本栏目编辑安秀清专题综述山机械是对各类主要用于矿山的建井设备、采掘设备、矿井提升运输设备、破碎和磨矿设备、筛分设备、洗煤和选矿设备及焙烧设备等的总称，其量大面广，且使用工况恶劣，零件表面磨损、腐蚀和划伤严重，因此，开展矿山机械再制造势在必行，且潜力巨大。目前，某些发达国家已经要求对矿山机械实现全部再制造，并设立严格的回收再制造制度，即矿山机械产品的制造商必须负责对其所生产的且达到一定使用年限的全部产品进行回收和再制造，并在回收的时候向用户返还定比例的费用。我国对再制造工程的研究与应用尚处于起步阶段，与发达国家相比有很大的差距，目前专职从事矿山机械再制造公司仅有山东泰山建能机械集团一家，虽然其建设：查森林，1963年生，工程师，主要从事矿山设备的技术管理工作。起点较高，但其规模和再制造能力远远不能满足我国矿山机械产品再制造的资源化要求。
1再制造的产生与定义再制造产业的产生已经有50多年的历史，我国于1999年由徐滨士院士首次提出了再制造的概念，它是以废旧矿山机械为对象的高科技维修的产业化，即以矿山机械产品全寿命周期设计和管理为指导，以废旧矿山机械产品实现性能跨越式提升为目标，以优质、高效、节能、节材、环保为准则，以先进技术和产业化为手段，对矿山机械产品进行修复和改造的一系列技术措施或工程活动的总称。矿山机械再制造的重要特征是：再制造产品的质量和性能要达到或超过新品，成本仅是新品的50%左右，节能60%左右，节材70%以上，对保护环境贡献显著。矿山机械再制造包括两个主要部分，矿山机械再制造加工和过时矿山机械产品的性能升级。
2矿山机械失效分析与再制造技术矿山机械是采矿行业的重要设备，与一般工农业生产机械相比，矿山机械具有以下特点：工作环境恶劣设备时刻处于粉尘、水汽及有害气体的环境之中。
工况条件苛刻绝大部分矿山机械设备是在高速、重载、冲击、振动、摩擦和介质腐蚀等的工况条件下工作。
运行时间长大多数设备不分昼夜、长年累月地连续作业。
润滑条件差由于环境恶劣，工况苛刻，加上运行时间长，这就使得机械设备零部件得不到良好的润滑和维护。因此，矿山机械的磨损、腐蚀失效现象极其严重，不仅给企业造成很大的经济损失，而且有可能会引起严重的人身安全事故。
以磨损为例，破碎机中颚式破碎机的颚板、圆锥破碎机的衬板、棍式破碎机的破碎棍、锤式破碎机的锤头、衬板和筛板等在使用过程中磨损严重；刮板输送机的中部槽、链条、链轮部件等磨损较为突出；掘进机的斗齿在使用过程中直接与矿石、砂土和岩石等接触，是采掘作业中磨损最严重的零件。另外，球磨机的衬板和钢球、采煤机的截齿和滚筒、提升机的钢丝绳和衬板、振动筛的筛板、耙斗装载机的耙斗、通风机的叶片、矿车轮对及车箱都属于易磨损失效部件。
具体而言，矿山机械零件的失效原因可分为两类：外观损伤和内部损伤。外观损伤主要指形状尺寸及表面状况的损伤，包括诸如磨损、腐蚀、空蚀和蠕变等造成的损伤；内部损伤通常指显微组织结构发生的损伤型变化，例如碳化物球化、聚焦长大与结构改型和石墨化，杂质元素（P等）向晶界处的扩散集聚、蠕变或疲劳所造成的亚组织变化，晶粒变形、晶内或晶间微裂纹的产生及扩展等等。外观损伤可以通过先进的表面工程技术（如堆焊技术、热喷涂技术、电刷镀技术和激光再制造技术等）进行再制造，而内部损伤则需经过合理的修复热处理技术进行再制造。
2.1堆焊技术堆焊是指借助定的热源手段将具有定使用性能的合金材料熔覆在母体材料的表面，以赋予母材特殊使用性能或使零件恢复原有形状尺寸的工艺方法'主要分为气体火焰堆焊、电弧堆焊、等离子弧堆焊、电阻堆焊以及电渣堆焊、激光堆焊等。堆焊是最常用的再制造技术之，其特点是堆层与基体金属为冶金结合，结合强度高、抗冲击性能好，厚度大，熔融效率高，而且堆焊所用设备简单，经常可与焊接设备通用，因而在各类机械设备修理及再制造过程中获得广泛的应用。如矿山的大型电动挖掘机的基孔及各类轴头的磨损，通过堆焊加工可得到较好的修复。
但在堆焊过程中工件受热量大而且不均匀，使试样热应力和变形较大，另外工艺质量和重复性相对较差，因此一定程度上限制了堆焊技术在关键设备再制造中的应用。
装甲兵工程学院的向永华等开发了自动化粉末等离子堆焊再制造系统，并选择Ni15合金粉末为堆焊材料，对发动机缸体止推面进行了再制造堆焊试验。结果表明：堆焊层未发现任何气孔、裂纹等冶金缺陷；发动机缸体止推面再制造只需消耗40g合金粉末，再制造成本不到新品的1/50，具有显著的经济效益。浙江工业大学的姚建华等研究了基于多层激光送丝的堆焊技术，与氩弧堆焊相比激光堆焊层组织明显细化，硬度提高70%，但热影响区易出现过热组织，另外激光堆焊层体现出良好的抗磨性能，比高速钢的耐磨性提高42.6%，总体性能要明显优于相应的氩弧堆焊试样。河北农业大学的郝建军等利用DZ-1400型电火花堆焊机，以工业纯钛TA2为电极，以工业纯氮为保护气和反应气，在45号钢试件表面上制备了TiN金属陶瓷堆焊层，分析了电火花堆焊TiN金属陶瓷层用于轴颈修复的可行性。结果表明：电火花堆焊TiN金属陶瓷层与母材之间为冶金结合，堆焊层主要由电极材料钛、反应合成的TiN和基体材料铁组成，堆焊层显微硬度高，耐磨性好。
2.2热喷涂技术热喷涂技术是以火焰、电弧或等离子体等为热源，将某种线材或粉末状的材料加热至熔化或半熔化状态，并加速形成高速熔滴，喷向试样，形成涂层，从而对材料表面性能进行强化或再生。常用的热喷涂技术主要有火焰喷涂法、电弧喷涂和等离子喷涂。
热喷涂技术主要优点：喷涂材料的成分不受限制；基体温度低；被喷涂的构件尺寸不受限制；涂层厚度范围宽；喷涂设备简单，操作工序少，效率高，涂层沉积速度快。如矿山井筒中的钢梁及钢罐道通过热喷涂铝或锌，起到了较好的防腐和耐磨作用。但是受制备方法的限制，热喷涂层为典型的层状结构，存在孔隙和氧化物夹杂，而且内应力相对较高，强度相对较低，因此限制了其应用范围。目前，热喷涂技术正向着高能高速的方向发展。
上海交通大学的张显程博士对面向再制造的等离子喷涂层结构的完整性及寿命预测进行了系统研究，为提高涂层性能提供一些可行的设计方案，以及为再制造工程的发展提供了重要的科学依据。中国石油大学的范吉明研究了等离子喷涂C「3C2-NiCr涂层及在再制造工程中的应用。
2.3电刷镀技术电刷镀技术又称涂镀、刷镀或无槽电镀，是依靠阴极沉积原理在金属工件表面局部快速电化学沉积金属的技术。电刷镀技术是电镀技术的发展，具有设备轻便、工艺灵活、沉积速度快、镀层厚薄可控性强、镀层种类多、结合强度高、适用范围广等特点，因此，其广泛应用于再制造工程的修复零件磨损表面的尺寸和几何形状，填补零件表面上的划伤、凹坑和斑蚀、孔洞等缺陷，恢复超差产品等领域。矿山设备中的轴承跑内圆对轴颈修复与各类缸体表面的划伤，通过电刷镀技术进行修复效果较好。但是与前面的堆焊技术及热喷涂技术相比，电刷镀技术尺寸恢复能力有限，只能用于轻微磨损表面的修复。
传统手工电刷镀工作效率低，不适合自动化和批量化生产的再制造产业化要求，上海交通大学的陈铭等人提出一种电刷镀流镀技术，其特点是阳极不用棉包套贮存镀液，流镀工作时将阳极与工作面保持一定的间隙，镀液通过液泵以一定流量循环流动至流镀工作区。该工艺可有效克服手工电刷镀的缺点，提高工作效率，实现自动化操作和批量化生产。装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室的徐滨士等人提出了绿色及自动化纳米电刷镀技术，该技术可有效提高再制造产品的工作效率及质量。
2.4激光再制造技术激光再制造技术是以金属粉末为材料，在具有零件原型的CADA：AM软件支持下，CNC（计算机数控）控制激光头、送粉嘴和机床按指定空间轨迹运动，光束与粉末同步输送，在修复部位逐层熔敷，最后生成与原型零件近形的三维实体。激光具有能量密度高、对非激光照射部位影响极小等特点，可获得快速凝固的细小表面层晶粒组织或亚结构，同时也可原位形成细小弥散的碳化物硬质点，以此对待修复表面进行强化和韧化处理，此法必将在提高再制造产品质量方面起到越来越重要的作用。激光再制造存在的主要问题是：激光表面强化层裂纹、激光熔覆材料、激光再制造关键辅助器件及大面积激光再制造的成本问题。
天津工业大学激光技术研究所对激光再制造技术开展了较多的研究，他们对激光再制造送粉工作头、送粉器、激光再制造熔池温度场及激光再制造的光与粉末流相互作用机理等进行了系统研究。
依据自强化中锰铸钢的成分设计原则和激光熔覆技术的工艺特点，研制了自熔剂型铁基自强化合金粉末，对渗碳齿轮齿面再制造修复，在2170MPa接触应力、12.5%滑差、20号机油润滑条件下，激光熔覆层的特征寿命为7.21X106周次，比相同条件下的渗碳层特征寿命6.29X106周次提高了15°%.北京科技大学的张来启等在精轧NiCrMo无限冷硬白口铸铁热乳棍上激光熔覆NiCrSiBC镜基合金，并经现场乳制寿命评估试验，按磨损量计算，激光熔覆辊比未经激光处理辊寿命提高28.7%~37.4%.沈阳大陆激光技术有限公司是目前国内最大的激光再制造加工中心。鞍山钢铁公司某重轨轧辊材质为低镍铬无限冷硬铸铁，因表面磨损而使得尺寸精度超差，并出现局部凹坑。
大陆激光技术有限公司对其成功进行了激光熔覆再制造，再制造后的轧辊不但恢复了精度，而且大大延长了使用寿命。山东建能大族激光再制造技术有限公司采用大功率激光表面熔覆技术和特种耐磨自熔性合金粉末，对采煤机及掘进机截齿、综采液压支架不锈钢立柱、刮板输送机以及齿轮传动箱中的失效零件进行再制造，特别是在截齿端部锥面及刮板输送机易磨损部位，制备了冶金结合、硬质点和高韧性金属材料复合的激光强化覆层，使其使用寿命提高24倍。
3再制造技术发展方向3.1表面损伤智能自修复技术现代矿山机械曰趋大型化、高速化、自动化和智能化。某些矿山机械一旦发生故障可能导致严重的事故，故障停机检修也会引起很大的经济损失。表面损伤智能自修复技术是指在不停机、不解体的情况下，在矿山机械使用过程中能够自行感知环境变化，能够对自身的失效、故障等以种优化的方式做出响应，不断调整自身的内部结构，通过自生长或原位反应等再生机制实现自愈，修复某些局部破损。最终达到预防和减免故障，实现装备的高效、长寿命、高可靠性的要求，达到提高机械效率、节约能源和减少材料消耗的目的。自修复技术主要有埋伏型自修复技术、微纳米摩擦损伤自修复技术及矿物微粉摩擦磨损修复技术等。
3.2纳米再制造技术本栏目编辑安秀清专题综述再制造技术的重要特征之一是再制造产品的质量和性能要达到或超过新品。纳米材料由于其结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，为再制造产品表面性能的提高提供了有利的条件。研究表明，与传统再制造产品相比，纳米再制造产品表面在强度、韧性、抗蚀、耐磨、热胀和抗热疲劳等方面有显著改善。将纳米粉体与再制造表面工程技术相结合，制备含有纳米结构的表面复合涂层，可使表面再制造层的力学、物理和化学性能得到改善，赋予表面新的功能，达到材料表面改性与功能化相结合的目的。2000年，徐滨士等提出了"纳米表面工程"的概念。目前，各研究单位对纳米电刷镀技术、纳米热喷涂技术、激光熔覆纳米涂层等技术都展开了较多的研究。
3.3自动化再制造技术为了适应再制造产业化对批量化、自动化的迫切需求，在提高生产率的同时进步提高再制造产品的质量，提高其自动化水平是关键技术之一。现在自动化高速电弧喷涂技术、自动化纳米颗粒复合电刷镀技术和半自动化微弧等离子熔覆技术等已得到广泛研究，技术也曰益成熟，某些技术已经在再制造企业得到了一定应用。
3.4再制造工艺技术仿真再制造常用的技术是表面改性、表面处理和表面涂覆等，在这些工艺技术中涉及的主要物理场有速度场、温度场、应力场、应变场、电磁场、流场以及光波和声波等物理现象。这些物理场在材料上的作用就形成了各种不同的材料加工工艺，如扩散、相变和变形等。因此，材料加工过程实际上是在不同物理场的作用下，材料的微观组织结构和几何形状不断变化的过程。再制造工艺仿真是在怡当的简化假设的基础上，建立再制造工艺过程中各种物理现象模型，通过分析或数值求解系统方程，得到所关心的物理量及其随时间的发展演化。再制造工艺仿真的目的是通过对实际工艺过程的模拟，发现工艺过程中各种主要物理量的深化规律及种种工艺参数对这些物理量的影响规律，从而达到对材料以及材料加工过程中成分、工艺、组织结构及性能的控制和优化。这包括对于应力/残余应力、应变/变形和温度等宏观物理量的控制和优化，也包括对诸如晶体织构、晶粒度、相成分、晶格缺陷等微观、客观及纳观尺度的材料性能的预测和控制。
3.5复合再制造技术在单一表面再制造技术发展的同时，综合运用两种或多种再制造技术的复合再制造技术有了迅速的发展。就复合再制造技术而言，可分为两类：类是在不同的修复区域采用不同的再制造技术，如中采用复合再制造技术先通过激光熔覆恢复叶片几何尺寸和力学性能，再用等离子喷涂提高叶片的表面性能，可使再制造后的叶片使用寿命超过原型新品；另一类是将再制造技术本身进行复合，如热喷涂和激光熔覆技术的复合，热喷涂与电镀或化学镀的复合，物理和化学气相沉积同时进行离子注入等。
4我国矿山机械再制造现状及存在的问题目前，我国矿山机械产品的回收利用率低、再制造技术使用率低，因而导致资源的大量浪费和环境的严重污染。为了缓解有限资源和无限浪费之间的矛盾，减少环境污染，我国政府做出了"发展循环经济、建设节约型社会"的重大战略决策。循环经济中的4R原则（Reduce减量化、Reuse再利用、Recycle再循环、Remanufacture再制造）就是最大限度地减少资源消耗，同时又把废弃物最大限度地变废为宝，减少自然资源的消耗和废弃物的排放。循环经济是对传统经济"大量生产、大量消费、大量废弃"发展模式的根本变革，力求把经济社会活动对自然资源的需求和生态环境的影响降低到最小程度。为此，急需大力发展废旧矿山机械产品再制造产业，提升资源综合利用率，减少环境污染，改善我国产业发展模式。我国矿山机械再制造存在的主要问题：是对再制造存在认识误区；二是参与矿山机械再制造的企业较少。
认识误区公众对再制造的认同和理解将成为再制造工业发展的一个关键因素，但是现阶段再制造作为一个新的理念在国内还没有被人们广泛认识，不管是矿山机械用户还是制造企业参与积极性较低。
从矿山用户来说，由于受传统思维的限制，理所当然地认为经维修的矿山机械产品与新品相比质量和性能都较差，担心再制造产品的可靠性，不敢用；从矿山机械制造企业来说，担心再制造产品会分割市场份额，影响其新品销售，参与积极性也不高。事实上，对再制造产品的个基本要求是质量和性能要不低于新品，因此一方面要加强宣传，改变矿山机械用户对再制造产品的认识误区，另一方面要进一步提高再制造关键技术，使再制造的产品在质量和性能上真正达到或超过新品。此外，国外再制造工业的发展表明，原始设备制造商参与产品再制造，不但不会影响其新品销售，反而由于制造商为降低对产品回收利用的成本，自觉统筹，考虑产品全寿命周期的再制造策略，如在设计阶段开展可拆卸性、可再制造性设计等，优化控制产品的生产、销售和回收等环节，从而使产品全寿命周期实用成本较低，增加产品竞争力，因此反而促进了其新品销售。
从事矿山再制造的单位很少在国外，从事再制造的企业主要有3种类型：是原始设备制造商，其一般只对自己所产产品进行回收再制造；二是专职从事再制造业务的企业，这类单位通常具有开展各种产品再制造的能力；三是从刚开始提供服务和维修开始，然后逐渐过渡到开展再制造业务的单位，如产品代理商，矿务集团（局）的修理企业等。如前所述，目前在国内原始设备制造商从事再制造的单位还不多。虽然现在有一些企业专业从事再制造业务，如济南复强动力有限公司、沈阳大陆激光技术有限公司等，但就专职从事矿山机械再制造的企业而言，仅山21号国务院关于做好建设节约型社会近期重点工作的通知才首次把"绿色再制造技术"列为"对节约资源和建设循环经济有重要意义且将重点组织开发和示范"的技术之。这是我国官方文件中第一次出现"再制造"一词，并把再制造列为发展循环经济的关键、共性技术。总的来说，再制造在我国还处在起步阶段，很多政策法规还有待进一步完善。
虽然从大的政策层面而言，国家鼓励企业加强对资源的循环利用，鼓励企业从事和参与再制造，但并没有像美国等发达国家那样立法强制再制造，另外，还缺乏对生产及使用再制造产品的单位给予政策扶持和资金支持力度（如给予一定程度的补贴）。因此，现阶段一方面我国有必要立法强制再制造，强制企业从事再制造，另方面加大政策扶持和资金支持力度，激励企业参与再制造。
创新再制造先进表面技术由于废旧零部件的磨损和腐蚀等失效主要发生在表面，因而各种各样的表面技术是再制造应用最多的技术，其主要用来修复和强化废旧零件的失效表面。提高再制造产品的质量，关键是不断创新再制造先进表面技术，使再制造零件表面涂层的强度更高、寿命更长，确保再制造产品的质量真正不低于或超过新品，改变用户对再制造产品的认识误区。因此国家有必要进一步增加对相关从事再制造先进表面技术开发的科研机构、高校及企业资金支持力度，不断创新研发再制造表面质量好、自动化水平高的表面技术。
制定矿山机械再制造的行业标准国内再制造技术因起步较晚，从事再制造企业的技术积累也较少，再制造的标准缺乏，因而一定程度上阻碍了再制造的广泛应用。应尽快制定矿山机械再制造的行业标准，建立系统的、完善的矿山机械再制造工艺技术标准、质量检测标准等体现再制造走向规范化的标准体系。在制定标准时，应深化标准内涵，制定出具有良好通用性和可操作性的标准方案。
加快矿山机械再制造实践及产业化推广现在国内矿山机械再制造企业还较少，有必要加快矿山机械再制造实践并促进其产业化推广。在组建矿山机械再制造产业化基地时，动员生产企业、矿山用户及再制造技术科研院所共同参与。如可由矿务集团（局）负责再制造基地设备资金，生产企业提供产品技术规范，科研院所提供再制造技术支持。另外，在再制造实践时可从使用量大面广的通用矿山机械逐步过渡到一般矿山机械的再制造。对于矿山机械的终端用户，如笔者所在的铜陵化工集团新桥矿业公司，主要从以下两个方面加快矿山机械再制造进程：首先进一步扩大堆焊、电刷镀等对设备投入要求较低的再制造技术的应用范围，同时积极引进先再制造技术；其次与生产厂家及专业再制造单位合作对大型、复杂的矿山机械进行再制造。
6结语随着再制造技术的发展，再加上政策扶持、企业参与及矿山重视，我国矿山机械再制造水平及规模会得到较快的发展，有利于矿山设备循环发展，能够延长矿山机械循环经济产业链，缓解资源短缺与资源浪费的问题，还可减少失效矿山机械产品对环境的污染，既节能减排、又变废为宝，符合国家资源节约及综合利用的产业政策。
