张杰
（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215163）
【摘要】本文主要从激光熔覆技术国内外专利申请的申请时间、国家/地区专利申请分布、国内外专利申请人分布、激光熔覆技术存在的主要问题、解决问题的主要方向等方面进行分析研究。研究表明：激光熔覆技术国外起步较早，专利申请主要集中在欧洲、亚洲和北美，本世纪初以后出现了发展放缓；而该技术在中国起步较晚，但在本世纪初至今发展迅猛，我国激光熔覆专利分布的地域趋势较为明显，从熔覆材料方面来改善裂纹问题为主要申请方向之一，自熔性合金粉末、复合材料的研究与应用成为熔覆材料申请的热点。
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关键词 激光熔覆；专利；合金
Patent Analysis on the Laser Cladding Technologies
ZHANG Jie
(Patent Examination Cooperation Jiangsu Center of the Patent Office, SIPO, Suzhou Jiangsu 215163, China)
【Abstract】In this paper, the patent on laser cladding technology international and abroad was researched and compared. The research mainly focus on he time distribution and spatial distribution of patent applications，information about the major patent holders，the trend and development of the patent on laser cladding technology. The results show that: laser cladding technology started earlier abroad and maily appeared in Europe, Asia and North America. And the technology in China started later, but has a rapid development recent years. Cladding materials used for solving the crack problem is obvious. Self-fluxing alloy powder and composite materials is one of the main application direction.
【Key words】Laser cladding; Patent; Alloy
0 前言
激光熔覆技术是激光表面改性处理的一种[1]，目前在地球蕴藏的有限战略金属元素的大量消耗的今天，该技术引起了世界各国的高度关注。为了解激光熔覆技术在专利中的分布状况，本文以专利数据为分析样本，从专利中激光熔覆技术申请的国内外申请时间分布特点、国内外国家/地区专利布局特点、国内外专利申请人分布特点、激光熔覆技术存在的主要问题、解决问题的主要方向等方面进行分析。本文所依据的数据分布来自中国专利文摘数据库（CNABS）和德温特世界专利索引数据库（DWPI）。
1 激光熔覆技术国内外发展概况
1.1 国外激光熔覆技术发展概况
最早的激光熔覆技术专利是由美国AVCO EVERETT RES LAB INC公司的Gnanamuthu于1974年底提出的，他提出了在金属基体上激光熔覆一层金属材料的方法的专利US3952180A，由此开启了激光熔覆的基础研究工作的序幕。从图1可以看出，激光熔覆技术国外起步较早，但是到本世纪初以后出现了发展停滞期。
由图2可以看出，国外的专利申请主要集中在下面三个地区: 欧洲（如英国、德国、法国）、亚洲（日本）和北美（美国）。欧洲在激光熔覆领域的主要研究内容包括：（1）金属基复合涂层制备技术，如专利申请EP13160591A，在基材表面熔覆金属材料以提高基体的硬度及抗腐蚀性；（2）激光熔覆修复技术，如德国RORO公司的专利申DE102011081112A，分区域激光熔覆修复材料以对工件的损坏部位进行修复；（3）激光熔覆微观缺陷的分析与改进技术，如EP12726014A采用结构探伤检验以分析显微裂纹和残余应力。
北美在激光熔覆领域的主要研究内容包括：（1）激光熔覆耐磨工具钢制造技术, 如ALVO-N公司的专利申请US19990247470A研究了切削不同材料的切削工具的激光熔覆技术；（2）激光熔覆TiB2 制备耐磨涂层, 铝基材料激光熔覆铜合金等合金制备技术。
亚洲（中国以外的国家和地区）在激光熔覆领域主要研究内容包括：（1）利用激光熔覆增强零件机械性能方面,主要的专利申请人有日本丰田、尼桑汽车公司和三菱公司等；（2）激光熔覆制备增强金属基复合材料涂层方面，如JP2011057394A；（3）激光熔覆过程微观缺陷的分析与改进技术。
从图3可以看出，国外主要的申请人集中于日本、欧洲、美国，如TOYOTA MOTOR CORP、GEN ELECTRIC、DTM CORP等公司。这与国外申请总量的地域分布成正相关。
1.2 国内激光熔覆技术发展概况
由图4可以看出，我国在本世纪初出现激光熔覆的专利，只有少数企业尝试应用，如济南钢铁集团新事业有限公司于2003年申请的专利CN03112193A中，采用激光熔覆工艺在加热炉滑块的工作面熔覆60钴合金层。2006年之后，激光熔覆以迅猛的势头发展，目前仍有大幅增长的趋势。
我国激光熔覆专利分布的地域趋势较为明显，主要集中在江苏、辽宁、北京、山东等地，这与上述地区经济繁荣、科研实力强等因素有关，其中申请人沈阳大族激光的申请量最大，详见附图5、图6。
我国对激光熔覆方法的研究范围广泛,研究内容主要涉及以下方面:（1）激光熔覆制备耐磨涂层，如丹阳宏图激光科技有限公司公开了关于耐磨涂层制备的申请，如CN201310239606A、CN201310239642A、CN201210351277A等；（2）改进激光熔覆工艺参数方面的研究，如CN201110376721A、CN201110178442A等对激光熔覆的工艺参数进行优化调节;（3）金属基复合涂层制备工艺, 如沈阳大陆激光成套设备有限公司的专利申请CN201010518946A，公开了在高速线材辊环表面激光熔覆制备碳化钨硬质合金涂层的方法；（4）对熔覆材料的改进，如中国科学院半导体研究所的专利申请CN201310308333A，公开了激光熔覆用合金粉末C，Ni，Cr，B，Si，Mo，Cu，余量为Fe。
2 熔覆材料技术分布
通过对相关专利文献的阅读研究发现：裂纹是大面积激光熔覆技术中主要待解决的问题之一。目前在专利文献中，从熔覆材料方面来改善裂纹问题为主要申请方向之一。按照材料成分构成, 激光熔覆粉末材料主要分为金属粉末、陶瓷粉末和复合粉末等。在金属粉末中, 自熔性合金粉末的研究与应用最多。
2.1 自熔性合金粉末
自开展激光熔覆技术研究以来，人们最先选用的熔覆材料就是Ni 基、Co 基和Fe 基自熔性合金粉末。
Ni 基自熔性合金粉末以其良好的润湿性、耐蚀性、高温自润滑作用和适中的价格在激光熔覆材料中研究最多、应用最广。具有代表性的如江苏翌煜能源科技发展有限公司的专利申请CN201310396991A公开的用于丝杠表面进行激光熔覆的镍基陶瓷粉末。
Co 基自熔性合金润湿性好，其熔点较碳化物低，受热后Co元素最先处于熔化状态，而合金凝固时它最先与其它元素形成新的物相，对熔覆层的强化极为有利。具有代表性的如武汉团结点金激光科技有限公司的申请CN201310313958A中公开的一种汽车变速箱齿轮热锻模具激光再制造修复的钴基陶瓷粉末。
Fe 基自熔性合金粉末适用于要求局部耐磨且容易变形的零件，基体多为铸铁和低碳钢，其最大优点是成本低且抗磨性能好。具体代表性的专利申请为：CN201010218196A，CN201310047311A,CN201310313958A。
2.2 复合粉末
复合粉末主要是指碳化物、氮化物、硼化物、氧化物及硅化物等各种高熔点硬质陶瓷材料与金属混合或复合而形成的粉末体系。专利文献中，目前应用和研究较多的复合粉末体系主要包括：碳化物合金粉末（如WC、SiC、TiC、B4C、Cr3C2等）、氧化物合金粉末（如Al2O3、Zr2O3、TiO2等）、氮化物合金粉末（TiN、Si3N4等）、硼化物合金粉末、硅化物合金粉末等。其中, 碳化物合金粉末和氧化物合金粉末研究和应用最多,主要应用于制备耐磨涂层。具有代表性的专利如山东能源机械集团大族再制造有限公司的专利申请CN201210159355A中涉及的WC与Ni-Cr-B-Si混合合金粉末。
3 结论
激光熔覆技术国外起步较早，申请主要集中在欧洲（如英国、德国、法国）、亚洲（日本）和北美（美国），但是到本世纪初以后出现了发展停滞期，而此技术在中国起步较晚，但是该技术在本世纪初至今发展迅猛，我国激光熔覆专利分布的地域趋势较为明显，从熔覆材料方面来改善裂纹问题为主要申请方向之一，自熔性合金粉末、复合材料的研究与应用成为熔覆材料申请的热点。
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参考文献
［1］曹凤国,主编.特种加工手册[M].北京:机械工业出版社,2010,11:448-451.
［责任编辑：汤静］