我國是世界上***的農(nóng)業(yè)大國之一，隨著改革開放的步伐不斷加快，我國開始大規(guī)模地推廣農(nóng)業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2000年我國農(nóng)機(jī)化程度已經(jīng)達(dá)到了48%。但是由于我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化制造工藝和水平較低，因此產(chǎn)品可靠性、安全性、耐用性、適應(yīng)性等與發(fā)達(dá)***仍存在較大差距。尤其農(nóng)業(yè)機(jī)械關(guān)鍵零部件直接影響了其使用壽命，類似旋耕刀、收割機(jī)刀盤、開溝器等刃具類關(guān)鍵耐磨件的失效大大增加了維修成本，同時(shí)也嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作效率；現(xiàn)在的大多數(shù)農(nóng)業(yè)機(jī)械的維修只是簡單的拆裝和換件，不僅增加了農(nóng)機(jī)企業(yè)的經(jīng)營成本，也阻礙了農(nóng)業(yè)機(jī)械化在我國的推廣普及。

對于發(fā)展相對緩慢的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，將***的激光技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，其中***引人注目當(dāng)屬用于農(nóng)業(yè)機(jī)械修復(fù)強(qiáng)化的激光熔覆技術(shù)。

激光熔覆是一種對基材的表面改性技術(shù)。通過預(yù)先設(shè)定熔覆路徑，利用激光輻照使熔覆材料和基體表層在激光經(jīng)過之處快速熔化成熔池、然后快速凝固成一層具有冶金結(jié)合、稀釋度低的熔覆層，從而能夠?qū)C(jī)械零部件進(jìn)行原位修補(bǔ)，或改善原來基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化等性能的熔覆工藝方法。

激光熔覆技術(shù)與傳統(tǒng)的加工工藝相比有以下特點(diǎn)：

熔覆層與基體能形成冶金結(jié)合；

基體受到的熱影響小，不易變形；

熔覆層的稀釋率低，節(jié)約昂貴的熔覆材料；

熔覆層的厚度大小可以控制；

可以修復(fù)零部件的特定部位及其他方法難以處理的部位。

在對農(nóng)業(yè)機(jī)械的零部件進(jìn)行熔覆修復(fù)前，需要對農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件的表面進(jìn)行預(yù)處理。由于農(nóng)業(yè)機(jī)械的工作環(huán)境惡劣，農(nóng)機(jī)零部件的表面往往會帶有泥土、油污、水分、肥料、農(nóng)藥、鐵銹、氧化層等，因而，相較于其他領(lǐng)域的零部件修復(fù)更為復(fù)雜。針對農(nóng)業(yè)機(jī)械的零部件，一般操作是對觸土耕作部件要先用水沖去表面泥垢，若受損表面的污垢比較牢固，可以采用機(jī)械噴砂的方法進(jìn)行清理，而對發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)軸等零部件則先用清潔劑清洗掉油污。之后將待熔覆面用砂紙打磨后并用***清洗干凈，避免在進(jìn)行激光熔覆時(shí)表面污漬進(jìn)入熔覆層造成缺陷，影響熔覆層的質(zhì)量和性能。

傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)修復(fù)的主要技術(shù)是熱處理、滲鉻處理、電弧噴等，但它們均難以達(dá)到農(nóng)業(yè)機(jī)械所需的耐磨、耐腐蝕、***等要求。隨著激光熔覆技術(shù)的不斷發(fā)展、制備的熔覆涂層性能也越來越優(yōu)異；因此，學(xué)者們開始了激光熔覆技術(shù)在農(nóng)機(jī)修復(fù)強(qiáng)化中的應(yīng)用研究。激光熔覆技術(shù)除了可以用來對損壞的零件進(jìn)行修復(fù)以外，還能用來對已有的農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件進(jìn)行性能強(qiáng)化。

早在2009年，我國研究人員就對旋耕刀表面激光處理進(jìn)行了探索，通過設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)和進(jìn)行極差分析，發(fā)現(xiàn)影響基體表面強(qiáng)化效果的主要依次是激光功率＞掃描速度＞光斑直徑，材料經(jīng)激光表面熔覆后，基體組織明顯細(xì)化，并在熔覆區(qū)形成許多較細(xì)小高碳馬氏體，使得顯微硬度上升，從而提高了旋耕刀的抗磨磨損性能。之后通過設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)比較普遍熱處理、激光熱處理和激光熔覆單重表面改性技術(shù)對割草機(jī)刀片使用壽命的延長效果，得到激光熔覆優(yōu)于前兩者。

因此，探索農(nóng)業(yè)機(jī)械關(guān)鍵零部件的***修復(fù)技術(shù)和性能改進(jìn)手段，對于改進(jìn)農(nóng)機(jī)服役性能，延長其使用壽命具有十分重要的實(shí)際意義。

與工業(yè)機(jī)械、航空航天、汽車等***制造領(lǐng)域相比，農(nóng)業(yè)機(jī)械制造總是滯后于它們。為促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，需加強(qiáng)激光熔覆技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械修復(fù)與強(qiáng)化上的應(yīng)用。借鑒其他領(lǐng)域的***技術(shù)研究成果，為農(nóng)業(yè)機(jī)械的修復(fù)與強(qiáng)化提供研究方向。因此，為提高農(nóng)業(yè)機(jī)械在復(fù)雜的土壤環(huán)境下的可靠性，可以從以下4個(gè)方面進(jìn)行研究：原位修復(fù)；提高耐磨性；提高耐腐蝕性；提高硬度。

原位修復(fù)：農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用強(qiáng)度高，工作環(huán)境條件差，許多農(nóng)機(jī)零部件在長期使用中處于超負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)，因此很容易出現(xiàn)塑性變形、磨損、裂紋、腐蝕等問題。原位修復(fù)是指對缺損的零部件進(jìn)行特定的處理使其恢復(fù)原有尺寸，而激光熔覆是主要的原位修復(fù)技術(shù)之一，由于其修復(fù)的零件具有不易變形、冷卻速度快、精度高、性能***等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在農(nóng)業(yè)機(jī)械修復(fù)領(lǐng)域中得到了廣泛地應(yīng)用。比如，齒輪部件在農(nóng)機(jī)運(yùn)行的過程中，會受到較強(qiáng)的交變應(yīng)力的影響，容易導(dǎo)致飛邊、啃齒、變形等問題，采用激光熔覆技術(shù)則可以使缺損的齒輪恢復(fù)原有的尺寸。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，激光熔覆修復(fù)后的齒輪不僅能夠正常作業(yè)，而且齒輪的抗沖擊性能、硬度、耐磨性等性能也得到了較大地提升。

此外，軸類部件也是農(nóng)業(yè)機(jī)械中經(jīng)常需要修復(fù)的零部件之一。軸類部件除了會受交變應(yīng)力的作用，還會受到摩擦磨損的影響，且摩擦磨損的影響更為顯著，這也是致使其損壞的主要原因。農(nóng)機(jī)的工作環(huán)境較為惡劣，內(nèi)部的轉(zhuǎn)軸在長期旋轉(zhuǎn)過程中，高硬度的泥沙顆粒滲入其中形成磨損，從而造成區(qū)域性深度劃痕，劃痕增強(qiáng)磨粒的作用，進(jìn)而加劇損傷進(jìn)程，形成惡性循環(huán)。應(yīng)用激光熔覆技術(shù)對軸承進(jìn)行原位修復(fù)，能夠填補(bǔ)劃痕并恢復(fù)轉(zhuǎn)軸的表面形貌。激光熔覆技術(shù)所制備的涂層的厚度較薄，作業(yè)人員能有效地對熔覆涂層進(jìn)行厚度控制，從而保證被修復(fù)零部件的幾何公差和尺寸精度。

提高耐磨性：農(nóng)業(yè)機(jī)械中的磨損一般分為粘附磨損和磨粒磨損，其中磨粒磨損是***常見的。磨粒磨損是零部件表面與相對較硬的磨料顆粒發(fā)生摩擦出現(xiàn)的磨損。在耕作過程中直接接觸的土壤或沙粒都會造成嚴(yán)重的磨損。提高耐磨性的熔覆材料有很多，其中鐵基熔覆材料是農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用***多***廣泛的一種。鐵基合金因與農(nóng)機(jī)零部件基材成分相近，有良好的冶金結(jié)合，且涂層具有較高的耐磨性、較低的成本，得到了廣泛地應(yīng)用。單鐵基合金也存在熔點(diǎn)高、合金自熔性差、抗氧化性差、流動(dòng)性不好、氣孔夾渣較多等缺點(diǎn)。后來為了改善鐵基合金，添加B和SI元素的Fe基自熔性合金能進(jìn)一步提升耐磨性能。另外，在熔覆材料中加入稀土元素能改善熔覆涂層的耐磨性能。將熔覆合金粉末按化學(xué)成分CeO2配比進(jìn)行機(jī)械混合，在鋼基體表面制備熔覆涂層，得到的熔覆層原位反應(yīng)生成陶瓷硬質(zhì)相，組織致密，無氣孔和裂紋，耐磨性能得到顯著提高。稀土元素能顯著改善熔覆層的顯微結(jié)構(gòu)，細(xì)化枝晶組織，其中把握合理的稀土元素添加量是關(guān)鍵，稀土元素的適量添加才能保證熔覆層耐磨性能的有效提高。

提高耐腐蝕性：農(nóng)業(yè)機(jī)械耕作部件經(jīng)常在農(nóng)藥、化肥、有機(jī)肥等潮濕且具有腐蝕性環(huán)境中工作，從而加速農(nóng)機(jī)具的損壞。激光熔覆粉末成分將直接影響熔覆層的耐腐蝕性，在耐腐蝕性能的研究探索中，鎳基自熔性合金粉末在激光熔覆材料中的研究***突出，普遍應(yīng)用于局部要求耐腐蝕構(gòu)件的修補(bǔ)。隨著研究的深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)在熔覆過程中外場條件的添加和控制對熔覆層耐腐蝕性能有顯著的影響。在45鋼表面激光熔覆制備Fe60合金涂層，外加機(jī)械振動(dòng)和磁場的復(fù)合場裝置進(jìn)行輔助，在復(fù)合場作用下涂層中Fe-Cr固溶體含量得到有效提升，顯著提高了涂層的耐腐蝕性，為進(jìn)一步優(yōu)化激光熔覆強(qiáng)化農(nóng)機(jī)的工藝提供了指導(dǎo)方向。

提高硬度：因土壤下會存在較大型的石塊和植物根莖，旋耕刀、圓盤耙這類耕作部件在翻耕犁地的過程中可能會遇到大的沖擊而受到損害，這就對農(nóng)業(yè)機(jī)械的硬度有更高的要求。有學(xué)者以45鋼為基體材料，在硬度方面上對Fe60合金和Ni60合金的熔覆層進(jìn)行了比較研究。在同等激光功率及送粉量的條件下，Ni60合金熔覆涂層的硬度較高，但存在較多的裂紋缺陷，而Fe60合金結(jié)合區(qū)硬度高，整體硬度分布平緩，形成良好的冶金結(jié)合，且無明顯缺陷，與鎳基合金相比較，鐵基合金粉末綜合性能理想，更適合45鋼的激光熔覆表面處理。后來，對Fe60合金的熔覆層的微觀組織和性能進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，單道熔覆的Fe60合金熔覆層組織主要由等軸晶、富含Ni、Cr、Si的枝狀晶和柱狀晶組成。適當(dāng)?shù)募す馊鄹补に嚳刂茖?shí)現(xiàn)了熔覆層快速熔化、快速凝固，形成非平衡、亞結(jié)晶狀態(tài)的枝狀共晶組織，Si原子的固溶強(qiáng)化和激光處理后組織的細(xì)晶強(qiáng)化作用，形成了平整、致密、熱影響小的***熔覆層，顯著提高了涂層硬度。

激光熔覆硬質(zhì)相顆粒近年來受到人們的廣泛關(guān)注，硬質(zhì)相顆粒包括WC，NbC，TiC，Tac和Vc等。WC顆粒的加入對提高基體的顯微硬度有積極的作用。Ma等使用激光熔覆技術(shù)制備了Ni60/WC復(fù)合涂層，涂層具有共晶組織特征，并且具有高硬度。硬質(zhì)增強(qiáng)的金屬基復(fù)合涂層由于兼具高的硬度和一定的塑性應(yīng)變能力，已被廣泛應(yīng)用于具有磨損工況的各類機(jī)械零件表面。

激光熔覆硬質(zhì)相顆粒近年來受到人們的廣泛關(guān)注，硬質(zhì)相顆粒包括WC，NbC，TiC，Tac和Vc等。WC顆粒的加入對提高基體的顯微硬度有積極的作用。Ma等使用激光熔覆技術(shù)制備了Ni60/WC復(fù)合涂層，涂層具有共晶組織特征，并且具有高硬度。硬質(zhì)增強(qiáng)的金屬基復(fù)合涂層由于兼具高的硬度和一定的塑性應(yīng)變能力，已被廣泛應(yīng)用于具有磨損工況的各類機(jī)械零件表面。

激光熔覆技術(shù)經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的研究，在***制造領(lǐng)域已經(jīng)積累了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)理論。而由于農(nóng)業(yè)機(jī)械自身的特點(diǎn)、工作對象的復(fù)雜性，其制造、修復(fù)和強(qiáng)化手段要滯后于***制造領(lǐng)域。因此，激光熔覆技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械修復(fù)強(qiáng)化的研究與應(yīng)用起步較晚，基本處于涂層材料制備工藝和耐磨耐蝕防護(hù)性能的初級研究階段。為實(shí)現(xiàn)激光熔覆技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械修復(fù)強(qiáng)化領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，今后可以從以下三個(gè)方向進(jìn)行研究：

1.借鑒***制造業(yè)行業(yè)積累的研究成果，結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械修復(fù)強(qiáng)化的實(shí)際生產(chǎn)狀況，，改變農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造水平低、發(fā)展速度慢的現(xiàn)狀。

2.研發(fā)適用于農(nóng)業(yè)機(jī)械修復(fù)與強(qiáng)化的新型復(fù)合材料粉末。在已有的材料體系上，結(jié)合農(nóng)業(yè)機(jī)械的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出適合不同工況的***熔覆材料粉末體系。

3.激光熔覆是多種工藝參數(shù)共同作用下的結(jié)果，選擇合適的工藝參數(shù)組合才能獲得***佳性能的熔覆涂層。因此，研究工藝參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有其非常重要的實(shí)際意義。

盡管目前激光熔覆技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械修復(fù)與強(qiáng)化的應(yīng)用還存在一定的困難，但是可以相信，在科研工作者的共同努力下，在不久的將來，激光熔覆技術(shù)可以走出實(shí)驗(yàn)室，廣泛應(yīng)用于農(nóng)用機(jī)械修復(fù)與強(qiáng)化領(lǐng)域，為我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程提供了強(qiáng)有力的保障。