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(tǒng)的熔覆激光技術(shù)相比，超高速激光熔覆技術(shù)的工作效率要快上百倍。”看到這項新技術(shù)時，機械科學(xué)研究總院先進制造技術(shù)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(shù)引入國內(nèi)，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(tǒng)熔覆技術(shù)大規(guī)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(chǎn)業(yè)的技術(shù)?！?

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

“黨的十九大報告提出，要建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展的經(jīng)濟體系。構(gòu)建市場導(dǎo)向的綠色技術(shù)創(chuàng)新體系，推進資源全面節(jié)約和循環(huán)利用?！蓖蹴递x說，淘汰落后污染產(chǎn)能，是工業(yè)制造企業(yè)必須面對的一道關(guān)卡，進行綠色環(huán)保的技術(shù)轉(zhuǎn)型升級勢在必行。

環(huán)保問責(zé)倒逼技術(shù)轉(zhuǎn)型

我國是世界上最大的煤礦液壓支架生產(chǎn)國，不僅滿足國內(nèi)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(yè)成本而言也是一個極大的負(fù)擔(dān)。

“在煤機液壓支架的再加工方面，傳統(tǒng)電鍍工藝給企業(yè)帶來的環(huán)保壓力非常大，并且使用電鍍技術(shù)鍍層在質(zhì)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(zé)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(jīng)濟已由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，正處在轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、優(yōu)化經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)換增長動力的攻關(guān)期。必須堅持質(zhì)量第一、效益優(yōu)先，加快建設(shè)制造強國，加快發(fā)展先進制造業(yè)，促進我國產(chǎn)業(yè)邁向全球價值鏈中高端，培育若干世界級先進制造業(yè)集群。

超高速激光熔覆技術(shù)

事實上，早在多年以前，不斷加大污染企業(yè)、設(shè)備的關(guān)停力度，就已經(jīng)給制造生產(chǎn)商們帶來了很大的沖擊。與北京煤礦機械裝備有限責(zé)任公司一樣，近些年在國家節(jié)能環(huán)保政策的指導(dǎo)下，許多企業(yè)已經(jīng)紛紛著手進行技術(shù)轉(zhuǎn)型升級，不斷加大環(huán)保方面的工作力度，通過新技術(shù)新工藝的研發(fā)應(yīng)用，從根本上提升制造過程的環(huán)保水平，實現(xiàn)智能制造、綠色制造。

“盡管有行內(nèi)人士認(rèn)為現(xiàn)階段鍍硬鉻技術(shù)也很成功，但事實上現(xiàn)在普遍使用的三氧化鉻(CrO3)，又稱六價鉻(Cr6+)，連同其他有鉻成分的物質(zhì)被歐盟委員會于2013年定義為對人體有害物質(zhì)，同時規(guī)定這些物質(zhì)只能在獲得歐洲化學(xué)品總署的特殊且有限期認(rèn)證后才能使用?！弊钤缣岢龀咚偌す馊鄹布夹g(shù)的德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所(Fraunhofer ILT)的孵化企業(yè)亞琛聯(lián)合科技公司(ACunity GmbH)總裁洪臣表示，基于以上考慮，歐盟國家可能會不允許在金屬部件中使用鍍硬鉻，由此便迫切需要另一種工藝來替代鍍硬鉻。

“超高速激光熔覆技術(shù)完成的熔覆涂層冶金質(zhì)量高、稀釋率低、變形小、表面光潔度高，屬于先進環(huán)保的再制造加工技術(shù)，在工業(yè)再制造領(lǐng)域能極大地減少企業(yè)的后續(xù)機加工成本，能有效延長產(chǎn)品使用周期，為企業(yè)節(jié)省大量后期維修費用。”王淼輝表示。

中德合作共研熔覆技術(shù)

說起第一次與德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所和亞琛聯(lián)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(lǐng)域的王淼輝而言，超高速激光熔覆技術(shù)無疑在他的興趣范圍之內(nèi)?！拔覈秶抑虚L期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》(2006—2020年)提出，自主創(chuàng)新可以有3種實現(xiàn)形式：原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進吸收消化再創(chuàng)新?！蓖蹴递x認(rèn)為，超高速激光熔覆技術(shù)屬于先進制造、增材制造、綠色制造領(lǐng)域，是“中國制造2025”的重大戰(zhàn)略規(guī)劃發(fā)展方向之一。“通過引進德國先進工藝技術(shù)，形成研究基礎(chǔ)、研發(fā)資源、市場應(yīng)用等多方面的優(yōu)勢互補，并在國內(nèi)市場中加以驗證推廣，形成產(chǎn)業(yè)化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化，繼而進行二次研發(fā)改進，這對于我國實現(xiàn)‘中國制造2025規(guī)劃’有很好的實踐意義。”

據(jù)介紹，該技術(shù)最早由德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所提出，亞琛聯(lián)合科技公司作為其孵化的創(chuàng)新企業(yè)圍繞該技術(shù)開展了一系列的市場化拓展性研發(fā)，對核心裝備進行改良與升級。當(dāng)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(yè)推廣此項技術(shù)，消化吸收再創(chuàng)新，針對我國的市場需求，研發(fā)配套的工藝、裝備、材料和應(yīng)用驗證，并建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系。

超高速激光熔覆技術(shù)制備液壓活塞桿耐蝕涂層

一個是在高性能3D打印用金屬粉末材料方面有著雄厚的理論研究和技術(shù)基礎(chǔ)，在關(guān)鍵技術(shù)上處于國內(nèi)領(lǐng)先國際先進水平；一個是國際上最頂尖的應(yīng)用型激光技術(shù)研究所之一，在激光增材制造、激光熔覆、激光材料加工等方向取得了杰出成果。2013年，經(jīng)過深度交流，雙方一拍即合，隨即開展了聯(lián)合研究工作。

今年，在德國弗勞恩霍夫應(yīng)用促進協(xié)會年度科學(xué)技術(shù)獎勵大會中，超高速激光熔覆技術(shù)榮獲了Fraunhofer科技創(chuàng)新獎。這一獎勵表明，該技術(shù)在工程產(chǎn)業(yè)中實現(xiàn)推廣應(yīng)用，是增材制造領(lǐng)域革命性的突破。與此同時，今年中國機械科學(xué)研究總院與德國弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所共同申請承擔(dān)了國家重點研發(fā)計劃戰(zhàn)略性國際科技創(chuàng)新合作重點專項——“大型金屬構(gòu)件超高速激光熔覆及其粉末制備關(guān)鍵技術(shù)研究與示范應(yīng)用”項目。其中，德方負(fù)責(zé)裝備開發(fā)，中方負(fù)責(zé)工藝與材料開發(fā)，并分別在國內(nèi)外典型產(chǎn)品上實現(xiàn)應(yīng)用。

王淼輝表示：“通過中德合作，我們引進吸收德國先進制造裝備與技術(shù)，針對中國市場的產(chǎn)品特色開發(fā)相應(yīng)的配套材料與工藝，同時將我們的粉末產(chǎn)品銷往歐洲。這一優(yōu)勢互補可進一步推動超高速激光熔覆技術(shù)在‘一帶一路’沿線國家的應(yīng)用?！?

成果轉(zhuǎn)化市場前景廣闊

“我們希望用超高速激光熔覆技術(shù)直接對接中國的市場需求，實現(xiàn)綠色先進制造，在節(jié)省生產(chǎn)成本的同時，提高產(chǎn)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(shù)速率是0.5—2米/分鐘，而超高速激光熔覆技術(shù)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(shù)的另一個優(yōu)點是：目前可以在零件表面制備大規(guī)模的同成分涂層，這將有可能生產(chǎn)出在生命周期內(nèi)不會磨損的創(chuàng)新零件。”

目前，北京煤礦機械裝備有限責(zé)任公司正計劃與中國機械科學(xué)研究總院以及亞琛聯(lián)合科技公司開展三方戰(zhàn)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(shù)進行工藝研發(fā)。該技術(shù)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(jīng)通過標(biāo)準(zhǔn)鹽霧試驗測試(GBT 10125-2012)，耐腐蝕性評級達到國標(biāo)(GB_T6461-2002)9級水平。

“我們有產(chǎn)品升級和制造技術(shù)提升、淘汰落后技術(shù)的需要。超高速激光熔覆技術(shù)在高質(zhì)量性能基礎(chǔ)上的高效率、成本適中和制造過程中的綠色環(huán)保，以及技術(shù)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(fù)合性能材料研發(fā)、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(yīng)用前景，將進一步提升我國制造行業(yè)的水平?！?

經(jīng)過半年的奮戰(zhàn)，全球第一臺超高速激光熔覆設(shè)備已由亞琛聯(lián)合科技公司按照中國機械科學(xué)研究總院先進制造技術(shù)研究中心的技術(shù)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(chǎn)?！跋嘈挪痪么蠹揖涂梢钥吹匠咚偌す馊鄹布夹g(shù)在國內(nèi)的應(yīng)用實例?！蓖蹴递x認(rèn)為，超高速激光熔覆技術(shù)的發(fā)明是增材技術(shù)發(fā)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(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)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，如果超高速激光熔覆技術(shù)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(shù)百萬平方米，市場需求份額可達數(shù)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(shù)研發(fā)，在冶金軋輥、海工裝備、汽車制造等行業(yè)繼續(xù)推廣這一綠色再制造技術(shù)，同時也將進一步往智能制造領(lǐng)域拓展，未來可實現(xiàn)智能自動化生產(chǎn)，從而減少人力成本。”王淼輝說。