热喷涂技术：新能源领域的节能减排利器

热喷涂技术是近年来发展较快的表面技术之一，作为循环经济的支撑技术，对于国家节能减排、建设资源节约型、环境友好型（如取代电镀硬铬、工件的修复）社会具有独特作用。热喷涂技术在发达国家已经取得了长足发展，在防腐、耐磨、隔热以及功能涂层、再制造方面得到了广泛的应用，为国民经济发展做出了极大贡献。

4.2.1 热喷涂技术在新能源中的应用

能源问题是人类在21世纪面临的重大问题。在开发新型能源的同时，提高能源资源的利用率，一直是研究工作者不懈的追求目标。高温固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）可以将燃料的化学能直接转化为电能，为理想的发电方式，利用燃气轮机及蒸汽轮机进行联合发电，其发电效率高达60%以上，再通过配合余热联合循环系统，燃料潜能的利用率可以达到90%。其次，SOFC可以直接使用氢气、天然气、水煤气、生物质汽化气等燃料气体，转化过程中的污染气体的排放量很低，几乎接近零排放，为一种清洁的能量转换系统。为此，SOFC的开发不仅对于有限资源的有效利用、减少环境污染物的排放量具有重要的意义，而且也将为可再生氢能、生物质能的高效利用提供方法。

由于SOFC能够大幅减少燃料消耗并明显降低温室气体和污染物的排放，是国际上公认的21世纪绿色电源的最佳方案之一。目前管状SOFC的研究从技术上讲，基本上可达到实用化的程度，但其制造成本较高、工艺较复杂是限制其广泛应用的主要障碍，SOFC传统上是采用流延成型或丝网印刷等湿法陶瓷技术制备的，这些过程需要耗时多天以完成阴极、电解液和阳极涂层的涂覆、干化和烧结，而且由于电解液的烧结需在高温下进行（一般为1400℃或含烧结助剂时1000℃），因此难以制备金属支撑型电池。

目前，采用包括气相沉积、电化学沉积、溶胶凝胶、溅射等方法在内的多种方法，总体来说，这些技术手段制备效率低下、工艺不太稳定以及制备成本高昂限制了SOFC的应用和推广。随着等离子喷涂技术的不断发展，特别是近年来开发出高能等离子喷涂技术，经过多年的努力和尝试采用低压等离子喷涂代替湿法陶瓷技术显著降低制备成本，不仅能使电池仅需耗费较短时间即可实现对常规设备的制造和维修，而且还能在低廉的金属支撑体上进行制备，降低了制备SOFC的成本，为SOFC的发展和应用奠定了一个良好的基础。热喷涂在SOFC上的成功应用，是热喷涂技术在新能源方面最新应用，同时也推动了相关喷涂材料的发展。(www.xing528.com)

4.2.2 热喷涂在工业燃气轮机叶片上的应用

燃气轮机又称为燃气涡轮发动机（Gas Turbine Engine）简称涡轮引擎，其原理是以空气压缩机将外界的空气吸入引擎内部予以加压，再将燃料喷入其内混合形成混合气，然后利用点火器将其燃烧，产生高温高压的膨胀气体排放于大气。在此气体排出引擎外部之前推动轮机，由此造成回转运动做功。燃气轮机技术是电力、化工、船舶、航空诸多领域的装备核心技术，代表一个国家的综合装备技术水平。目前应用的燃气轮机主要有航空发动机、舰船发动机、工业燃气轮机等，由于使用条件的差异，材料应用的效果差别很大，如无涂层的航空发动机涡轮叶片，若在民航发动机上使用，则叶片工作可超过10000h；若用在反潜飞机发动机上，则热腐蚀使叶片寿命减少到1200h；若用在直升机发动机上，且在东南亚飞行，叶片仅能工作800h。以上表明不同工况条件对材料使用性能的影响，也表明轮机部件施加防护涂层的重要性。

现代工业燃气轮机为提高工作效率、延长使用寿命，在一些关键零部件上大量采用抗高温防护涂层来满足苛刻的使用条件。大量地使用高温防护涂层技术可以达到提高性能、提高可靠性和延长使用寿命的目的，随着燃气轮机向高效低污染方向的推进，热端部件的服役温度和使用寿命大幅提高，对热障涂层提出了更苛刻的使用要求，新型热障涂层的研发和应用已成为燃气轮机的核心技术。热障涂层材料已成为现代高性能航空发动机的关键材料，而隔热性能一直是评价热障涂层性能的一个重要指标。

新型热障涂层（TBC）是基于陶瓷材料具有化学稳定性好、高的熔点和低的热导率等特点将喷气发动机和燃气轮机的高温部件与高温燃气隔离开来，采用APS喷涂工艺制备的TBC，每300µm厚的热障陶瓷涂层，就能使金属零件表面的温度降低200℃左右，并保持涡轮机叶片或其他热端部件免受燃气腐蚀或冲击。TBC的应用为航空发动机及燃气轮机工业带来重大的改进和效益，涂层显示出优良的耐热振性能，极大地提高了燃气轮机的使用寿命。