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高端装备制造产业

需求背景

电机转子作为整个电机系统中的核心部件之一，是实现电能与机械能相互转换装置。激光熔覆技术由于能力密度高、加工过程清洁无污染、方便快捷和低成本等特点在绿色再制造领域备受青睐。本项目对目前电机转子在工作过程中因磨损失效而导致整个电机报废的现状，采用同轴送粉半导体激光熔覆再制造技术，以电机转子轴材料为基体，利用激光熔覆再制造专用粉末作为实验材料制备出再制造层，对电机转子易磨损、易疲劳等关键问题的进行工艺实验研究，探究合金粉末、激光功率、扫描速率和送粉速率等工艺参数对熔覆层宏观形貌的影响、微观缺陷、组织的影响和力学性能的影响机理。本项目对机械金属零部件的修复再利用有具有重要的理论和实际意义，对耐磨损、耐疲劳、使用寿命更长电机的再制造具有促进作用。申请人及团队成员参与过多项国家级、省部级科研项目的相关研究工作，为本次申请的实施奠定了良好的研究基础。预计本项目制备的激光熔覆再制造层与基体相比，其各强度提高10%以上，平均摩擦系数和磨损量分别为基体的65%和40%左右，修复后的电机转子使用寿命延长一倍。从经济性角度，熔覆一只电机转子从工艺材料到检测其成本不超过一只电机的价格的30%，就电机购买支出一项就可节约采购成本60%-65%。

需解决的主要技术难题

本项目瞄准激光与材料相互作用的规律，基于电磁学原理，研究激光再制造的不同因素对电机转子性能的影响，在此基础上，就材料力学性能、残余应力、耐磨损、抗气蚀等后续问题进行研究，并在电机转子实物上制备出均匀的高性能涂层，具体研究内容如下:

课题一：半导体激光熔覆再制造合金粉末对大型电机转子熔覆层组织的影响机理

为了达到修复后满足使用的效果，在粉末选择上应满足基材与熔覆层为冶金结合、结合面良好无气孔、确保基体与熔覆材料的结合力、避免在使用过程中发生剥离的要求，实验选用具有合适的粒度、球形度高、流动性好、松装比大、元素均匀、熔点及热膨胀系数与母材相匹配等特点的三种钴基合金材料、镍基合金材料、铁基合金粉末作为熔覆材料。研究具有不同物理及化学特性的合金粉末材料对激光熔覆层气孔、裂纹、应力缺陷及晶粒尺寸、溶质分布等微观组织的影响机理。    

课题二：半导体激光熔覆再制造技术工艺参数对熔覆层宏观形貌、缺陷及微观组织的影响机理研究

通过研究激光与材料的相互作用，明确激光作用过程中材料微观组织的影响因素，研究激光功率、扫描速率、送粉速率、光斑大小等不同工艺参数影响因素与微观组织之间的作用关系、影响机理，并初步得到各影响因素的合理取值范围。

课题三：半导体激光熔覆再制造大型电机转子熔覆层力学、耐磨、耐蚀性能研究

研究激光熔覆再制造后的力学性能(残余应力、拉伸性能、弯曲性能、抗冲击性能)与材料微观组织的相互影响问题，最终实现电机转子的再制造。通过前面课题熔覆专用粉末的研究，工艺参数优化设计研究，完成再制造层和基体的综合性能测试，最终获得高强度、耐磨、耐腐蚀、长寿命、低成本的再制造零件。

期望实现的主要技术目标

1.激光熔覆再制造层强度提高10%以上；

2.制备的激光熔覆再制造层与基体相比，其各强度提高10%以上，平均摩擦系数和磨损量分别为基体的65%和40%；

处理进度