关键零部件超硬材料激光高效熔覆技术

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提出背景激光熔覆技术是产品再制造的重要技术。激光熔覆是一种对基材的表面改性技术。通过预先设定熔覆路径，利用激光辐照使熔覆材料和基体表层在激光经过之处快速熔化成熔池、然后快速凝固成一层具有冶金结合、稀释度低的熔覆层，从而能够对机械零部件进行原位修补，或改善原来基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能的熔覆工艺方法。

国家关于推进再制造产业发展的意见（发改环资〔2010〕991号）指出再制造是指将废旧汽车零部件、工程机械、机床等进行专业化修复的批量化生产过程，再制造产品达到与原有新品相同的质量和性能。再制造是循环经济“再利用”的高级形式。为全面贯彻落实《循环经济促进法》，培育新的经济增长点，促进我国循环经济尽快形成较大规模，建设资源节约型环境友好型社会，现提出推进我国再制造产业发展的意见：加快发展再制造产业是建设资源节约型、环境友好型社会的客观要求。再制造与制造新品相比，可节能60%，节材70%，节约成本50%，几乎不产生固体废物，大气污染物排放量降低80%以上。再制造有利于形成“资源－产品－废旧产品－再制造产品”的循环经济模式，可以充分利用资源，保护生态环境。

加快发展再制造产业是培育新的经济增长点的重要方面。我国汽车、工程机械、机床等社会保有量快速增长，再制造产业发展潜力巨大。2008年汽车保有量达4957万辆（不含低速汽车），机床保有量达700多万台，14种主要型号的工程机械保有量达290万台。其中大量装备在达到报废要求后将被淘汰，新增的退役装备还在大量增加。发展再制造产业有利于形成新的经济增长点，为社会提供大量的就业机会。

加快发展再制造产业是促进制造业与现代服务业发展的有效途径。再制造是制造与修复、回收与利用、生产与流通的有机结合。汽车零部件再制造产品主要用于维修，既能提高维修技术质量，又能提高维修效率和效益。国外经验表明，当再制造零部件占维修配件市场的65%时，汽车维修速度将增加8倍。发展再制造产业还能使制造企业有能力投入更多精力进行新产品研发和设计，形成良性循环，对推动我国制造业的产业结构调整、产品更新换代、技术进步和人员素质提高十分有利。

研究内容

1、主要技术名称：关键零部件超硬材料激光高效熔覆技术

2、主要技术指标：熔覆层显微硬度600HV0.2～900HV0.2；耐磨性提高50%；耐疲劳30～50%；熔覆层硬度分布均匀性90～95%。

3、技术需求内容：分析研究激光功率、扫描速度、熔覆材料以及元素添加工艺参数对熔覆层性能的影响规律。利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）以及显微硬度计对熔覆层的表面形貌、显微组织、元素分布、相组成以及显微硬度进行系统分析。加工后熔覆层与基底的冶金结合能力，熔覆层应无组织裂纹，微观组织致密、残余压应力大、耐磨与抗疲劳性能最优。对熔覆层的相组成及组织进行判断和分析。主要内容如下：

（1）激光功率与扫描速度对熔覆层性能的影响研究

研究激光功率工艺参数主要分布在1600～1650W，扫描速度在425～440mm/min之间熔覆层特性。以平均显微硬度、磨损率来评估熔覆层的性能，通过调控激光工艺参数中的激光功率与扫描速度来分析工艺参数对熔覆层的影响规律。

（2）熔覆层性能的影响及强化机理研究

研究在添加了不同质量分数的熔覆物质对熔覆层的组织变化情况及性能的影响规律，分析熔覆层显微硬度、耐磨性及耐腐蚀性的相关机理。

（3）激光熔覆层多目标优化研究

进行多目标优化，获取各项性能最优的熔覆层加工工艺参数组合。利用多目标遗传算法优化缩小工艺参数优选范围，获取较优的熔覆层质量，各项指标与实际检测结果误差可控制在5.0%以内。

（4）再制造修复多道多层规划

分析激光功率、扫描速度对熔覆层几何特征的影响，建立熔覆层宽度、高度的几何预测模型；获取20%，30%，40%，50%，60%搭接率下熔覆层的宏观形貌与微观组织，确定最佳搭接率。在确定工艺参数确定的基础上,合理选取搭接率对典型“倒梯形”样件的修复，实现对多道多层熔覆层的规划。

考核指标

1.主要技术指标

熔覆层显微硬度600HV0.2～900HV0.2；耐磨性提高50%；耐疲劳30～50%；熔覆层硬度分布均匀性90～95%。

2.激光熔覆优化工艺2种。