清洁成形与改性技术
一、技术概述
制造成形与改性技术是以物理、化学、冶金相平衡为基础理论，将热、电、光、声及化学现象散发出来的燃烧、压力、电阻、电弧、电感应、电子束、激光、超声波、等离子体等能量作用于成形及改性，使其产生熔化、凝固、结晶、塑性变形、扩散相变等物理化学性能的变化，以达到使工件成形与改性的目的，伴随这些过程，将产生大量污染物、高温和噪声，严重污染环境。
清洁成形与改性技术是实现机械制造业自身清洁生产的重要举措，旨在成形与改性过程中，采用无毒、无害的原材料，利用率高的能源及高效、节能降耗的工艺与设备，使材料、能源消耗及排污最少，使先进的成形与改性技术与环境保护、生态系统协调发展，因而它是新的知识集约型技术，是21世纪科技发展的关键技术之一。其研究范畴与内容为：
1.节能节材、无污染成形与改性技术
2.成形与改性过程“三废”治理及利用技术
3.成形与改性设备的改造及延寿技术
二、现状及国内外发展趋势
清洁成形与改性技术是产品、零部件加工过程中具有与生态度环境相协调的先进实用技术，是目前全球关注的焦点，我国亦给予了足够的重视。“九五”期间已开始强调从设计、原材料、工艺、生产过程及产品的回收等各个环节皆要做到：排污少，材料、能源利用率高，与环境协调发展。
1．成形与改性技术清洁化
在铸造成形清洁化中，为控制其大量的有害气体和粉尘的产生，先后开发并应用了多种诸如压铸、金属型、金属型复砂等少无型砂铸造工艺，在砂型铸造中采用无毒CO2硬化的树脂砂制芯，减少树脂中游离和游离甲醛含量，解决了造型、制芯砂溃散性差的难点，开发各种类型的水玻璃旧吵干法及湿法再生装置，使高性能旧砂获得再生和回收，控制了环境污染，并达到节能、节材的目的。
在接成形清洁化过程中，不用填充材料的摩擦焊,已趋向于大型化，其最大功率达700KW，最大焊接截面积为20000mm2，焊接机的焊接控制已实现了数字化，电子束焊可不开坡口、不加填料，其耗电量为手工焊接的23％，埋弧焊的58％，CO2气焊的76％，是节能节材、少无污染的焊接工艺。
清洁表面改性技术，重点开发无污染、低能耗、排污少、高效能的新型涂料，如：水性涂料，粉末涂料，高固分涂料等，特别是水性涂料，具有无污染、性能优良的特点，视为大型工业涂装生产线首选涂料。国际上解决表面处理污染问题采用的方法，一是采用低毒或无毒化工原料；其二是采用封闭式生产，使产生的废水、废气在工厂再生循环使用。以德国Aachen大学和瑞士公司为代表开发的水热喷涂技术是90年代新兴的热喷涂工艺方法，水下喷涂避免了噪声辐射和烟尘的污染，可较好地控制喷涂中的成分，以防止喷涂材料的氧化等。这些无污染的新技术都有助于生态环境的保护。
2．开发新能源及节能、节材新工艺
激光作为一种新的能源，近年来在国际上发展迅猛，国外激光焊接已进入应用阶段，全世界拥有1KW以上的激光加工设备超过10000台，其中1／3用于焊接，美国占48％，工业发达国家焊机功率为10－30KW，焊接厚度已超过100m/m，应用十分广泛。
国际热处理联合会（IFHT）预测，真空热处理在欧洲工业国家有完全取代污染严重的盐浴炉的趋势，美国真空热处理已占15％。这一发展趋势今后将进一步增长。我国真空热处理技术的发展趋势和国际热处理工业的发展趋势同步。我国今后10年内应优先发展真空热处理技术。
3．三废治理与综合利用技术占有重要地位
近年来出现了几种改型的真空脱脂清洗技术，整个过程由可编程序控制器（PLC）自动控制，技术先进，自动化程度高。
铸造行业水玻璃砂再生的应用发展迅速，水玻璃具有无毒、成本低的特点。它比树脂砂成本低，来源广，造型（芯）工艺易掌握，我国目前年产铸件1200万吨，其中应用水玻璃砂（CO2法、VRH法、酯硬化法）生产的约150~ 170万吨，旧砂如不回用，将严重污染环境。若再生利用，直接经济效益可达12~14亿元，目前已有研究将造型废砂与其它材料混合制造建筑用材。所以综合利用技术在改性与成形技术中占据重要位置。
三、“十五”目标及主要研究内容
1．目标
清洁成形与改性技术涉及能源、材料、制造、环境与管理等领域，改变大量消耗能源、粗放经营的传统模式，组建新的生产模式，采用清洁工艺，以节能、降耗、减污为目标，在热加工过程中实施全过程控制，杜绝污染源的产生，实现机械生产与环境协调发展。
2．主要研究内容
（1）节能节材及少无污染成形与改性技术
包括低毒或无毒CO2硬化的树脂砂高效制芯工艺；焊接锰尘防治技术；真空高压气淬热处理及智能控制系统；节能型超音速火焰喷涂技术；水下热喷涂技术；低污染节能自泳涂装技术。
（2）成形及改性过程“三废”治理及综合利用
采用生产过程控制技术，减少废物、废水的排放，实现水耗降低40％，循环利用率提高到80％，能耗降低30％，废物利用率达到60％。如冲火炉废气利用的研究；铸造水玻璃砂的再生回用工艺技术研究；无污染处理电镀废水及其它污水处理新技术；无公害真空脱脂清洗技术等。
（3）成形与改性设备改造及延寿技术
包括关键部件在运行过程中材料的蜕化、破坏及失效机理研究；提出关键部件的失效判据、诊断方法、监控措施、关键部件的维护、改造及延寿的可行性和方法；设备失效分析和破损机理的交互作用及耦合研究，寿命估算判据和方法的集成，维修管理决策系统的研究，复合表面工程技术的研究和推广；设备寿命评估、失效机理的研究；寿命估算法和集成；维修管理决策系统的研究。
