涂界记者2月20日获悉，由西安理工大学、哈尔滨工业大学和南京浩穰环保科技有限公司联合完成的“轻金属表面梯度涂层的界面结构调控技术与关键设备”项目拟提名为2019年度国家技术发明二等奖。

该项目的理论创新与技术发明如下：（1）首次提出阳极表面OH-高速率析氧、氧气膜高比例离化的等离子体诱发理论，建立起氧气膜可控离化的等离子体诱发物理模型；（2）发明了阳极表面OH-化合与析氧两种反应机制的在线调控技术，于轻金属表面生长出50µm无层内空化缺陷的致密陶瓷层；（3）发明了内嵌入外包裹的梯度涂层复合技术。制备出电泳涂料向陶瓷层盲孔牢固嵌合、对工作层填料紧密包裹的梯度复合涂层。（4）首次以电流波形矩形规整作为等离子体诱发系统设计的指导思想，研制出目前国际上处理面积最大、单位面积电耗最低的240kW处理8m2的等离子体电源。

该项目属轻金属表面处理领域。针对轻金属应用于登陆艇、舰载机、高铁及电动汽车等装备而必需解决的遭弹射冲击不剥落、遇乱石飞溅不破损、异金属连接不腐蚀等防护涂层制备难题，本成果首次提出了阳极表面OH-析氧离化的等离子体诱发理论，并利用氧等离子体对陶瓷层致密增厚与表面微孔结构的调控功能，开发出电泳涂料先向陶瓷层微孔涌入嵌合、再对后续喷涂物料紧密包裹的梯度涂层复合技术；首次采用DSP控制核心+光通信同步发生器，研制出单位面积电耗从70kW/m2降至30kW/m2的等离子体诱发电控系统。本成果的主要发明点和应用情况如下：

1.首次提出阳极表面OH-高速率析氧、氧气膜高比例离化的等离子体诱发理论，开发出只有OH-参与阳极反应的电解液体系，建立起氧气膜可控离化的等离子体诱发物理模型。为氧等离子体的低电耗可控诱发、陶瓷表面微孔结构调控、无定型阳极氧化涂层的晶化转变奠定了理论基础。

2.发明了阳极表面OH-化合与析氧两种反应机制的在线调控技术，构建出OH-先化合反应后析氧离化、使化合反应所得的阳极氧化涂层在离化热和空化力作用下发生晶化致密化转变的等离子体电化学体系。在此基础上，于轻金属表面制备出50µm无层内空化缺陷的致密陶瓷层，填补了微弧氧化陶瓷层厚必空化的工艺缺憾。

3.发明了内嵌入外包裹的梯度涂层复合技术。利用等离子体对陶瓷层表面盲孔结构的调控功能及电泳涂料对微孔的电致涌入特点，制备出电泳涂料向陶瓷层盲孔牢固嵌合、对工作层填料粒子紧密包裹的梯度复合涂层。满足了轻金属构件服役于海洋环境、经受乱石飞溅不被腐蚀的表面防护性能要求。

4.首次以电流波形矩形规整作为等离子体诱发系统设计的指导思想，开发出DSP控制核心+光通信同步发生器，实现了10个以上大功率IGBT模块并联的亚微秒精度同步开断，使脉宽小于100微秒、强度大于5000A的电流波形的矩形度，由传统的电控系统的不足30%提高到70%以上。据此，研制出目前国际上处理面积最大、单位面积电耗最低的240kW处理8m2的等离子体电源。

研究成果已被列入海防舰艇铝镁合金构件表面防护处理验收大纲，应用在登陆艇螺旋浆浆叶、风机叶轮、滤清器及舰载机发射装置等关键部件的表面防护处理；被中车集团列入高铁驱动系统铸铝代钢的表面处理规范，累计装备驱动电机32000台；经中美加三个国家、八个项目组技术竞标，赢得了境外美国通用汽车的直接经费支持，与该公司研发中心合作，开发出国际上唯一通过美国第三方检测机构认证的镁合金轮毂表面梯度复合涂层，并联合申请两项国际专利。到目前为止，已有一百余台（套）设备被铝镁合金制造企业选用，部分应用单位近三年的使用结果表明，新增产值30多亿元，新增利润近3亿元。成果累计授权发明专利授权17项，合编出版英文专著2部，发表SCI检索论文56篇（它引692次，ESI高被引论文1篇）。

针对制约轻量化发展的表面处理设备与涂层制备工艺缺憾，在科技部国家科技支撑计划、国际合作计划、国家自然科学基金等项目支持下，该成果面向汽车、机械、国防、航空航天及电子工业等国民经济支柱产业及装备再制造等循环经济新兴产业需求，从阳极OH-析氧离化的边界条件确定切入，以轻金属表面梯度涂层界面结构调控技术与关键设备为成果形态，开发出可满国防装备与民用产品轻金属构件服役于苛刻环境的梯度涂层复合技术，研制出兼备陶瓷层致密增厚和表面盲性微孔结构进行精准调制的、当前国际上处理能力最大和电能消耗最低的等离子体电控系统，解决了铝、镁合金结构件服役于不同环境的防护涂层制备难题。

研究成果累计获得发明专利授权17项，联合通用汽车申请国际专利2项，出版英文专著2章节，发表论文SCI检索论文56篇（SCI它引152次，ESI高被引论文1篇），培养博士、硕士研究生26名，为铝镁合金制造行业的进步、材料科技人才的培养做出了重要贡献。

该成果以轻金属表面梯度涂层界面结构调控技术与关键设备为成果形态，开发出可满国防装备与民用产品轻金属构件服役于苛刻环境的梯度涂层复合技术，解决了铝、镁合金结构件服役于不同环境的防护涂层制备难题。研究成果已写入了艇上铝制设备、舰载机镁质构件防腐处理验收大纲，解决了镁合金用于军机吊舱、发射架等部件时需解决的耐蚀抗冲击与减磨等多性能兼顾的涂层制备难题；因本成果系唯一通过国际第三方检测机构（RELIABLE ANALYSIS, INC.）镁合金轮毂表面防护性能综合检测的表面处理技术，美国通用汽车公司要求与项目组联合申请了两项镁合金轮毂防腐抗冲击复合涂层制备的国际专利，具体应用情况如下：

（1）复杂工况条件国防军工铝镁合金部件微弧梯度防护涂层开发。针对铝镁合金零部件在海陆过度地带等恶劣环境的服役要求，项目组开发具有耐蚀和局部冲击磨损的微弧梯度防护涂层，已经在登陆艇铝制螺旋桨叶和面积大于10平方米的风机叶轮及长度2米的某型号镁合金内埋式发射装置外壳得到应用。经认证测试，经梯度复合涂层处理零部件表面性能优异，梯度涂层盐雾试验大于1000小时（GJB150.11A-2009），结合力≤1级（GB/T9286-1998），膜层以军标标准摩擦500次无脱落，满足了海防装备对铝镁合金零构建的表面性能要求。

（2）高铁、汽车用铝镁合金结构件的应用。项目组在科技部“中美加”国际合作项目支持下与通用汽车全球技术中心合作，参考铝合金轮毂表面性能测试标准，委托RELIABLE ANALYSIS, INC.按照通用汽车公司全球工程标准测试镁合金表面微弧梯度涂层的耐蚀性、耐磨性、抗飞石冲击性能、抗热冲击性能和结合力，结果显示微弧梯度复合处理镁合金样片和轮毂通过所有测试，说明微弧梯度涂层满足镁合金轮毂对表面性能的需求。同时项目完成人联合美国通用汽车申请了镁合金轮毂防腐抗冲击梯度复合涂层制备的国际专利“Method of Making Enhanced Surface Coating for Light Metal Workpiece（2015年申请）”和“A Light Metal Or Alloy Matrix Workpiece Having Tailor Coated Corrosion Resistant layers And Methods For Making The Same（2016年申请）”（已公开），并将低能耗微弧梯度涂层制备技术和装备列入车用镁合金轮毂表面处理规范。东莞宜安科技股份有限公司已将微弧梯度涂层制备技术成功应用于压铸镁合金车门，并以“镁合金压铸侧门内板”项目获得2017国际镁协汽车类铸造产品优秀奖。

项目组与株洲中车天力锻业有限公司合作，成功将低能耗环保型微弧梯度复合处理设备及工艺应用于高铁用铸造铝合金零部件表面处理生产中，产品涉及高铁传动端端盖、非传动端端盖、接线盒、传感器盖等铝合金零部件表面防护处理，以满足不同地理环境及气候条件下的表面性能需求。截止2016年底已累计装备32000台高铁列车驱动电机，经应用验证低能耗环保型微弧梯度涂层处理工艺可靠，设备运行稳定，驱动电机的铝制零部件表面综合性能优异。

（3）电子壳体类铝镁合金外观件应用。2012年香港嘉瑞集团委托项目组研制出月处理笔记本外观件30万件、集微弧氧化和电泳等涂装工序于一体的微弧梯度复合处理生产线，不仅彻底根除了酸洗碱洗化学钝化的废水产生源头，微弧梯度复合处理优异的耐蚀抗擦伤性能也为公司争取到LENOVO、HUAWEI、GM、JBL等公司订单。经生产验证，通过微弧梯度复合处理的产品表面性能优异，等离子体电控系统不仅生产成本与传统工艺相比下降35%，而且根除了污染物之排放。常州华晨铸造有限公司2012年开始采用低能耗微弧梯度复合处理技术替代过去化学氧化加喷涂工艺，不仅解决了预处理的酸洗碱洗及化学转化膜形成过程中污水排放这一老大难问题，五年来累计减少污水处理等各项环保费用一亿多元。而且经微弧梯度复合处理的铝合金压铸件，漆膜和基体的良好结合也为华晨公司争取到了诸如日本牧田、瑞士托利多等国际品牌公司的订单，公司累计增加营运收入超过五亿元。

（4）低能耗铝镁合金微弧梯度涂层复合处理装备。项目组与南京浩穰环保科技有限公司及深圳粤辉煌自动化设备有限公司合作，累计销售低能耗铝镁合金微弧梯度涂层复合处理生产线及电源一百余条（套）。经市场及客户验证，微弧氧化处理与传统涂装前处理过程相比工艺简单，基本无废水排放，综合处理成本降低25-40%。

该项目研究成果面向汽车、机械、国防、航空航天及电子工业等国民经济支柱产业及装备再制造等循环经济新兴产业需求，以基于轻量化绿色表面处理技术及装备发展为目标，围绕轻合金梯度涂层制备技术开发和环保型低能耗复合处理装备研制及工程化技术，开发出一批具有典型创新性和示范性的产品、工艺和重点装备，实施应用工程和产业示范。应用效果在以下四个方面：

（1）提高国防能力及保障国家和社会安全。针对铝镁合金零部件在海陆过度地带等恶劣环境的服役要求，开发具有耐蚀和局部冲击磨损的微弧梯度防护涂层，已经在长度2米的某型号舰载机内埋式发射装置及登陆艇铝制螺旋桨叶和风机叶轮得到应用。经认证测试，微弧梯度复合处理零部件表面性能优异，梯度涂层中性盐雾试验大于1000小时（执行GJB150.11A-2009），结合力≤1级（GB/T9286-1998），局部膜层摩擦500次无脱落，满足国防军工装备对铝镁合金零部件的表面性能要求。经过微弧梯度涂层制备技术处理的铝镁合金部件使用寿命明显增加，能够有效提高武器装备的服役周期，为提高国防能力及保障国家和社会安全提供重要保证。

（2）解决行业技术问题及推动科学技术进步。高铁、汽车用铝镁合金结构件均处于裸露运动服役环境，除需考虑“乱石飞溅”的随机擦伤及各类气候环境的腐蚀防护外，还要满足与正电极电位的异金属连接时不发生电偶腐蚀。对此类结构件，项目在科技部“中美加”国际合作项目支持下，研究团队与通用汽车全球技术中心合作，参考铝合金轮毂表面性能测试标准，委托RELIABLE ANALYSIS (Shanghai)按照通用汽车公司全球工程标准测试镁合金表面微弧梯度涂层耐蚀性、耐磨性、抗飞石冲击性能、抗热冲击性能和结合力，结果显示微弧梯度复合处理镁合金样片和轮毂通过所有测试，说明微弧梯度涂层满足镁合金轮毂对表面性能的需求。同时通用汽车邀请团队成员去底特律研发中心协助进行镁合金轮毂表面防护工艺开发以及可用性评价，并将微弧梯度涂层制备技术和装备列入车用镁合金轮毂表面处理规范。东莞宜安科技股份有限公司已将微弧梯度涂层制备技术成功应用于压铸镁合金车门，并以“镁合金压铸侧门内板”项目获得2017国际镁协汽车类铸造产品优秀奖。

团队与株洲中车天力锻业有限公司合作，成功将低能耗环保型微弧梯度涂层复合处理设备及工艺应用于高铁用铸造铝合金零部件表面处理生产中，产品涉及高铁传动端端盖、非传动端端盖、接线盒、传感器盖等铝合金零部件表面防护处理，以满足不同地理环境及气候条件下的表面性能需求。截止2016年底已累计装备32000台高铁列车驱动电机，经应用验证低能耗环保型微弧梯度复合处理设备运行稳定，工艺可靠，驱动电机的铝制零部件表面综合性能优异。

（3）保护自然资源和生态环境。由于微弧梯度涂层制备技术的环保优点和性能特点，2012年香港嘉瑞集团委托团队研制出月处理笔记本外观件30万件、集微弧氧化和电泳等涂装工序于一体的微弧梯度涂层复合处理生产线，不仅彻底根除了酸洗碱洗化学钝化的废水产生源头，微弧复合处理优异的耐蚀抗擦伤性能也为公司争取到LENOVO、HUAWEI、GM、JBL等公司订单。经生产验证，通过微弧复合处理的产品，不仅表面性能优异、生产成本与传统工艺相比下降35%，而且根除了污染物之排放。常州华晨铸造有限公司是生产电动工具用铝合金压铸件的专业企业，2012年开始采用低能耗微弧复合处理技术，替代过去化学氧化加喷涂工艺，不仅解决了预处理的酸洗碱洗及化学转化膜形成过程中污水排放这一老大难问题，五年来累计解决污水处理等各项环保费用一亿多元。

以节能减排、循环经济及可持续发展为目标，东莞宜安科技股份有限公司、嘉瑞科技（惠州）有限公司、常州华晨铸造有限公司及西安福莱特热处理有限公司应用本成果的关键技术及装备，使铝镁合金表面防护的处理成本降低、废水排放减少，既改善了区域生态环境又推动国家轻量化绿色表面处理技术发展。

（4）经济效益。完成单位新增销售额为西安理工大学和哈尔滨工业大学应用该技术的科研到款及南京浩穰环保科技有限公司应用该技术新增的销售额，新增利润为南京浩穰环保科技有限公司应用该技术新增的销售利润及西安理工大学和哈尔滨工业大学技术开发服务项目的结余经费，完成单位合计新增销售额7527.3万元，新增利润874.1万元。此外，其他应用单位如嘉瑞科技（惠州）有限公司、东莞宜安科技股份有限公司、常州华晨铸造有限公司、西安福莱特热处理有限公司的新增销售额为直接采用低能耗铝镁合金微弧复合处理技术完成铝、镁合金零部件表面防护处理的产值，新增利润为直接应用本成果的收益。深圳市日欣工业设备有限公司、深圳市粤辉煌自动化设备有限公司新增销售额为采用本成果制造销售低能耗微弧等离子体电源及微弧复合处理装备的产值，新增利润为电源及装备销售所产生的收益。应用单位合计新增销售额313928.62万元，新增利润23893.56万元。（涂界）

【资讯】展辰、永新等涂企受益的项目，被授予国家最高科学技术奖
【资讯】打破国际技术垄断！大型飞机涂料项目有望获得省级科学技术奖

【资讯】现代战争武器装备表面涂层项目拟申报2018年度国家科学技术奖

【资讯】三年产值31亿！这个涂料项目拟申报2018年国家科学技术奖

【资讯】海洋防护材料技术项目计划申报2018年国家科学技术奖

【资讯】汽车涂料国产化关键技术项目拟申报2018年度国家科学技术奖

【聚焦】厉害了！涂料企业2017年有望登上国家科技最高领奖台

【资讯】展辰、永新等涂企受益的项目，被授予国家最高科学技术奖
【资讯】打破国际技术垄断！大型飞机涂料项目有望获得省级科学技术奖

【资讯】现代战争武器装备表面涂层项目拟申报2018年度国家科学技术奖

【资讯】三年产值31亿！这个涂料项目拟申报2018年国家科学技术奖

【资讯】海洋防护材料技术项目计划申报2018年国家科学技术奖

【资讯】汽车涂料国产化关键技术项目拟申报2018年度国家科学技术奖

【聚焦】厉害了！涂料企业2017年有望登上国家科技最高领奖台