喷涂也可以在压铸中应用。用热喷涂的方法提高容量和模具的寿命。对压铸来说，也有很多的问题。 
 
　　王玉琮说:你的发动机壳可以用压铸方法做的，变速箱也是百分之百用压铸做的。这里出现的问题是，一个变速箱里的压铸件不是很大，但模具基本像一个房子那么大，一般一个模
具在两、三百百万美金左右。 
 
　　王玉琮说:像GE有48个压缩机，每个压缩机里用的模具都是两、三百万，模具的成本是非常高的，压铸出一个就要几十元的成本，因为模具是有使用寿命的，当然模具一般都是局部坏，这个时候我们就可以用不同的钢把模具的各个部位分解开，把容易坏的部位用不同的钢件取代。 
 
　　王玉琮说:表面涂层可以解决这个问题，但也不是完全可以解决，必须结合不同的钢的材料才能解决。 
 
　　王玉琮说:在支架构方面也是一个非常大的问题，在这方面如果可以提高性能，提高其在制造业中使用的效率也是非常有意义的。你所选的是钢的支架性，最理想的就是不用任何润滑剂，从环保角度讲是非常有利的，从技术角度讲是极负挑战性的，怎样通过表面涂层技术来提高国际模具及工具的寿命。特别是对于那些钢的架构方面，这些问题怎么解决。 
 
　　主持人说:感谢王博士的演讲。下面是茶休时间，大家可以休息20分钟。