近日，依托中國科學院西安光學精密機械研究所孵化的硬科技公司中科中美官宣，正式向市場推出8000W級超高速激光熔覆設備，填補了國產自主大功率超高速激光熔覆的空白，向未來國產自主超高速激光熔覆設備突破萬瓦邁出了堅實的的一步。此前公司已成功推出國產首臺6千瓦內孔高速激光熔覆設備，引領行業(yè)進入了“激光內孔修復技術”新時代。為我國鋼鐵、石油、化工、電力、鐵路、船舶、礦山、航空的等領域的設備表面涂層和損壞修復提供了先進的加工工具。

我國每年因設備損壞經濟損失逾千億元

歷經幾十年的發(fā)展，我國制造業(yè)從“一無所有”，發(fā)展成為享譽全球的“制造業(yè)大國”。如今我國制造業(yè)正由“制造業(yè)大國”轉向“制造業(yè)強國”。在此過程中，國外大批的高精尖設備引入我國，應用于鋼鐵、航空航天、船舶、煤炭等各領域。設備歷經長周期復雜工況條件下的服役，因腐蝕、磨損和疲勞等因素，所有設備均存在使用中的損傷或失效，部分設備處于報廢或帶病工作狀態(tài)。而常規(guī)的技術和工藝方法不能進行設備修復，也不敢輕易動及關鍵的、價值貴重的設備，稍有失誤將可能造成設備失效和損壞。我國至今擁有數萬億元的設備資產，每年因磨損、腐蝕及失效或報廢引發(fā)產線停產造成的損失愈千億元。

超高速激光熔覆技術將革命性替代傳統(tǒng)的涂層工藝

在煤礦、石油開采、電力、船舶、紡織、鋼鐵等工業(yè)制造領域，機械設備受高溫、高濕、酸堿環(huán)境影響，普遍會出現腐蝕、磨損等損傷。為延長使用壽命，一般會在工件外表鍍一層特殊的粉末涂層，以提高對熱度、潮濕、侵蝕性化學物質及金屬碎屑和飛濺物的抗腐蝕、抗損傷性能。目前市面上普遍采用電鍍、熱噴涂及堆焊工藝進行處理。電鍍工藝大到高鐵輪船裝備，小至鑰匙、紐扣，已涉及工業(yè)生活的方方面面，占據了工業(yè)制造表面處理的半壁江山。但電鍍會產生嚴重的“三廢”污染，即水污染、大氣污染及固體廢物污染，對人體和環(huán)境危害巨大。電鍍過程中產生的硬鍍鉻廢水含有大量的鉻離子，毒性大，可引起人體呼吸系統(tǒng)損害、內臟損傷、皮膚潰瘍。我國電鍍行業(yè)每年排放近4億噸含重金屬的廢水、5萬噸固體廢物、3000億立方米酸性廢氣。僅以北京市為例，每年排放450萬噸含重金屬廢水，近千噸的固體廢物和危險廢物。熱噴涂及堆焊工藝與電鍍類似，也屬于傳統(tǒng)型污染制造工藝，對人體健康及環(huán)境影響都較大。

如今在煤礦、石油開采、電力、船舶、紡織等工業(yè)制造領域，隨著環(huán)保部門的不定期、高頻率的檢查，電鍍、熱噴涂等傳統(tǒng)鍍層生產線的使用率越來越低，環(huán)保壓力日益趨緊。迫切需要一種環(huán)保、高效的金屬表面處理工藝來全面替代。超高速激光熔覆因效率高、節(jié)能環(huán)保、無污染，成為了最理想的替代工藝，將最有希望成為革命性替代傳統(tǒng)的鍍層工藝。

超高速激光熔覆較電鍍工藝優(yōu)勢明顯：人力成本低（加工20000㎡構件電鍍需要140人，超高速激光熔覆6-10人）；初期投入成本低；鍍層效果好。高速激光熔覆與噴涂相比，粉末與基材融合效果好，結合力更強。鍍層更致密、組織更細小、成分更均勻、耐蝕性和耐磨性更好。激光熔覆技術目前已在在鋼鐵冶金、工程機械、石油器械、航空航天等行業(yè)廣泛應用，正在逐步替代傳統(tǒng)電鍍、電噴涂、電堆焊等傳統(tǒng)工藝。

激光熔覆技術已成為投資熱點領域

20世紀80年代伴隨著激光技術和材料技術的發(fā)展，激光熔覆技術出現并獲得初步了發(fā)展，2015年以來該行業(yè)獲得爆發(fā)式增長。國內各大科院機構（中科院、機械研究總院、煤炭科學技術研究院、清華大學、北京航空航天大學、華中科技大學）以及煤炭機械、工程機械、造紙、汽車、航空航天、軍工、船舶制造等各大頭部企業(yè)對該項技術持續(xù)性投入和研究，激光熔覆技術已發(fā)展為與3D打印技術并列的投資熱點領域。已被列為我國“中國制造2025”的重大戰(zhàn)略規(guī)劃發(fā)展方向之一。

激光熔覆不僅可以使損傷的設備零部件恢復外形尺寸,還可以使其使用性能達到甚至超過新品的水平。是重大工程裝備修復新的發(fā)展方向。目前超高速激光熔覆技術已率先在煤機行業(yè)實現了大批量應用，其他行業(yè)在逐步驗證實用階段。據煤炭業(yè)內人士統(tǒng)計，預計未來激光熔覆工藝將替代70%電鍍工藝市場份額。并指出，產業(yè)發(fā)展前景非常廣闊，激光熔覆加工產業(yè)的產值可達1900億元。激光熔覆技術作為激光再制造產業(yè)的核心應用必將大規(guī)模產業(yè)化并取得巨大的社會效益。

超高速激光熔覆將實現萬瓦級新突破

超高速激光熔覆作為一種最新的金屬表面功能涂層制造技術，具有較高的熔覆效率、較好的涂層平整度和較低的綜合成本，得到了市場的高度認可。超高速激光熔覆的特點是“薄、平、快”，對新品制造或者對涂層厚度的要求較低（<1.0mm）時，具有其他工藝無法比擬的優(yōu)勢。目前市場上高速激光熔覆的激光功率主要在4000W-6000W的功率水平。

據中科中美創(chuàng)始人段開椋介紹，公司獨家推出的8000W級超高速激光熔覆設備，是利用全球獨家擁有的中心送粉技術，可以完全解決大功率設備熔覆噴頭長時間工作的安全性、可靠性問題。2021年前后將會推出超萬瓦功率的超高速激光熔覆設備。

據了解，目前超高速激光熔覆設備國內參與企業(yè)不多，整個行業(yè)處于培育階段，無上市公司，主要參與企業(yè)包括德國的弗勞恩霍夫、亞琛科技、中科煜宸、輝銳光電、必盛激光、鐳速激光等幾家企業(yè)，市場占有率目前無具體數據統(tǒng)計。大多數企業(yè)外采激光器，再集成熔覆設備，沒有核心部件的自主研發(fā)實力。普遍是低功率激光熔覆表面熔覆工藝設備，無法有效解決大功率超高速激光熔覆設備安全、長時間穩(wěn)定運行的難題及內孔熔覆的應用。

隨著國產超高速激光熔覆技術的進一步升級，各行業(yè)應用規(guī)模的倍數增長，未來萬瓦級以上超高速激光熔覆設備將為鋼鐵、冶金、煤機、機械、磨具等領域設備的金屬表面處理和修復提供更為先進的工具。加快對傳統(tǒng)金屬表面鍍層工藝的全面替代，助力國家“碳達峰、碳中和”目標的實現。