市場背景：與工業機械、航空航天、汽車等高端制造領域相比，農業機械制造總是滯后于它們。為促進農業現代化的發展，需加強激光熔覆技術在農業機械修復與強化上的應用。借鑒其他領域的先進技術研究成果，為農業機械的修復與強化提供研究方向。因此，為提高農業機械在復雜的土壤環境下的可靠性，可以從以下4個方面進行研究：原位修復；提高耐磨性；提高耐腐蝕性；提高硬度。

原位修復：農業機械的使用強度高，工作環境條件差，許多農機零部件在長期使用中處于超負荷運行的狀態，因此很容易出現塑性變形、磨損、裂紋、腐蝕等問題。原位修復是指對缺損的零部件進行特定的處理使其恢復原有尺寸，而激光熔覆是主要的原位修復技術之一，由于其修復的零件具有不易變形、冷卻速度快、精度高、性能優秀等優點，已經在農業機械修復領域中得到了廣泛地應用。比如，齒輪部件在農機運行的過程中，會受到較強的交變應力的影響，容易導致飛邊、啃齒、變形等問題，采用激光熔覆技術則可以使缺損的齒輪恢復原有的尺寸。通過實驗驗證，激光熔覆修復后的齒輪不僅能夠正常作業，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，軸類部件也是農業機械中經常需要修復的零部件之一。軸類部件除了會受交變應力的作用，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。農機的工作環境較為惡劣，內部的轉軸在長期旋轉過程中，高硬度的泥沙顆粒滲入其中形成磨損，從而造成區域性深度劃痕，劃痕增強磨粒的作用，進而加劇損傷進程，形成惡性循環。應用激光熔覆技術對軸承進行原位修復，能夠填補劃痕并恢復轉軸的表面形貌。激光熔覆技術所制備的涂層的厚度較薄，作業人員能有效地對熔覆涂層進行厚度控制，從而保證被修復零部件的幾何公差和尺寸精度。

提高耐磨性：農業機械中的磨損一般分為粘附磨損和磨粒磨損，其中磨粒磨損是最常見的。磨粒磨損是零部件表面與相對較硬的磨料顆粒發生摩擦出現的磨損。在耕作過程中直接接觸的土壤或沙粒都會造成嚴重的磨損。提高耐磨性的熔覆材料有很多，其中鐵基熔覆材料是農業機械領域內應用最多最廣泛的一種。鐵基合金因與農機零部件基材成分相近，有良好的冶金結合，且涂層具有較高的耐磨性、較低的成本，得到了廣泛地應用。單鐵基合金也存在熔點高、合金自熔性差、抗氧化性差、流動性不好、氣孔夾渣較多等缺點。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成分CeO2配比進行機械混合，在鋼基體表面制備熔覆涂層，得到的熔覆層原位反應生成陶瓷硬質相，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構，細化枝晶組織，其中把握合理的稀土元素添加量是關鍵，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：農業機械耕作部件經常在農藥、化肥、有機肥等潮濕且具有腐蝕性環境中工作，從而加速農機具的損壞。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最為突出，普遍應用于局部要求耐腐蝕構件的修補。隨著研究的深入，學者們發現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，外加機械振動和磁場的復合場裝置進行輔助，在復合場作用下涂層中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，為進一步優化激光熔覆強化農機的工藝提供了指導方向。

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，這就對農業機械的硬度有更高的要求。有學者以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合金結合區硬度高，整體硬度分布平緩，形成良好的冶金結合，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行了進一步的研究，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。適當的激光熔覆工藝控制實現了熔覆層快速熔化、快速凝固，形成非平衡、亞結晶狀態的枝狀共晶組織，Si原子的固溶強化和激光處理后組織的細晶強化作用，形成了平整、致密、熱影響小的優質熔覆層，顯著提高了涂層硬度。

激光熔覆硬質相顆粒近年來受到人們的廣泛關注，硬質相顆粒包括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制備了Ni60/WC復合涂層，涂層具有共晶組織特征，并且具有高硬度。硬質增強的金屬基復合涂層由于兼具高的硬度和一定的塑性應變能力，已被廣泛應用于具有磨損工況的各類機械零件表面。

激光熔覆技術經過近半個世紀的研究，在高端制造領域已經積累了大量的實驗數據和基礎理論。而由于農業機械自身的特點、工作對象的復雜性，其制造、修復和強化手段要滯后于高端制造領域。因此，激光熔覆技術在農業機械修復強化的研究與應用起步較晚，基本處于涂層材料制備工藝和耐磨耐蝕防護性能的初級研究階段。為實現激光熔覆技術在農業機械修復強化領域的推廣應用，今后可以從以下三個方向進行研究：

1.借鑒高端制造業行業積累的研究成果，結合農業機械修復強化的實際生產狀況，，改變農業機械設計與制造水平低、發展速度慢的現狀。

2.研發適用于農業機械修復與強化的新型復合材料粉末。在已有的材料體系上，結合農業機械的特點，設計出適合不同工況的優質熔覆材料粉末體系。

3.激光熔覆是多種工藝參數共同作用下的結果，選擇合適的工藝參數組合才能獲得最佳性能的熔覆涂層。因此，研究工藝參數的優化設計有其非常重要的實際意義。

盡管目前激光熔覆技術在農業機械修復與強化的應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，激光熔覆技術可以走出實驗室，廣泛應用于農用機械修復與強化領域，為我國的農業機械化進程提供了強有力的保障。