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激光高速熔覆技術:為中國綠色制造再添新動能

作者:網站管理員     發布時間:2020-08-17      瀏覽次數:


激光高速熔覆就像一束光,直直射向噴涂表面,上下兩個椎體對稱交織,短短不到兩小時便迅速完成了20米長的柱狀鍍層。

“和傳統的熔覆激光技術相比,激光高速熔覆技術的工作效率要快上百倍?!笨吹竭@項新技術時,機械科學研究總院先進制造技術研究中心(CAMTC)所長王淼輝掩飾不住興奮,在他看來,如果能將該項技術引入國內,將極大地解決我國長期以來存在的電鍍污染問題,同時制約傳統熔覆技術大規模推廣的最大瓶頸——效率也將迎刃而解?!斑@是最有可能成為替代電鍍等污染型產業的技術?!?/p>

在很長一段時間內,我國傳統的工業制造加工或者再修復,往往都需要通過電鍍技術。電鍍技術雖然曾一度在金屬表面防護、裝飾加工等方面發揮了很大的作用,并且在電子工業、通信、軍工航天等領域也有大量的功能性電鍍技術應用,但其長期以來帶來的污染問題讓許多制造企業頭疼不已。

“黨的十九大報告提出,要建立健全綠色低碳循環發展的經濟體系。構建市場導向的綠色技術創新體系,推進資源全面節約和循環利用?!蓖蹴递x說,淘汰落后污染產能,是工業制造企業必須面對的一道關卡,進行綠色環保的技術轉型升級勢在必行。


環保問責倒逼技術轉型

我國是世界上最大的煤礦液壓支架生產國,不僅滿足國內各煤礦使用,而且出口美國、德國、澳大利亞、俄羅斯、印度、東南亞等國。然而液壓支架的核心部件立柱、千斤頂均需要進行表面防腐和耐磨等處理,在制造和維修兩個方面每年需要處理的量就有近百萬平方米之多,這對于企業成本而言也是一個極大的負擔。

“在煤機液壓支架的再加工方面,傳統電鍍工藝給企業帶來的環保壓力非常大,并且使用電鍍技術鍍層在質量、性能以及大修周期、修理費用等使用后期的成本維護方面也存在許多缺陷?!北本┟旱V機械裝備有限責任公司工藝研究院院長杜春海坦言。

黨的十九大報告提出,我國經濟已由高速增長階段轉向高質量發展階段,正處在轉變發展方式、優化經濟結構、轉換增長動力的攻關期。必須堅持質量第一、效益優先,加快建設制造強國,加快發展先進制造業,促進我國產業邁向全球價值鏈中高端,培育若干世界級先進制造業集群。


激光高速熔覆


中德合作共研熔覆技術

說起第一次與德國弗勞恩霍夫激光技術研究所和亞琛聯合科技公司的接觸,王淼輝至今印象深刻。

對于長期深耕增材制造領域的王淼輝而言,激光高速熔覆技術無疑在他的興趣范圍之內?!拔覈秶抑虚L期科學和技術發展規劃綱要》(2006—2020年)提出,自主創新可以有3種實現形式:原始創新、集成創新和引進吸收消化再創新?!蓖蹴递x認為,超高速激光熔覆技術屬于先進制造、增材制造、綠色制造領域,是“中國制造2025”的重大戰略規劃發展方向之一?!巴ㄟ^引進德國先進工藝技術,形成研究基礎、研發資源、市場應用等多方面的優勢互補,并在國內市場中加以驗證推廣,形成產業化、智能化、標準化,繼而進行二次研發改進,這對于我國實現‘中國制造2025規劃’有很好的實踐意義?!?/p>

據介紹,該技術最早由德國弗勞恩霍夫激光技術研究所提出,亞琛聯合科技公司作為其孵化的創新企業圍繞該技術開展了一系列的市場化拓展性研發,對核心裝備進行改良與升級。當王淼輝團隊前去考察時,敏銳的洞察力迅速讓他決定在特定行業推廣此項技術,消化吸收再創新,針對我國的市場需求,研發配套的工藝、裝備、材料和應用驗證,并建立相應的標準體系。


激光高速熔覆


成果轉化市場前景廣闊

“我們希望用超高速激光熔覆技術直接對接中國的市場需求,實現綠色先進制造,在節省生產成本的同時,提高產品的使用周期?!边@正是洪臣選擇來中國的初衷。他介紹:“普通的激光熔覆技術速率是0.5—2米/分鐘,而激光高速熔覆技術可達到50—200米/分鐘,鍍層速度至少提高了100倍。超高速激光熔覆技術的另一個優點是:目前可以在零件表面制備大規模的同成分涂層,這將有可能生產出在生命周期內不會磨損的創新零件?!?/p>

目前,北京煤礦機械裝備有限責任公司正計劃與中國機械科學研究總院以及亞琛聯合科技公司開展三方戰略合作,針對煤機液壓支架立柱表面的耐腐蝕涂層制備技術進行工藝研發。該技術以10倍以上的效率在零件基體上制備了不同厚度的耐腐蝕涂層,已經通過標準鹽霧試驗測試(GBT 10125-2012),耐腐蝕性評級達到國標(GB_T6461-2002)9級水平。

“我們有產品升級和制造技術提升、淘汰落后技術的需要。激光高速熔覆技術在高質量性能基礎上的高效率、成本適中和制造過程中的綠色環保,以及技術今后的拓展空間讓我們感興趣?!倍糯汉1硎?,“其在增材制造、零件再制造以及復合性能材料研發、高端零件價值性能提升和降低成本等方面都有著廣闊的應用前景,將進一步提升我國制造行業的水平?!?/p>

經過半年的奮戰,全球第一臺激光高速熔覆設備已由亞琛聯合科技公司按照中國機械科學研究總院先進制造技術研究中心的技術需求交付完成,第一臺樣機將用于中德雙邊開展大量的可行性研究以及小批量生產?!跋嘈挪痪么蠹揖涂梢钥吹郊す飧咚偃鄹布夹g在國內的應用實例?!蓖蹴递x認為,激光高速熔覆技術的發明是增材技術發展歷程中的革命性一步,它在未來將會極大地刺激金屬3D打印技術的產業化應用。

2015年全球鍍硬鉻市場約為136億4000萬美元,而熱噴涂市場達75億6000萬美元。保守計算,如果激光高速熔覆技術可以捕捉到10%份額的市場,這種新工藝就可以擁有20億歐元的年市場容量。

“煤機液壓支架立柱表面涂層的年需求量可達數百萬平方米,市場需求份額可達數十億元。今后中德合作雙方還將著眼于高耐磨性涂層的超高速激光熔覆技術研發,在冶金軋輥、海工裝備、汽車制造等行業繼續推廣這一綠色再制造技術,同時也將進一步往智能制造領域拓展,未來可實現智能自動化生產,從而減少人力成本?!蓖蹴递x說。


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