【熱噴涂技術】高性能熱噴涂涂層工業(yè)應用新突破

由中國科學院金屬研究所承擔的中科院東北振興科技行動計劃重點項目“高性能熱噴涂涂層產(chǎn)業(yè)化”，已按計劃(提前)完成階段目標及考核指標。高性能封嚴涂層、熱障涂層成功應用于透平壓縮機、重型地面燃氣輪機等核心動力裝備，并完成工業(yè)轉化。此技術的采用，促進了產(chǎn)品升級，在國際競爭中占有一席之地。研發(fā)了納米ZrO2最先進熱障涂層，已用于新型動力裝備。 

熱噴涂技術是利用各種熱源，將金屬或陶瓷加熱至熔融或半熔融狀態(tài)，借助氣流高速霧化并沉積在工件表面形成與基體緊密結合的涂層。由于它具有與基體不同的成份和結構，使基體獲得特殊性能，以滿足工件更高的性能要求。涂層一般由粘接底層和面層組成。底層用具有抗高溫氧化、改善面層與基體熱匹配性及提高涂層結合強度的合金粉末制備，而面層根據(jù)部件性能需求為金屬、合金或非金屬材料。隨著科學技術的發(fā)展，不斷出現(xiàn)新噴涂材料和新噴涂技術，涌現(xiàn)了封嚴涂層、熱障涂層、自潤滑涂層等新的特殊用途的高性能熱噴涂涂層。熱噴涂技術廣泛應用于航空航天、冶金、紡織、汽車、印刷、石化等行業(yè)，一個國家熱噴涂產(chǎn)值在國民經(jīng)濟總產(chǎn)值(GDP)中的比重是該國熱噴涂發(fā)達與否的重要標志。美國熱噴涂總產(chǎn)值占GDP的比例為0.36‰，日本為0.23‰，而我國只占0.039‰，僅為美國的11%，日本的17%。這說明，中國熱噴涂仍處于發(fā)展階段，遠未達到成熟和飽和?？梢?，熱噴涂在中國的市場巨大，具有極大的發(fā)展空間。 

本項目致力于高性能封嚴涂層、熱障涂層新技術在透平壓縮機、地面燃氣輪機等尖端核心動力裝備上的工業(yè)應用及其產(chǎn)業(yè)化。經(jīng)過一年半時間的努力，高性能熱噴涂涂層工業(yè)應用已取得突破性進展，部分領域的應用實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。為了滿足產(chǎn)業(yè)化的要求，進行了基礎設施建設，中科院金屬所投資1100萬元在沈陽渾南高新技術產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)新建1500m2的“熱噴涂研發(fā)基地”，于2007年10月建成投入使用。在原有設備條件基礎上，新增添先進的超音速火焰噴涂等制備設備和專用測試儀器。新建“研發(fā)基地”功能齊全、布局合理，生產(chǎn)自動化程度高，滿足了本項目規(guī)模生產(chǎn)的需求。 

封嚴涂層技術在我國首次應用于透平壓縮機 

我國壓縮機行業(yè)龍頭企業(yè)-沈陽鼓風機集團公司新開發(fā)的G系列透平壓縮機雖在國內(nèi)屬最先進產(chǎn)品，然而它尚未采用在國外已廣泛應用的封嚴涂層這一氣路密封關鍵技術，產(chǎn)品性能與國外相比有很大差距。金屬所與該公司合作攻克此技術難題，經(jīng)反復的應用試驗，研發(fā)出適用于透平壓縮機的高性能封嚴涂層，已生產(chǎn)多臺(套)壓縮機主軸、轉子組件、蝸殼、型環(huán)等部件涂層產(chǎn)品并用于壓縮機。G系列透平壓縮機采用了此技術后，顯著提高了效率且有效降低了能耗，整機性能有明顯提高，從而增強了國際競爭力。而且，高性能封嚴涂層應用于另一尖端航天動力裝備，已批量生產(chǎn)，金屬所被用戶部門定為封嚴涂層定點生產(chǎn)單位。透平壓縮機和尖端發(fā)動機均為代表一個國家制造水平的標志性裝備，封嚴涂層技術的成功應用將產(chǎn)生強有力的技術輻射效應，促進此技術的推廣應用。 

高性能熱障涂層應用于地面燃氣輪機熱端部件 

地面重型燃氣輪機已逐步成為21世紀世界主要發(fā)電設備和重要軍工動力設備，是世界公認的新一代發(fā)電設備。目前，國內(nèi)地面燃氣輪機均由國外進口，有130臺(套)，其熱端部件的防護技術作為燃機生產(chǎn)和修理的核心技術，對外保密，熱端部件防護修理由國外公司壟斷。研制完全滿足燃機使用要求的耐高溫、長壽命熱障涂層成為發(fā)展我國自主燃機事業(yè)以及進口機組備件國產(chǎn)化的一個新的課題。金屬所與中航世新燃氣輪機有限公司沈陽分公司合作研發(fā)了ZrO2熱障涂層，應用于MS6001、MS6581、251B、4E、MS5000等型號的火焰筒、過渡段、葉片、護環(huán)等部件，現(xiàn)每年生產(chǎn)30臺(套)左右的燃機涂層產(chǎn)品。用戶對其質(zhì)量評價為“無論噴涂材料，還是涂層性能均達到使用要求，涂層性能與進口產(chǎn)品相當，使用效果良好”。 

本項目自行研發(fā)并生產(chǎn)熱端部件熱障涂層，不僅取得了可觀的經(jīng)濟效益，還具有重要的社會效益，結束了核心技術依賴國外的局面，提高了國際市場競爭力。在常規(guī)結構ZrO2熱障涂層應用基礎上，還研發(fā)了新型更高性能納米ZrO2熱障涂層，以滿足高推重比尖端動力裝備的發(fā)展要求。納米ZrO2涂層顯微硬度及結合強度均為常規(guī)ZrO2涂層的1.5倍，抗熱震性能提高約2-3倍，隔熱效果提高50℃以上。納米ZrO2熱障涂層研發(fā)已通過用戶部門組織的“工藝評審”，并已投入生產(chǎn)。此項創(chuàng)新成果達到國際先進水平，為熱障涂層發(fā)展開辟了新途徑。 

為行業(yè)及地區(qū)經(jīng)濟與技術發(fā)展做出貢獻 

為促進該技術在遼寧區(qū)域發(fā)展并使之成為推廣交流、人才培養(yǎng)、技術服務的平臺，2006年8月，遼寧省科技廳依托金屬所組建了“遼寧省高性能熱噴涂涂層工程技術研究中心”。該中心于2007年5月向沈陽黎發(fā)熱能燃機設備配件有限公司轉讓高性能熱噴涂涂層技術，技術轉讓費為310萬元。該公司利用此技術實現(xiàn)了燃機涂層產(chǎn)品的自行生產(chǎn)，降低了產(chǎn)品成本，提高了產(chǎn)品性能并增強了市場競爭力。2007年10月與鐵嶺永興熱噴涂有限公司合作建立“中國科學院金屬研究所鐵嶺熱噴涂試驗基地”。通過上述技術轉讓與技術合作，使本技術向更廣的應用領域輻射，對于地區(qū)經(jīng)濟與技術發(fā)展具有積極作用，取得了較好的效果。 

目前，本項目進展順利，超過計劃完成階段目標。預計再經(jīng)一年半的努力，有望高質(zhì)量、高水平地完成項目總目標，即建成國內(nèi)一流的高性能熱噴涂涂層生產(chǎn)基地，實現(xiàn)高性能熱噴涂涂層產(chǎn)業(yè)化，年銷售收入超5000萬元。同時，通過高新技術在高端裝備上的應用，促進企業(yè)產(chǎn)品升級，提高國內(nèi)外市場競爭力，給企業(yè)帶來巨大經(jīng)濟和社會效益，為振興東北老工業(yè)基地發(fā)揮積極作用。

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