冷喷涂技术专利分析

摘 要：本文对冷喷涂技术的主要申请人、专利申请态势分布、分类号分布、法律状态及引文分布进行统计分析，同时对冷喷涂技术的技术背景和应用领域的发展作出了较为系统的介绍。

关键词：表面强化;超音速;冷喷涂;冷气体动力喷涂;专利

传统的热喷涂技术在保持喷涂原材料的成分与结构方面遇到了困难，冷喷涂技术可有效地解决热喷涂技术的这一难题，由于冷喷涂的热源温度相对较低，远低于材料的熔点，喷涂时材料只是软化，避免了氧化、分解与相变等问题。20世纪90年代以来，冷喷涂技术在世界范围得到了很大的发展。例如美国、欧洲分别于1994年、1995年出现了冷喷涂专利，俄罗斯科学院理论及应用力学研究所、Sandia国家实验室、宾夕法尼亚大学、ASB公司等研究机构都进行了有关研究，目前研究集中在喷涂中的气体动力学、高速碰撞的物理模型、喷涂材料以及工艺研究优化等。国内，大连理工大学、西安交通大学、中国科学院沈阳金属研究所相继研制冷喷涂设备。

1 专利申请量分析

从国外数据来看，冷喷涂技术领域2005年前属于崛起期，专利申请量不断增长，而2005-2013年期间属于波动增长期，专利申请量呈现波动增长的态势，2013年达到顶峰后则开始大幅下滑。从国内数据来看，冷喷涂技术起步比国外要晚，专利申请量在近20年间呈现平缓增长的趋势，并且在目前国外申请量大幅下滑的情况下仍继续保持较高的增长速度，由此看出该技术在国内受到了广泛的关注和重视。

2 IPC分类号分布分析

基于IPC分类的技术构成分析是检测领域发展热点的重要方法。从小类角度来看，该技术领域该技术领域虽然将近95%的申请均落入C23C，但仍有5%的申请落入B05B。可见，冷喷涂技术领域专利涉及的技术要点除了集中于对金属材料的镀覆，冷喷涂设备对于冷喷涂技术的发展也是相当重要的。

更具体的来说，专利申请的前五个分类号是C23C24/04（颗粒的冲击或动力沉积）、C23C24/08（加熱法或加压加热法的（C23C24/04优先））、C23C4/12（以喷镀方法为特征的）、C23C24/00（自无机粉末起始的镀覆（熔融态覆层材料的喷镀入C23C4/00;固渗入C23C8/00至C23C12/00;金属粉末烧结法制造复合层、工件或制品入B22F7/00;摩擦焊入B23K20/12））、C23C28/00（用不包含在C23C 2/00至C23C 26/00各大组中单一组的方法，或用包含在C23C小类的方法与C25D小类中方法的组合以获得至少二层叠加层的镀覆）。排名第一的分类号是C23C24/04就是冷喷涂技术的沉积原理本身，由此可见，对于冷喷涂沉积原理的更深入的理解是冷喷涂技术发展的关键所在。

3 专利申请人分析

统计历年来国外各申请人的申请总量并进行排序，名列前十的领域核心申请人分别为联合技术公司（如CN1782127A[1]）、日本钢铁株式会社如（CN101479046B[2]）、日产汽车、浦项制铁、日立公司、通用电气、川崎钢铁株式会社、住友金属工业、TECH、三菱重工业株式会社。可见国外核心申请人主要集中在美国以及日本，其中联合技术公司是全球多元化制造企业之一，主要为全球航空航天和建筑业提供高科技产品和服务。其制造领域涵盖航空发动机、直升机、商用航空设备和系统、电梯、扶梯和自动人行道、暖通空调和制冷系统等。

统计历年来国内各申请人的申请总量并进行排序，名列前八的领域核心申请人分别为西安交通大学（CN101032633A[3]）、中国船舶重工集团公司第七二五研究所（CN101116849B[4]）、中国科学院金属研究所、宝山钢铁股份有限公司、北京科技大学、中国兵器科学研究院宁波分院、九江学院以及美的电热电器制造有限公司。可见，国内前八位的核心申请人中六位为科研单位，两位为企业。此外，位列第一的西安交通大学相较于其他申请人在专利申请数量上占有较大优势，可见其在冷喷涂技术领域的重视程度。

对上述国内核心申请人专利申请的法律状态进行分析，从授权情况来看，前两位分别是美的电热电器制造有限公司以及宝山钢铁股份有限公司，授权率分别为88%和86%，但是授权率最高的美的电热电器制造有限公司的申请量却排在最后。此外，申请量排名第一的西安交通大学的授权率仅为29%，需要更加重视专利申请质量。

4 冷喷涂技术展望

随着技术的进步，预计冷喷涂应用将继续扩展到更多的非传统应用中，例如光电、风能、医疗和建筑领域。如在医疗领域，冷喷涂已经可以将一种有名的生物相容材料羟磷灰石（HAP）有效地喷涂到大量的基板上，但同时不会影响HAP的完整性。建筑师可以利用冷喷涂在任何金属或陶瓷基板上创造无限美观的金属图案。[5]由于沉积温度低，冷喷涂可以在表面嵌入微传感器及其功能涂层，以形成智能结构。这些结构可以提供与材料性能或环境条件相关的实时信息。许多新兴企业正聚焦于为桥梁、电网、风力涡轮机、飞机、汽车、轮船、管道和施工设备提供感应、数据库管理和预分析解决方案。冷喷涂的未来有赖于将高级材料沉积到各种基板的同时将热量损失和成本将至最低。

目前，冷喷涂系统的设计与制造已经商品化，国外许多大公司已经开始使用冷喷涂进行生产，涉及一般工业到军事应用。为此，冷喷涂的开发将在航空航天、石油化工、能源、汽车、电子、军事和其他工业得到广泛的应用。展望冷喷涂技术，必将会开创功能涂层制备技术的新时代。特别是在我国，对于这项新技术的研究、开发与国际先进水平还有很大差距，需要科研机构和工业部门之间通力合作，加大投入力度，争取早日使这项新技术为国民经济和国防建设服务。

参考文献：

[1]J·D·海恩斯，D·A·霍布斯.真空冷喷涂工艺[P].中国，CN1782127A，2006-06-07.

[2]织田刚.加速喷嘴及喷射喷嘴装置[P].中国，CN10147 9046B，2012-06-27.

[3]孙继锋，憨勇，崔凯.一种利用冷喷涂和真空烧结制备多孔钛涂层的复合工艺[P].中国，CN101032633A，2007-09-12.

[4]黄国胜，王洪仁.一种冷喷涂用的拉阀尔喷嘴[P].中国，CN101116849B，2010-05-19.

[5]李长久教授谈冷喷涂技术的发展与展望[J].中国表面工程，2004，Vol.17，No.3，48.

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