在工業(yè)、能源、軍工、機(jī)械相關(guān)工廠(chǎng)和再制造等領(lǐng)域，生產(chǎn)環(huán)境惡劣，使用負(fù)荷重，導(dǎo)致一些重要的金屬零件發(fā)生腐蝕和磨損。為了延長(zhǎng)昂貴的生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命，需要預(yù)先對(duì)這些設(shè)備的金屬部件的外觀進(jìn)行處理或修復(fù)，于是激光熔覆作為修復(fù)金屬表面改性的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
什么是激光熔覆技術(shù)?激光熔覆是指將選定的涂層材料以不同的填充方式置于被涂覆的基體表面，經(jīng)激光照射后與基體表面的薄層同時(shí)熔化，并迅速凝固形成稀釋度極低的表面涂層，與基體材料形成冶金結(jié)合，從而顯著提高基體材料表面的耐磨性、耐腐蝕性、耐熱性、抗氧化性和電學(xué)特性，從而達(dá)到表面改性或修復(fù)的目的。
通俗地說(shuō)，包覆就是對(duì)破損的零配件進(jìn)行“整容”，從而達(dá)到煥然一新的目的。如果要用三個(gè)字來(lái)形容我們的熔覆水平，那么“長(zhǎng)壽命、高精度、低價(jià)格”再合適不過(guò)了。
與其他激光加工技術(shù)相比，激光熔覆技術(shù)在多樣性、延展性和適應(yīng)性等方面具有其他技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。激光熔覆技術(shù)既滿(mǎn)足了材料表面特定性能的要求，又節(jié)省了大量的貴重元素，因此在市場(chǎng)上很受歡迎。目前，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，激光熔覆技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在工業(yè)應(yīng)用方面，如航空航天、石油、造船、工程機(jī)械和核電等行業(yè)。
激光熔覆技術(shù)的應(yīng)用
01 航空航天領(lǐng)域
大型鋁合金的激光熔覆在國(guó)內(nèi)高校已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，是目前激光熔覆技術(shù)最顯著的成果之一。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片再制造市場(chǎng)巨大。葉片材料種類(lèi)多，技術(shù)含量高。切割修復(fù)后，需要在修復(fù)材料、探傷技術(shù)、壽命評(píng)估等方面做大量工作。這樣可以盡量避免花費(fèi)巨資從國(guó)外購(gòu)買(mǎi)新零件進(jìn)行后期維護(hù)。
02 石油勘探領(lǐng)域
在石油化工行業(yè)，由于設(shè)備長(zhǎng)期處于惡劣的工作環(huán)境中，容易造成零部件的嚴(yán)重腐蝕和嚴(yán)重磨損，從而導(dǎo)致大型、貴重零件的徹底報(bào)廢，如鉆鋌、無(wú)磁鉆鋌、扶正器、震擊器等。因此，在激光熔覆技術(shù)的復(fù)制作用下，可以恢復(fù)這些零件的原有性能，強(qiáng)化這些零件的使用壽命。
03 煤礦井田
在煤礦行業(yè)，由于工作環(huán)境惡劣，對(duì)煤礦機(jī)械零部件的性能要求更高。液壓立柱的主要失效形式是涂層劃傷和涂層剝落，這將嚴(yán)重影響產(chǎn)品的性能和使用壽命，需要整體修復(fù)。采用高污染的電鍍工藝，電鍍是我國(guó)逐步禁止的傳統(tǒng)工藝之一。立柱防腐表面采用激光熔覆不銹鋼層技術(shù)。激光熔覆液壓支架立柱是一項(xiàng)高端技術(shù)產(chǎn)品，有效提高了立柱的防腐性能，延長(zhǎng)了其使用壽命。因此，激光熔覆技術(shù)對(duì)液壓立柱的強(qiáng)化有很大的市場(chǎng)，也是國(guó)家支持的環(huán)保、可循環(huán)利用的高新技術(shù)，可以替代傳統(tǒng)的電鍍工藝。
04 電力工業(yè)
汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子軸頸磨損。此外，汽輪機(jī)末級(jí)和次末級(jí)葉片在長(zhǎng)期高溫工況下經(jīng)常出現(xiàn)空氣混濁。汽輪機(jī)是不便于運(yùn)輸?shù)拇笮驮O(shè)備，需要高可靠性的激光原位修復(fù)技術(shù)。
隨著我國(guó)核電事業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)核反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的要求越來(lái)越高。核電行業(yè)中的結(jié)構(gòu)件由于其工作環(huán)境和介質(zhì)的原因，會(huì)受到高溫、腐蝕、氧化等諸多不利影響，因此一些核心部件一直依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口。目前，中國(guó)核電產(chǎn)業(yè)發(fā)展正處于快車(chē)道，對(duì)核心部件國(guó)產(chǎn)化的要求越來(lái)越強(qiáng)烈。
激光熔覆技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)
目前國(guó)內(nèi)激光熔覆領(lǐng)域存在的問(wèn)題諸多，高校實(shí)驗(yàn)室不斷實(shí)驗(yàn)新工藝，卻找不到合適的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)真正的應(yīng)用驗(yàn)證。工廠(chǎng)和公司的激光熔覆工藝更新慢，沒(méi)有尖端科研做后盾。這種產(chǎn)、學(xué)、研的嚴(yán)重脫節(jié)制約了我國(guó)激光熔覆產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
激光熔覆的成本一直是制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素。設(shè)備投入，研發(fā)投入，人員成本，粉末成本等。激光熔覆產(chǎn)品價(jià)格高與單品成本高、大部分激光加工企業(yè)加工成本高密切相關(guān)。一兩套設(shè)備加工效率低，應(yīng)付不了大規(guī)模加工。十幾臺(tái)設(shè)備的加工效率很高，但是前期設(shè)備投入太大，沒(méi)有工作量的時(shí)候很多設(shè)備閑置，超出了一般企業(yè)的承受能力。激光熔覆合金粉的成本是除設(shè)備成本外的另一大開(kāi)支。小規(guī)模生產(chǎn)，粉體制造和采購(gòu)成本占產(chǎn)品成本的很大一部分。只有大量采購(gòu)和使用，才能降低整個(gè)產(chǎn)品的成本。同時(shí)，由于激光熔覆后的各種機(jī)械加工，實(shí)際熔覆層沒(méi)有初始熔覆層厚，所以必然要通過(guò)提高后續(xù)加工的精度和降低初始熔覆層的厚度來(lái)降低成本。山東能源機(jī)械集團(tuán)購(gòu)買(mǎi)了高速車(chē)床加工熔覆產(chǎn)品，在不降低產(chǎn)品性能的情況下，有效降低了熔覆層厚度。同時(shí)，研磨后的粉末和機(jī)械加工切屑可以回收再制成粉末，有效降低了熔覆成本。
雖然激光熔覆有很多優(yōu)點(diǎn)，最終會(huì)成為主流技術(shù)，但是目前市場(chǎng)上激光熔覆產(chǎn)品的價(jià)格并不能被大多數(shù)客戶(hù)接受，用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品性能的懷疑也大大阻礙了激光熔覆柱對(duì)電鍍柱的替代。
激光熔覆技術(shù)的發(fā)展前景
激光熔覆技術(shù)是一項(xiàng)具有高科技含量的表面改性技術(shù)與裝備維修技術(shù)，它是集材料制備和表面構(gòu)型為一體，是綠色再制造技術(shù)的重要支撐技術(shù)之一，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的高新技術(shù)，其研究和發(fā)展具有重要的理論意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
目前國(guó)內(nèi)有國(guó)盛激光等眾多企業(yè)都在研發(fā)激光熔覆技術(shù)，并且在技術(shù)研究上已經(jīng)取得一定的成果，正處于逐步走向工業(yè)化應(yīng)用的起步階段。隨著基礎(chǔ)研究工作的不斷深入，激光再制造技術(shù)的應(yīng)用范圍也將不斷擴(kuò)大。我國(guó)有幾萬(wàn)億元的設(shè)備資產(chǎn)，每年因磨損和腐蝕而使設(shè)備停產(chǎn)、報(bào)廢所造成的損失都愈千億元，這為激光再制造技術(shù)帶來(lái)了廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
此外，激光熔覆還可以應(yīng)用與鋼鐵冶金、汽車(chē)、工程機(jī)械、模具制造及船舶等其他行業(yè)，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。隨著“中國(guó)制造2025”發(fā)展規(guī)劃的不斷推進(jìn)，激光熔覆技術(shù)必將為廣大工業(yè)用戶(hù)所接受，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。