【热喷涂技术】高性能热喷涂涂层工业应用新突破

由中国科学院金属研究所承担的中科院东北振兴科技行动计划重点项目“高性能热喷涂涂层产业化”，已按计划(提前)完成阶段目标及考核指标。高性能封严涂层、热障涂层成功应用于透平压缩机、重型地面燃气轮机等核心动力装备，并完成工业转化。此技术的采用，促进了产品升级，在国际竞争中占有一席之地。研发了纳米ZrO2最先进热障涂层，已用于新型动力装备。 

热喷涂技术是利用各种热源，将金属或陶瓷加热至熔融或半熔融状态，借助气流高速雾化并沉积在工件表面形成与基体紧密结合的涂层。由于它具有与基体不同的成份和结构，使基体获得特殊性能，以满足工件更高的性能要求。涂层一般由粘接底层和面层组成。底层用具有抗高温氧化、改善面层与基体热匹配性及提高涂层结合强度的合金粉末制备，而面层根据部件性能需求为金属、合金或非金属材料。随着科学技术的发展，不断出现新喷涂材料和新喷涂技术，涌现了封严涂层、热障涂层、自润滑涂层等新的特殊用途的高性能热喷涂涂层。热喷涂技术广泛应用于航空航天、冶金、纺织、汽车、印刷、石化等行业，一个国家热喷涂产值在国民经济总产值(GDP)中的比重是该国热喷涂发达与否的重要标志。美国热喷涂总产值占GDP的比例为0.36‰，日本为0.23‰，而我国只占0.039‰，仅为美国的11%，日本的17%。这说明，中国热喷涂仍处于发展阶段，远未达到成熟和饱和。可见，热喷涂在中国的市场巨大，具有极大的发展空间。 

本项目致力于高性能封严涂层、热障涂层新技术在透平压缩机、地面燃气轮机等尖端核心动力装备上的工业应用及其产业化。经过一年半时间的努力，高性能热喷涂涂层工业应用已取得突破性进展，部分领域的应用实现了产业化。为了满足产业化的要求，进行了基础设施建设，中科院金属所投资1100万元在沈阳浑南高新技术产业开发区新建1500m2的“热喷涂研发基地”，于2007年10月建成投入使用。在原有设备条件基础上，新增添先进的超音速火焰喷涂等制备设备和专用测试仪器。新建“研发基地”功能齐全、布局合理，生产自动化程度高，满足了本项目规模生产的需求。 

封严涂层技术在我国首次应用于透平压缩机 

我国压缩机行业龙头企业-沈阳鼓风机集团公司新开发的G系列透平压缩机虽在国内属最先进产品，然而它尚未采用在国外已广泛应用的封严涂层这一气路密封关键技术，产品性能与国外相比有很大差距。金属所与该公司合作攻克此技术难题，经反复的应用试验，研发出适用于透平压缩机的高性能封严涂层，已生产多台(套)压缩机主轴、转子组件、蜗壳、型环等部件涂层产品并用于压缩机。G系列透平压缩机采用了此技术后，显著提高了效率且有效降低了能耗，整机性能有明显提高，从而增强了国际竞争力。而且，高性能封严涂层应用于另一尖端航天动力装备，已批量生产，金属所被用户部门定为封严涂层定点生产单位。透平压缩机和尖端发动机均为代表一个国家制造水平的标志性装备，封严涂层技术的成功应用将产生强有力的技术辐射效应，促进此技术的推广应用。 

高性能热障涂层应用于地面燃气轮机热端部件 

地面重型燃气轮机已逐步成为21世纪世界主要发电设备和重要军工动力设备，是世界公认的新一代发电设备。目前，国内地面燃气轮机均由国外进口，有130台(套)，其热端部件的防护技术作为燃机生产和修理的核心技术，对外保密，热端部件防护修理由国外公司垄断。研制完全满足燃机使用要求的耐高温、长寿命热障涂层成为发展我国自主燃机事业以及进口机组备件国产化的一个新的课题。金属所与中航世新燃气轮机有限公司沈阳分公司合作研发了ZrO2热障涂层，应用于MS6001、MS6581、251B、4E、MS5000等型号的火焰筒、过渡段、叶片、护环等部件，现每年生产30台(套)左右的燃机涂层产品。用户对其质量评价为“无论喷涂材料，还是涂层性能均达到使用要求，涂层性能与进口产品相当，使用效果良好”。 

本项目自行研发并生产热端部件热障涂层，不仅取得了可观的经济效益，还具有重要的社会效益，结束了核心技术依赖国外的局面，提高了国际市场竞争力。在常规结构ZrO2热障涂层应用基础上，还研发了新型更高性能纳米ZrO2热障涂层，以满足高推重比尖端动力装备的发展要求。纳米ZrO2涂层显微硬度及结合强度均为常规ZrO2涂层的1.5倍，抗热震性能提高约2-3倍，隔热效果提高50℃以上。纳米ZrO2热障涂层研发已通过用户部门组织的“工艺评审”，并已投入生产。此项创新成果达到国际先进水平，为热障涂层发展开辟了新途径。 

为行业及地区经济与技术发展做出贡献 

为促进该技术在辽宁区域发展并使之成为推广交流、人才培养、技术服务的平台，2006年8月，辽宁省科技厅依托金属所组建了“辽宁省高性能热喷涂涂层工程技术研究中心”。该中心于2007年5月向沈阳黎发热能燃机设备配件有限公司转让高性能热喷涂涂层技术，技术转让费为310万元。该公司利用此技术实现了燃机涂层产品的自行生产，降低了产品成本，提高了产品性能并增强了市场竞争力。2007年10月与铁岭永兴热喷涂有限公司合作建立“中国科学院金属研究所铁岭热喷涂试验基地”。通过上述技术转让与技术合作，使本技术向更广的应用领域辐射，对于地区经济与技术发展具有积极作用，取得了较好的效果。 

目前，本项目进展顺利，超过计划完成阶段目标。预计再经一年半的努力，有望高质量、高水平地完成项目总目标，即建成国内一流的高性能热喷涂涂层生产基地，实现高性能热喷涂涂层产业化，年销售收入超5000万元。同时，通过高新技术在高端装备上的应用，促进企业产品升级，提高国内外市场竞争力，给企业带来巨大经济和社会效益，为振兴东北老工业基地发挥积极作用。

原文地址：http://www.cas.cn/zt/jzt/kyzt/zkydbzxkjxd/200809/t20080928_2665164.shtml