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《激光修复层高温摩擦磨损性能试验球-盘法》标准立项与发展研究报告

EnglishTitle:ResearchReportontheProposalandDevelopmentoftheStandardTestMethodforHigh-TemperatureFrictionandWearPerformanceofLaser-CladdingRepairLayers—Ball-on-DiscMethod

摘要

激光修复技术作为一项先进的再制造与表面工程技术，通过高能激光束实现修复材料与基体的冶金结合，已广泛应用于冶金、石化、电力、船舶等工业领域高端装备关键零部件的尺寸恢复与性能提升。随着装备向高温、高压、高速等极端工况发展，激光修复层在高温摩擦环境下的服役可靠性成为制约其进一步工程化应用的核心问题。然而，国内外长期以来缺乏针对激光修复层高温摩擦磨损性能测试的统一标准，导致各研究机构与企业采用的试验设备、程序、参数及评价方法各异，数据可比性与工程指导价值严重不足，甚至可能引发工程误判。

本报告旨在系统阐述《激光修复层高温摩擦磨损性能试验球-盘法》国家/行业标准立项的必要性、紧迫性及其核心内容。报告详细分析了当前激光修复技术发展面临的标准化瓶颈，明确了本标准制定的目的与重要意义。报告界定了标准的适用范围，并深入剖析了其主要技术内容，包括对试样制备、试验设备（特别是高温模块）、关键试验参数（载荷、速度、温度、距离）的规范化要求，以及针对激光修复层特性（如密度难测、高温氧化、磨屑黏附）提出的、以体积磨损量为核心的精确测量与计算方法。

本标准的制定与实施，将首次为激光修复材料的高温摩擦学性能评价提供科学、统一、可重复的试验方法依据。它将有效规范科研与工程实践，提升数据可信度与可比性，为评估修复零部件的服役安全性与寿命预测提供关键数据支撑，从而有力推动激光修复技术的标准化、规模化与高水平应用，对保障国家重大装备运行安全、促进循环经济和绿色发展具有显著的经济与社会效益。

关键词：激光修复；高温摩擦磨损；球-盘法；标准化；试验方法；体积磨损量；服役安全

Keywords:LaserCladdingRepair;High-TemperatureFrictionandWear;Ball-on-DiscMethod;Standardization;TestMethod;VolumetricWearLoss;ServiceSafety

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正文

一、立项背景与目的意义

激光修复技术，亦称激光熔覆或激光增材再制造，是一种基于高能激光束的先进表面工程技术。该技术通过将同步输送的熔覆材料（粉末或丝材）与基体表面薄层同时熔化，快速凝固后形成与基体呈致密冶金结合的修复层，从而实现零部件损伤部位的尺寸精确恢复及其表面性能（如耐磨、耐蚀、耐高温）的显著提升甚至超越原设计水平。

近十余年来，面向高温、高压、高转速、高精度和高附加值（“五高”）旋转与往复运动关键设备的激光修复技术取得了飞速发展。该技术因其热输入小、变形可控、结合强度高、材料选择灵活等优势，已赢得冶金（如连铸辊、热轧辊）、石化（如压缩机转子、反应器部件）、电力（如汽轮机叶片、锅炉管壁）以及舰船动力等高端装备制造与运维行业的高度青睐，成为再制造工程的核心技术之一。

然而，修复后零部件的性能，尤其是其在模拟实际工况下的耐磨性，直接关系到装备的服役安全与运行周期。许多激光修复部件，如冶金连铸设备、热连轧生产线辊件及各类动力设备中的摩擦副，其典型服役环境涉及高温。在此条件下，材料的摩擦磨损机制与室温下迥然不同，氧化、软化、相变等因素交互作用，使得高温摩擦磨损性能成为评价其适用性的关键指标。因此，建立针对激光修复层的高温摩擦磨损性能评价体系至关重要。

目前，球-盘摩擦副配置是实验室研究材料摩擦学性能最常规、最普及的试验机型之一，广泛装备于高等院校、科研院所及企业的研发检测部门，用于基础科学研究和工程材料性能评价。但遗憾的是，由于缺乏专门的技术标准，当前各机构在进行激光修复层高温摩擦磨损测试时，在试验设备选型、试样制备规范、试验程序设定、关键参数（如载荷、速度、温度、时间/距离）选择以及最终磨损量的表征与计算方法上均存在较大差异。例如，部分研究仍采用质量损失法来表征磨损，这在高温试验中极不科学，因为它无法排除试样因高温氧化导致的增重以及磨屑粘附带来的质量变化影响。即便采用体积损失法，其所依赖的测量仪器（如二维轮廓仪、三维形貌仪）、截面选取与计算模型也各不相同，导致不同来源的实验数据之间缺乏可比性。这种混乱状态给科研人员的学术交流、技术开发人员的工艺优化以及工程人员的选材决策带来了极大困扰，甚至可能因数据误读导致严重的工程