机床再制造作为一种基于废旧机床资源的机床制造新模式，不仅可以实现量大面广的老旧机床设备的回收循环再利用，节约资源和能源，还将形成新兴的机床再制造与服务产业，具有重要的经济、社会和环境效益。随着我国机床再制造试点工作的不断深入，将会有越来越多的再制造产品进入服役周期，而这些再制造产品要赢得客户及市场认可的关键在于其质量和服役可靠性。本论文在“十二五”国家科技支撑计划课题“机床再制造成套技术及产业化”项目和高等学校博士学科点专项科研基金“再制造机械零部件服役寿命演变机理及预估方法研究”的资助下，对退役机床轴类零件的热喷涂再制造工艺技术及涂层服役性能展开研究，以期对轴类零件的再制造实践和服役性能评估提供指导，主要研究工作如下：首先，对轴类零件热喷涂的再制造工艺技术进行研究。分析了机床轴类零件变形、疲劳、磨损、断裂等失效行为特征以及相应的损伤检测技术；基于轴类零件的多失效特征，进行其热喷涂再制造工艺方案的设计，包括喷涂工艺的选择、涂层系统的设计以及涂层的制备工艺流程。其次，对影响热喷涂轴类零件的质量和服役性能的残余应力进行研究。分析了热喷涂构件中残余应力的来源及形成机理；将轴类零件简化为空心圆筒结构，对涂层系统在平面应变状态下应力场的基本理论进行简要概述；基于有限元仿真软件，建立了轴类件涂层系统残余应力的数值仿真模型，导出了温度场和应力场的控制方程和边界条件，并介绍了残余应力的试验检测技术。最后，以某滚齿机床主轴为案例，分析其失效行为特征，采用等离子喷涂和氧乙炔火焰喷涂两种工艺技术对其进行再制造修复；检测和分析不同再制造工艺下的涂层性能；采用有限元软件ANSYS对热喷涂涂层系统的残余应力进行线弹性分析，并用X射线衍射法测量涂层的残余应力，与有限元结果进行对比，以验证所建数值模型的合理性。