1. 仿生表面織構起源

傳統摩擦學認為光滑表面具有較低摩擦力和磨損，反之，非光滑表面會帶來較大的摩擦力和磨損。而自然界進化過程中，某些生物的表面微觀結構具有優異的自潤滑和抗磨減磨性能，如鯊魚皮表面微溝槽表現的超低流體阻力，穿山甲表面微結構的優異耐磨抗磨性能。因此，如能掌握其機理，則可進行工業應用。

2. 鉆頭軸承及壓裂泵柱塞密封系統仿生織構潤滑減磨設計及應用

• 織構化鉆頭軸承

鉆頭作為破碎巖石形成井眼的重要工具之一，在高溫高壓、沖擊動載及貧脂潤滑的惡劣環境下，其核心部件鉆頭滑動軸承易發生黏著磨損從而最終導致鉆頭整體失效破壞，亟需降耗增壽的新技術來為其安全、可靠使用和延壽經濟運行保駕護航。

發明了基于多物理場耦合的超快激光精準高效制備的冰霜輔助超快激光刻蝕分束技術（US17026096，ZL202011229792.1），形成了鉆頭軸承軸徑曲面仿生織構的納秒/皮秒的激光加工與表征評價方法；目前正在與中國科學院上海光學精密機械研究所和中石化江鉆石油機械有限公司開展鉆頭軸承織構工業化的超快激光加工與質量檢測流水線建設和現場應用研究測試，可滿足織構化鉆頭2000支的年產量需求。

建立了織構鉆頭軸承潤滑減磨性能優化設計的理論研究與實驗測試評價方法(ZL201310416270.6，ZL201710973537.X，.ZL201810946598.1）。以摩擦系數、磨損量、油膜厚度、溫升和無量綱承載能力等為評價指標，基于理論研究、單元實驗和全尺寸的臺架實驗，模擬測試工況下初步優選的圓形、橢圓形、人字形溝槽織構可使鉆頭軸承減磨性能和壽命提升50%以上。

• 織構化柱塞密封系統

柱塞動密封系統是油氣增產壓裂作業實施中壓裂泵裝備的關鍵部件之一，其在超高壓、沖擊動載及交變往復運動工況下，壓裂泵柱塞動密封系統易發生磨損失效而導致密封刺漏等失效，是制約壓裂泵工作性能、可靠性和作業成本的關鍵因素， 亟需創新的設計方法來提升壓裂泵柱塞動密封系統的壽命及可靠性。

發明了柱塞表面仿生織構大尺寸拼接刻蝕工藝規劃及參數優化設計方法（ZL201910892024.5）， 創新研發了柱塞織構批量化激光分束加工的軟件控制系統和配套夾具系統。

發明了表面織構化壓裂泵柱塞及其動密封系統性能抗磨減磨性能優化設計的理論研究與試驗測試評價方法(ZL201310423514.3)，基于理論模擬、單元及全尺寸臺架實驗，初步優選的圓形和橢圓形織構布置于壓裂泵柱塞表面可實現柱塞動密封系統的摩擦系數和溫升降低45%以上，壽命延長30%以上，目前正在與中石油第四石油機械有限公司和中油國家鉆井裝備工程技術研究中心有限公司開展現場應用試驗測試。

3. 未來應用前景及市場規模預測

該技術垂直應用領域為油氣勘探開發裝備、油氣集輸裝備、通用機械裝備的潤滑、密封、抗沖蝕與減阻等領域，摩擦消耗了一次能源的1/3以上，80%的裝備失效是由磨損引起的。兩者造成的損失相當于GDP2%-7%，2019年我國的GDP為99萬億元，按5%計算約為4.95萬億元。