冷噴涂技術專利分析

劉健

摘 要：本文對冷噴涂技術的主要申請人、專利申請態勢分布、分類號分布、法律狀態及引文分布進行統計分析，同時對冷噴涂技術的技術背景和應用領域的發展作出了較為系統的介紹。

關鍵詞：表面強化;超音速;冷噴涂;冷氣體動力噴涂;專利

傳統的熱噴涂技術在保持噴涂原材料的成分與結構方面遇到了困難，冷噴涂技術可有效地解決熱噴涂技術的這一難題，由于冷噴涂的熱源溫度相對較低，遠低于材料的熔點，噴涂時材料只是軟化，避免了氧化、分解與相變等問題。20世紀90年代以來，冷噴涂技術在世界范圍得到了很大的發展。例如美國、歐洲分別于1994年、1995年出現了冷噴涂專利，俄羅斯科學院理論及應用力學研究所、Sandia國家實驗室、賓夕法尼亞大學、ASB公司等研究機構都進行了有關研究，目前研究集中在噴涂中的氣體動力學、高速碰撞的物理模型、噴涂材料以及工藝研究優化等。國內，大連理工大學、西安交通大學、中國科學院沈陽金屬研究所相繼研制冷噴涂設備。

1 專利申請量分析

從國外數據來看，冷噴涂技術領域2005年前屬于崛起期，專利申請量不斷增長，而2005-2013年期間屬于波動增長期，專利申請量呈現波動增長的態勢，2013年達到頂峰后則開始大幅下滑。從國內數據來看，冷噴涂技術起步比國外要晚，專利申請量在近20年間呈現平緩增長的趨勢，并且在目前國外申請量大幅下滑的情況下仍繼續保持較高的增長速度，由此看出該技術在國內受到了廣泛的關注和重視。

2 IPC分類號分布分析

基于IPC分類的技術構成分析是檢測領域發展熱點的重要方法。從小類角度來看，該技術領域該技術領域雖然將近95%的申請均落入C23C，但仍有5%的申請落入B05B。可見，冷噴涂技術領域專利涉及的技術要點除了集中于對金屬材料的鍍覆，冷噴涂設備對于冷噴涂技術的發展也是相當重要的。

更具體的來說，專利申請的前五個分類號是C23C24/04（顆粒的沖擊或動力沉積）、C23C24/08（加熱法或加壓加熱法的（C23C24/04優先））、C23C4/12（以噴鍍方法為特征的）、C23C24/00（自無機粉末起始的鍍覆（熔融態覆層材料的噴鍍入C23C4/00;固滲入C23C8/00至C23C12/00;金屬粉末燒結法制造復合層、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各大組中單一組的方法，或用包含在C23C小類的方法與C25D小類中方法的組合以獲得至少二層疊加層的鍍覆）。排名第一的分類號是C23C24/04就是冷噴涂技術的沉積原理本身，由此可見，對于冷噴涂沉積原理的更深入的理解是冷噴涂技術發展的關鍵所在。

3 專利申請人分析

統計歷年來國外各申請人的申請總量并進行排序，名列前十的領域核心申請人分別為聯合技術公司（如CN1782127A[1]）、日本鋼鐵株式會社如（CN101479046B[2]）、日產汽車、浦項制鐵、日立公司、通用電氣、川崎鋼鐵株式會社、住友金屬工業、TECH、三菱重工業株式會社。可見國外核心申請人主要集中在美國以及日本，其中聯合技術公司是全球多元化制造企業之一，主要為全球航空航天和建筑業提供高科技產品和服務。其制造領域涵蓋航空發動機、直升機、商用航空設備和系統、電梯、扶梯和自動人行道、暖通空調和制冷系統等。

統計歷年來國內各申請人的申請總量并進行排序，名列前八的領域核心申請人分別為西安交通大學（CN101032633A[3]）、中國船舶重工集團公司第七二五研究所（CN101116849B[4]）、中國科學院金屬研究所、寶山鋼鐵股份有限公司、北京科技大學、中國兵器科學研究院寧波分院、九江學院以及美的電熱電器制造有限公司。可見，國內前八位的核心申請人中六位為科研單位，兩位為企業。此外，位列第一的西安交通大學相較于其他申請人在專利申請數量上占有較大優勢，可見其在冷噴涂技術領域的重視程度。

對上述國內核心申請人專利申請的法律狀態進行分析，從授權情況來看，前兩位分別是美的電熱電器制造有限公司以及寶山鋼鐵股份有限公司，授權率分別為88%和86%，但是授權率最高的美的電熱電器制造有限公司的申請量卻排在最后。此外，申請量排名第一的西安交通大學的授權率僅為29%，需要更加重視專利申請質量。

4 冷噴涂技術展望

隨著技術的進步，預計冷噴涂應用將繼續擴展到更多的非傳統應用中，例如光電、風能、醫療和建筑領域。如在醫療領域，冷噴涂已經可以將一種有名的生物相容材料羥磷灰石（HAP）有效地噴涂到大量的基板上，但同時不會影響HAP的完整性。建筑師可以利用冷噴涂在任何金屬或陶瓷基板上創造無限美觀的金屬圖案。[5]由于沉積溫度低，冷噴涂可以在表面嵌入微傳感器及其功能涂層，以形成智能結構。這些結構可以提供與材料性能或環境條件相關的實時信息。許多新興企業正聚焦于為橋梁、電網、風力渦輪機、飛機、汽車、輪船、管道和施工設備提供感應、數據庫管理和預分析解決方案。冷噴涂的未來有賴于將高級材料沉積到各種基板的同時將熱量損失和成本將至最低。

目前，冷噴涂系統的設計與制造已經商品化，國外許多大公司已經開始使用冷噴涂進行生產，涉及一般工業到軍事應用。為此，冷噴涂的開發將在航空航天、石油化工、能源、汽車、電子、軍事和其他工業得到廣泛的應用。展望冷噴涂技術，必將會開創功能涂層制備技術的新時代。特別是在我國，對于這項新技術的研究、開發與國際先進水平還有很大差距，需要科研機構和工業部門之間通力合作，加大投入力度，爭取早日使這項新技術為國民經濟和國防建設服務。

參考文獻：

[1]J·D·海恩斯，D·A·霍布斯.真空冷噴涂工藝[P].中國，CN1782127A，2006-06-07.

[2]織田剛.加速噴嘴及噴射噴嘴裝置[P].中國，CN10147 9046B，2012-06-27.

[3]孫繼鋒，憨勇，崔凱.一種利用冷噴涂和真空燒結制備多孔鈦涂層的復合工藝[P].中國，CN101032633A，2007-09-12.

[4]黃國勝，王洪仁.一種冷噴涂用的拉閥爾噴嘴[P].中國，CN101116849B，2010-05-19.

[5]李長久教授談冷噴涂技術的發展與展望[J].中國表面工程，2004，Vol.17，No.3，48.