探尋汽車零部件再制造產(chǎn)業(yè)的專利技術(shù)

　　在全球能源形勢(shì)日益緊張、節(jié)能環(huán)保勢(shì)在必行的發(fā)展潮流下，使用制造成本及消費(fèi)成本較低的再制造產(chǎn)品具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。再制造產(chǎn)品的質(zhì)量和性能可達(dá)到甚至超過新品，而成本只有新品的50%，節(jié)能達(dá)到60%，節(jié)材達(dá)到70%，對(duì)環(huán)境的不良影響與制造新品相比顯著降低。我國(guó)作為名副其實(shí)的汽車生產(chǎn)、消費(fèi)和保有量大國(guó)，汽車零部件市場(chǎng)潛力巨大，汽車零部件再制造產(chǎn)業(yè)大有可為。

　　在多種再制造技術(shù)中，激光熔覆技術(shù)作為一種先進(jìn)的表面工程技術(shù)，具有全冶金結(jié)合、熱影響小、過程控制優(yōu)異、高效環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)成為汽車零部件再制造技術(shù)的研究熱點(diǎn)。激光熔覆技術(shù)的原理是通過不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置涂層材料，經(jīng)激光輻照使之和基體表面薄層同時(shí)熔化，快速凝固形成稀釋度極低、與基體成冶金結(jié)合的表面涂層，從而提升基體表面的耐磨、耐蝕、耐熱和抗氧化等性能。筆者在中國(guó)專利文摘數(shù)據(jù)庫和世界專利文摘數(shù)據(jù)庫對(duì)該領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)行專利檢索，分析相關(guān)專利情況，以期為行業(yè)提供參考。

　　國(guó)外發(fā)展迅速，日趨成熟

　　國(guó)外汽車零部件再制造產(chǎn)業(yè)較為成熟，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家依托良好的工業(yè)基礎(chǔ)和先進(jìn)的科技成果，將再制造成形技術(shù)與工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)控制技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)等有機(jī)集成，研發(fā)出先進(jìn)的成套設(shè)備，并在汽車零部件再制造成形領(lǐng)域成功應(yīng)用。歐美的汽車零部件再制造產(chǎn)品占到汽車售后市場(chǎng)近一半的份額，再制造產(chǎn)品質(zhì)量較高，其相應(yīng)的設(shè)計(jì)及制造工藝具有與新品相同的功能，且持久耐用。

　　激光熔覆再制造技術(shù)的出現(xiàn)，最早可追溯到上世紀(jì)70年代。1974年，美國(guó)人Gnanamuthu最先利用激光在金屬基體上熔覆了一層金屬，并提交了專利申請(qǐng)（公開號(hào)：SE7415173A）。1981年，英國(guó)勞斯萊斯公司通過激光熔覆技術(shù)實(shí)現(xiàn)了航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的修復(fù)（公開號(hào)：GB2105624A），這也標(biāo)志著激光熔覆技術(shù)開始應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，自此激光熔覆技術(shù)引起廣泛的關(guān)注和大量的研究，相關(guān)成果不斷涌現(xiàn)。

　　隨著激光熔覆技術(shù)的逐漸成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域拓展至汽車零部件的再制造。1988年，日本豐田汽車公司率先采用激光熔覆技術(shù)修復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門，并提交了專利申請(qǐng)（公開號(hào)：US4787736A）。該技術(shù)采用激光作為熱源，將耐磨合金Stellite No.32熔覆在鐵基材料的氣門表面，提高氣門的耐腐蝕及耐磨性能。隨后，日本豐田汽車公司又進(jìn)一步提交激光熔覆技術(shù)修復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)氣門座、汽車天窗、發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射閥等一系列專利申請(qǐng)，形成比較完善的汽車再制造技術(shù)體系。其中，具有代表性的專利（公告號(hào)：JP4702252B2）公開了一種修復(fù)用定位系統(tǒng)，用于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋的閥座修復(fù)，該定位系統(tǒng)具有能夠檢測(cè)氣缸蓋旋轉(zhuǎn)位置的傳感器和相應(yīng)的計(jì)算裝置，能夠修正加工時(shí)產(chǎn)生的偏差，提高激光熔覆的加工精度。專利申請(qǐng)（公開號(hào)：JP2009184003A）公開了一種燃料噴射閥的制造方法，激光在規(guī)定部位形成通孔，通過控制裝置精確地控制燃料噴射量以及激光照射時(shí)間，實(shí)現(xiàn)修復(fù)平面光滑如初。

　　美國(guó)研發(fā)的LENS系統(tǒng)及其基于激光熔覆技術(shù)的再制造成形技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了汽缸、軋輥和活塞等多種汽車零部件的快速再制造成形，并降低了成本。例如通用電氣公司提交的專利申請(qǐng)（公開號(hào)：US2009/0256007A1），該技術(shù)公開了一種燃料噴嘴的修復(fù)方法，通過搭載LENS系統(tǒng)，采用直接金屬激光燒結(jié)工藝，實(shí)現(xiàn)在不拆卸燃料噴嘴組件的情況下進(jìn)行低成本修復(fù)?；裟犴f爾公司提交的專利申請(qǐng)（公告號(hào)：US7009137B2）公開了一種激光熔覆修復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片磨損表面的技術(shù)，通過特殊的鋪粉方式，使得激光和粉末通過不同的對(duì)準(zhǔn)軸撞擊在磨損表面，實(shí)現(xiàn)修復(fù)過程中超合金的低消耗，極大地降低渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的修復(fù)成本。

　　國(guó)內(nèi)后起之秀，不容小覷

　　國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)起步較晚，但勢(shì)頭強(qiáng)勁，特別是“十二五”規(guī)劃以來國(guó)家出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)政策，給再制造行業(yè)注入動(dòng)力，2012年起國(guó)內(nèi)相關(guān)專利申請(qǐng)量增長(zhǎng)突飛猛進(jìn)。

　　國(guó)內(nèi)汽車零部件激光再制造領(lǐng)域較為成熟的專利技術(shù)多集中于高校和科研院所，主要涉及激光熔覆工藝規(guī)劃、送粉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熔覆材料選擇、熱影響分析等。其中，華中科技大學(xué)的曾曉雁等人提交了名為“一種自動(dòng)送粉激光感應(yīng)復(fù)合熔覆方法及裝置”的專利申請(qǐng)（公開號(hào)：CN1011125394A），將激光束與高頻電磁感應(yīng)加熱耦合起來，采用自動(dòng)送粉器將熔覆粉末送至工件表面的激光輻照區(qū)域，合金粉末在激光束的作用下瞬間發(fā)生熔化，形成合金層，熔覆效率比常規(guī)激光熔覆提高1倍至10倍，粉末利用率超過90%。西安交通大學(xué)的張安峰等人提交了名為“基于激光增材制造的高熔點(diǎn)高熵合金球形粉末的制備方法”的專利申請(qǐng)（公告號(hào)：CN107096923B），其制備的熔體粉末可以解決高熔點(diǎn)金屬單質(zhì)粉末在激光增材制造成形過程中，由于熔點(diǎn)相差較大導(dǎo)致元素?zé)龘p率不同，以及多元素造成的成分顯微偏析和消極的共晶等一系列問題，能夠快速精密制造出耐高溫且耐磨的航空航天專用零件、高性能渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件。江蘇大學(xué)的任旭東等人提交了名為“一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的激光修復(fù)再制造方法”的專利申請(qǐng)（公開號(hào)：CN105862028A），其采用預(yù)置式激光熔覆工藝，先對(duì)曲軸的損傷區(qū)進(jìn)行處理，再在損傷區(qū)表面涂敷吸收層，在約束層的保護(hù)下，對(duì)損傷區(qū)進(jìn)行激光沖擊處理，該工藝方法能夠顯著提高材料的疲勞強(qiáng)度和使用壽命，有效延長(zhǎng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的工作壽命。

　　在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)從事汽車再制造技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用的公司也不斷涌現(xiàn)。沈陽大陸激光成套設(shè)備有限公司提交的專利申請(qǐng)（公告號(hào)：CN103194745B），其采用激光再制造技術(shù)對(duì)汽車減速箱殼體進(jìn)行修復(fù)，使得耐磨性能和使用壽命均得到大幅提高。無錫翼龍航空設(shè)備有限公司提交的專利申請(qǐng)（公開號(hào)：CN103481529A），涉及一種汽車再制造輪胎生產(chǎn)工藝，能夠增加高速度級(jí)汽車輪胎的循環(huán)利用。上海車功坊智能科技股份有限公司提交的專利申請(qǐng)（公開號(hào)：CN109973916A），涉及一種汽車車燈再制造工藝，保證再制造車燈的合格率，具有較高的參考及應(yīng)用價(jià)值。

　　把握機(jī)遇，厚積薄發(fā)

　　目前，國(guó)內(nèi)汽車零部件激光再制造技術(shù)還局限于零部件表面磨損、腐蝕等局部修復(fù)，實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合具有局限性。筆者建議，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)汽車零部件三維快速再制造技術(shù)研發(fā)與相應(yīng)的專利布局，并注重專利布局的系統(tǒng)性?，F(xiàn)階段，汽車零部件激光再制造技術(shù)產(chǎn)業(yè)化程度較低，先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和高科技成果難以有效轉(zhuǎn)化，應(yīng)當(dāng)促進(jìn)并引導(dǎo)高校和科研院所參與成果轉(zhuǎn)化，減少成果浪費(fèi)。同時(shí)應(yīng)當(dāng)推動(dòng)企業(yè)與高校、科研院所合作開展技術(shù)研發(fā)，集中資源重點(diǎn)研發(fā)能滿足市場(chǎng)需求、有較強(qiáng)市場(chǎng)生命力的高價(jià)值專利技術(shù)。

 　　汽車零部件再制造行業(yè)前景廣闊，未來可期，各科研力量、實(shí)業(yè)團(tuán)體若能適應(yīng)形勢(shì)發(fā)展需要，把握機(jī)遇，同心合力，共同推動(dòng)我國(guó)向汽車再制造強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。