激光熔覆在农机修复强化中的

应用现状

我国是世界上屈指可数的农业大国之一，随着改革开放的步伐不断加快，我国开始大规模地推广农业机械化、自动化发展。据统计，在2000年我国农机化程度已经达到了48％。但是由于我国农业机械化制造工艺和水平较低，因此产品可靠性、安全性、耐用性、适应性等与发达国家仍存在较大差距。尤其农业机械关键零部件直接影响了其使用寿命，类似旋耕刀、收割机刀盘、开沟器等刃具类关键耐磨件的失效大大增加了维修成本，同时也严重影响了农业机械的工作效率；现在的大多数农业机械的维修只是简单的拆装和换件，不仅增加了农机企业的经营成本，也阻碍了农业机械化在我国的推广普及。

对于发展相对缓慢的传统农业，将先进的激光技术应用于农业领域，其中最引人注目当属用于农业机械修复强化的激光熔覆技术。

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。

激光熔覆技术与传统的加工工艺相比有以下特点：

• 熔覆层与基体能形成冶金结合；

• 基体受到的热影响小，不易变形；

• 熔覆层的稀释率低，节约昂贵的熔覆材料；

• 熔覆层的厚度大小可以控制；

• 可以修复零部件的特定部位及其他方法难以处理的部位。

在对农业机械的零部件进行熔覆修复前，需要对农业机械零部件的表面进行预处理。由于农业机械的工作环境恶劣，农机零部件的表面往往会带有泥土、油污、水分、肥料、农药、铁锈、氧化层等，因而，相较于其他领域的零部件修复更为复杂。针对农业机械的零部件，一般操作是对触土耕作部件要先用水冲去表面泥垢，若受损表面的污垢比较牢固，可以采用机械喷砂的方法进行清理，而对发动机、转轴等零部件则先用清洁剂清洗掉油污。之后将待熔覆面用砂纸打磨后并用丙酮清洗干净，避免在进行激光熔覆时表面污渍进入熔覆层造成缺陷，影响熔覆层的质量和性能。

传统农机修复的主要技术是热处理、渗铬处理、电弧喷等，但它们均难以达到农业机械所需的耐磨、耐腐蚀、无污染等要求。随着激光熔覆技术的不断发展、制备的熔覆涂层性能也越来越优异；因此，学者们开始了激光熔覆技术在农机修复强化中的应用研究。激光熔覆技术除了可以用来对损坏的零件进行修复以外，还能用来对已有的农业机械零部件进行性能强化。

早在2009年，我国研究人员就对旋耕刀表面激光处理进行了探索，通过设计正交试验和进行极差分析，发现影响基体表面强化效果的主要依次是激光功率＞扫描速度＞光斑直径，材料经激光表面熔覆后，基体组织明显细化，并在熔覆区形成许多较细小高碳马氏体，使得显微硬度上升，从而提高了旋耕刀的抗磨磨损性能。之后通过设计优化实验比较普遍热处理、激光热处理和激光熔覆单重表面改性技术对割草机刀片使用寿命的延长效果，得到激光熔覆优于前两者。

因此，探索农业机械关键零部件的先进修复技术和性能改进手段，对于改进农机服役性能，延长其使用寿命具有十分重要的实际意义。

超高速激光熔覆，也称为EHLA （Extreme High Speed Laser Cladding），由德国Fraunhofer ILT 发明，被誉为当前可替代电镀技术最具竞争力的工艺，因其为工业界带来的革新性技术进步。超高速激光熔覆技术本质上改变了粉末的熔化位置，使粉末在工件上方就与激光交汇发生熔化，随之均匀涂覆在工件表面。 ACunity作为Fraunhofer ILT的孵化企业，率先将超高速激光熔覆技术引进中国市场，在中国成立亚琛联合科技（天津）有限公司，已建设成为集激光加工、智能装备集成、工艺研发为一体的国际化研发平台，为客户提供从材料、工艺、测试、装备、加工到规模化产线生产的全生产链专业服务与坚定支持。