当前，制造业所需的材料大部分已立足国内自主生产，但尚有一批特种优质专用材料及其制品因其技术含量高、品种规格多、用量小、不宜大型冶金、化工企业开发和生产，已成为制约高端装备制造产业发展的“瓶颈”，也成为提升基础件品质的关键。本所在原机械部的领导和支持下，长期从事此类材料开发，进入本世纪后发展较快，形成了以基础材料产品（本文所述“基础材料”特指“机械制造业所需的小批量、特种优质专用材料”。）开发为主线的技术创新体系和成果产业化体系，开发和生产了以新材料为依托的轴承、轴套、密封件、紧固件、刀具和模具等基础件新产品，对机械基础件的发展起到了积极的推动作用。根据《机械基础件、基础制造工艺和基础材料产业“十二五”发展规划》的精神，结合本所近十多年的实践，就基础材料对发展机械基础件的作用、目前存在的问题展开讨论，并对今后的发展提出若干建议。

一、材料是发展基础件的支撑技术，起着不可替代的关键作用

1、材料检测是基础件精品化的基础技术

本所材料检测中心每年承接来自企业的数以万计的材料组成和性能的评定任务，仅以2012年对1500件基础件材料质量评定为例，其中以紧固件、弹簧和轴承占了大多数，其分布如表1所示。

表1基础材料分类

涉及的材料主要是钢铁材料、少量为镍基合金、铜合金和铝合金等。此外，基础件的失效也占有较高的比例，如2010至2012的三年中，我们共完成266项机械零部的失效分析，其中基础件失效为156项，占58.6%。失效部件多数仍为轴类和紧固件（轴类占22.4%，紧固件占21%，管道类16.7%，杆类11.5%和齿轮占7.7%）。基础件的失效，常成为生产事故的根源。如某化工企业，因管线闸阀螺栓在使用过程中发生应力腐蚀开裂，导致火灾事故；又如某大型油缸生产企业，塞杆上出现裂纹等表面质量缺陷，经分析为原材料质量和电镀质量不合要求所致。

从2005至2011年全国失效分析年会论文的统计表明：导致机械基础件失效的因素，以影响程度从大到小依次排列为：热加工，环境因素，材质问题，装配与使用问题，设计，冷加工，电镀质量等。由于材质发生失效的主要原因有：碳化物偏析、晶粒粗大，成分不符合要求，相分布不正常（存在异常相），夹杂物级别较高，碳化物沿晶界分布，魏氏体组织等。材料检测和失效分析为提高基础件的质量，提供了大量的信息和改善途径，从而成为基础件精品化的基础技术。

2、先进材料是基础件高端化的核心技术

三层复合材料是一种自润滑、减摩耐磨材料，广泛应用于轴承、轴套、衬套、垫片等机械基础件上，其表面改性塑料层的性能很大程度上决定了材料的使用效果。自上世纪八十年代以来，本所等单位根据不同使用工况，先后开发了表层为改性聚四氟乙稀的SF1系列产品和表层为改性聚甲醛的SF2系列产品。为了提高自润滑性能，SF2中一般均加入铅。为了实现材料的无毒化，近年来，本所采用了纳米改性、纤维强化等先进技术，优化了材料制备工艺，开发了无铅的SF2材料，如今己形成五个高端产品系列，即改性聚甲醛黄料系列产品，有黄、蓝、红等鲜艳的颜色，用于中载、中速、润滑较为充分的工况；通用型改性聚甲醛产品，使用无机纳米材料、软金属与固体润滑剂复合改性的聚甲醛，用于中载、中速、边界润滑的场合，其可以替代原有含铅聚甲醛材料；高润滑改性聚甲醛产品，主要应用于中低载、边界润滑或缺油的工况；含碳纤维改性聚甲醛产品，用于中载或偏重载、中速、油脂润滑的场合，较大程度上提高了氟铅改性聚甲醛的耐磨性及使用寿命；翻边轴承用改性聚甲醛产品，采用增韧的聚甲醛配方，可满足轴承翻边不发生开裂。这些产品现已在全国近二十家轴承轴套企业生产，产品在相应细分市场上的占有率达50%以上，广泛应用于在汽车工业、工程机械、印刷机械、纺织机械、烟草机械、健身器材、连铸轧机、水泥机械、高压齿轮泵、柱塞泵、叶片泵、汽车减振器等工业领域，并已远销全球。

密封材料及产品开发是本所传统优势所在，在先进制造产业发展的推动下，其发展又上了一个新台阶：密封用材多样化，采用聚四氟乙烯及其复合材料、超高分子量聚乙烯及其复合材料、聚醚醚酮及其复合材料、聚酰胺及其复合材料、聚甲醛及其复合材料以及丁腈橡胶、氟橡胶、三元乙丙橡胶、不锈钢弹簧材料、镍基合金弹簧材料等；密封结构组合化，采用二、三种甚至多种材料匹配，形成组合密封，满足特殊工况的需要；密封几何形状异型化，根据密封工况条件、密封摩擦阻力要求、运动时密封的随动性能、弹性体补偿方式、寿命要求等设计各种不同形状的密封结构；密封系统集成化，形成包括主密封、辅助密封、缓冲环、防污环、防尘圈、导向环、支撑环等部件构成的集成密封系统。

在此基础上，开发了多种新产品，如聚四氟乙烯复合材料组合密封(格来圈、斯特封、导向环、缓冲圈、旋转格来圈和泛塞封等)；酚醛夹布（PF）夹布复合材料、聚氨酯（PU）及其夹布复合材料支撑环；涡旋式真空泵密封；新能源汽车涡旋式空调压缩机密封；超高分子量聚乙烯（UHMWPE）复合材料密封等。这些产品在各类工程机械、冶金、高铁、船舶和核电等装备制造中获得了广泛应用，特别是用于新能源汽车涡旋式空调压缩机、石油采油树闸、工业机器人以及船舶水下装置等密封，形成了新的特色和优势。

3、新材料是苛刻环境下工作的基础件制造的支撑技术

随着高端装备制造、海洋工程、环保等战略性新兴产业的崛起和壮大，对工作在高温、超高温、强腐蚀、磨损工况下的基础件提出了新的需求。应对此类特殊需求，根本途径在于采用新材料，其中工程陶瓷材料、特种合金和不锈钢材料将是首选；发展这些材料制品的批量制备和生产高技术将成为此类基础件制造的核心技术。为此，本所着力开发了陶瓷部件净尺寸成型技术、热等静压技术、精加工技术、厚壁异形件制备技术、精密结构陶瓷注射成型技术以及多种耐高温、高耐蚀合金和特种不锈钢成套制备、生产等具有自主知识产权的核心技术。在此基础上，形成了走在全国前列的基础件精品：

形成了氮化硅轴承球系列，(球径0.8mm-73.0mm)，产品的质量和性能处全国领先地位；在高端产品市场上，特别是较大尺寸的陶瓷球，已占主导地位，并已开始进入国际市场。小尺寸陶瓷球主要用于陶瓷轴承，大尺寸陶瓷球主要用于油田泵阀等。由于陶瓷轴承可满足高速、高温、真空、腐蚀、不导磁等工作环境的要求，具有高速运转发热小、性能稳定、精度高、寿命长、耐瞬时缺油润滑能力强等优异性能，在机械、化工、石油开采以及航空航天产业中替代全钢轴承有着越来越广的应用前景。

开发和生产了一批氧化物陶瓷精密结构陶瓷基础件，如阀片、阀座、柱塞，轨道交通车辆刹车系统电阻器用抗扭力陶瓷配件，惯性导航仪器用无磁性骨架、支撑电极等精密件等，充分发挥了工程陶瓷材料的特性，解决了一批金属材料难以胜任的基础件制造难题。

为了提高在高温、腐蚀环境下工作的金属基础件，如法兰、弹簧、阀板、阀座、管道、紧固件等的使用寿命，本所形成了可稳定生产的七类近四十个品种的特种金属材料系列：纯镍、铜镍合金、镍铬铁合金、镍铬钼合金、镍钼合金以及特种不锈钢和耐热结构钢系列。这些高技术材料制成的板材、管材、丝材、焊材以及中小型铸锻件产品，不仅为机械、石油化工、煤炭等产业大量引进装备零部件和基础件的自主生产提供了重要支撑，而且在适应产业发展对材料新需求上，发挥了积极推动作用。

4、优化选材用材是提升工模具技术能级的关键技术

提升工模具的功效和使用寿命，用材技术是关键之一。近年来，随着高端装备制造、大客机制造、新能源汽车、高速铁路和城市轨道交通等新兴产业的迅速发展，各种高强度、高韧性、难加工材料应用越来越多，越来越广，如镍基高温合金、双相不锈钢、高强度铝合金、铝镁合金、高锰钢以及各种纤维增强复合材料，堆焊、喷涂材料等等。这就对硬质合金刀具提出了更高要求。面向新的需求，本所针对高锰钢、不锈钢、铝合金、钛合金的切削加工，着力开发和优化了多种多元硬质合金材料，取得了较好的使用效果。如制造的整形钢轨铣刀使用寿命是国际某著名品牌刀具的两倍，铁路道岔加工用铣刀也取得了满意的使用效果；针对铝镁合金、铝钛合金、耐高温合金、耐腐蚀合金的制造加工，开发了准纳米级超细硬质合金材料，其性能达国际先进水平，在汽车零部件钻削加工中取得了良好的使用效果。

在汽车、机械、电子、仪表、标准件、工具等行业中存在的模具寿命低、早期失效等问题，据我们的调查，对量大面广的中小型冷作模具、热作模具以及塑料模具，主要来源于选才不当、材质不佳和处理工艺的缺陷。因此，这十多年我们工作重点放在推广一批(十多种)性能好、热加工工艺易控制的模具钢的工业应用，以及根据模具的使用工况合理选材服务上，通过选好材、用好材、充分发挥材料的潜力，在推动上百家企业提高模具使用寿命上取得了显著的效果。对一些特殊用途的模具，在已有的模具钢系列基础上，推出了新品种，如无磁模具钢国家标准仅有70Mn一个品种，难以滿足电机和仪表行业的发展要求，先后开发了50Mn、60Mn等系列产品以及易切削无磁模具钢，并取得了满意的使用效果。

5、基础材料是发展新型基础件的引导技术

近年来，本所在发展基础材料中，也着力开发了具有阻尼等特殊功能的新材料，如超高分子量聚乙稀、硅油、新型三层复合材料以及低屈服钢等材料。这些新材料推动了非机械用基础件，如重大工程建设用的支座、阻尼器等消能减震产品的发展。应用这些消能减震产品也已成为保证桥梁、机场、高层建筑等重大工程以及轨道交通、储气罐等城市大型公共场所安全可靠运行的必备举措。本所已建设了年生产能力达到2000套的高端消能减震产品生产线，批量生产的产品已应用于上海浦东磁悬浮列车运行线，应用于超百幢建筑，桥梁建设用的阻尼器在市场上已占一半，并已开始进入国际市场。在此基础上，目前，正在进一步发展减振技术，以期形成机械消能减振新型机械基础件产品。

二、发展建议

工信部发布的“三基”产业“十二五”发展规划指出：“三基”是装备制造业赖以生存和发展的基础，其水平直接决定着重大装备和主机产品的性能、质量和可靠性；而其中的基础材料，一方面是装备制造，特别是高端装备制造的支撑；另一方面材料技术的重大突破，对制造业也将带来深刻的影响和变化。但是，基础材料长期以来不适应制造业发展的需求、缺少基础材料的骨干企业和主导研发机构、科技创新资源呈散点状分布、长效的产学研合作的创新体系尚未形成，政府的引导和投入不足，因此，成为“三基”产业中最薄弱的领域，制约了主机产品和基础件的发展。为此，建议：

1、加强政府引导，建立统筹协调机制

发展基础材料是一项涉及面很广的系统工程，不仅研制难度大、技术要求高、开发周期长、投资力度大，而且涉及到众多的装备制造和材料生产企业、高等院校和科研院所。为了加强宏观统筹协调，建议在国家层面成立推进“三基”工作领导组，并分设基础材料推进领导小组。该组织将按国家战略部署和产业发展需求，提出推进专用基础材料发展的行动计划；重大科技攻关立项的决策和统一协调攻关进程；提出包括逐年增加政府投入力度在内的促进基础新材料科技发展的举措，以推动新材料科技创新平稳较快的发展。

2、完善科技创新体系建设，推进基础材料发展

为了提升基础材料自主创新能力，需要进一步发挥企业在新材料科技攻关过程中的领衔功能以及高等院校、研究院所的技术支撑功能；要充分发挥转制研究院所在发展关键技术、共性技术，推进行业技术进步和成果商品化中的支撑作用。为此，建议通过汇聚科技资源，建设以“基础材料技术创新联盟”为主导的与制造业发展相适应的基础材料科技创新体系，它具备以自主创新技术，解决重大材料科技问题和新材料及器件制品的自行设计工艺流程、质量控制与评价的综合能力。这将对基础材料的发展起重要的推动作用

3、完善技术创新支撑体系建设，营造良好技术创新环境

为了加速创新进程，降低开发成本，在不断提升已建立的技术创新公共服务平台功能的基础上，针对目前发展基础材料创新和产业化实施中的薄弱环节，建立面向高端装备制造和机械基础件制造产业的“基础材料测试和评价公共服务平台”和“选材用材公共服务平台”，以推动基础材料行业的技术进步。