航空用鋁合金世界專利現(xiàn)狀分析

趙義強(qiáng)， 張華山， 張曉冬，董李欣， 李清燕， 劉錦霞

0 引 言

目前，隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)和經(jīng)濟(jì)全球化深入發(fā)展，知識(shí)產(chǎn)權(quán)日益成為世界各國(guó)發(fā)展的戰(zhàn)略性資源和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的核心要素，成為建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的重要支撐和掌握發(fā)展主動(dòng)權(quán)的關(guān)鍵。專利競(jìng)爭(zhēng)已成為國(guó)際間科技競(jìng)爭(zhēng)和經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)。毋庸置疑，材料是飛機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，沒(méi)有性能優(yōu)異、品質(zhì)過(guò)關(guān)的材料作為前提，航空工業(yè)如制造大飛機(jī)等根本就無(wú)從談起。而與其它材料相比，鋁合金具有比模量、比強(qiáng)度高，耐腐蝕性能好，易導(dǎo)熱導(dǎo)電，成型和加工性能好，成本低廉等眾多突出的優(yōu)點(diǎn)，因此，即便面臨來(lái)自鈦合金、復(fù)合材料等新型材料強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)，基于良好的綜合性能，其仍然被認(rèn)為是航空航天領(lǐng)域最具價(jià)值的結(jié)構(gòu)材料，成為航空航天工業(yè)中用量最大的金屬結(jié)構(gòu)材料［1－7］。

航空用鋁合金技術(shù)發(fā)展日新月異，而專利是能夠反映科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平最新動(dòng)態(tài)的情報(bào)文獻(xiàn)［8－9］，為了提高我國(guó)航空用鋁合金產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平，為航空用鋁合金企業(yè)和科研單位提供可行的發(fā)展思路，增強(qiáng)我國(guó)航空工業(yè)整體在國(guó)內(nèi)和國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力，文中將對(duì)航空用鋁合金領(lǐng)域的專利現(xiàn)狀進(jìn)行具體的分析。

表1 相關(guān)分類號(hào)所涉及的主題

1 檢索系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)和分析工具

選擇國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的專利檢索與服務(wù)系統(tǒng)，在德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫(kù)DWPI中，對(duì)世界范圍內(nèi)的航空用鋁合金專利文獻(xiàn)進(jìn)行檢索采集，并且還使用中國(guó)專利文獻(xiàn)檢索系統(tǒng)CPRS對(duì)我國(guó)受理的航空用鋁合金專利文獻(xiàn)進(jìn)行檢索采集以作為補(bǔ)充。本課題涉及鋁合金領(lǐng)域，其覆蓋的范圍很廣，主要采取中圖分類號(hào)＋特定關(guān)鍵詞的檢索策略。根據(jù)第8版國(guó)際專利IPC分類表中的內(nèi)容，包括 C22B，C22C，C21B，C21C，C21D，B22C，B22D，B22F，B64D，B64C等分類號(hào)，各分類號(hào)所涵蓋的主題見(jiàn)表1。

另外，考慮到美國(guó)在鋁合金領(lǐng)域的強(qiáng)勢(shì)地位，應(yīng)用UC分類在美國(guó)全文庫(kù)進(jìn)行的檢索，對(duì)應(yīng)鋁合金的美國(guó) UC分類號(hào)主要有148／415-417 438 529-539，420／528，532 550-554，531 540-541等。

對(duì)航空用鋁合金專利文獻(xiàn)進(jìn)行采集，期間甄別同族專利，排除雜項(xiàng)，并且關(guān)注專利引證情況。本次檢索涉及DWPI數(shù)據(jù)庫(kù)中公開日在1986年1月1日至2012年8月18日之間的專利文獻(xiàn)，以及CPRS數(shù)據(jù)庫(kù)中公開日在1986年1月1日至2012年6月1日之間的專利文獻(xiàn)。由于2011年和2012年申請(qǐng)的部分專利文獻(xiàn)還沒(méi)有公開，數(shù)據(jù)尚不完整，統(tǒng)計(jì)結(jié)果會(huì)有失真。下面采用文中開發(fā)的專利分析軟件和人工相結(jié)合的方法，對(duì)檢索樣本進(jìn)行分析。

2 專利申請(qǐng)年度分布分析

自1986年以來(lái)，世界各國(guó)關(guān)于航空用鋁合金的專利申請(qǐng)總量為1 100件之多。航空用鋁合金領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量和申請(qǐng)人的年度分布情況如圖1所示。

圖1 航空用鋁合金專利申請(qǐng)的年度分布

從圖中可以看出，航空用鋁合金專利申請(qǐng)量總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。其中，外國(guó)申請(qǐng)量1986－2012年國(guó)內(nèi)外基本發(fā)展較為平緩，平均保持20～40件左右；中國(guó)申請(qǐng)量2000年以前基本很少，只是從2000－2012年基本呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，其中，2007－2009年達(dá)到了156件的申請(qǐng)量高峰，這可能與中國(guó)的大飛機(jī)項(xiàng)目和載人航天項(xiàng)目的實(shí)施相關(guān)；全球?qū)＠暾?qǐng)人因中國(guó)的申請(qǐng)量的變化而在2009產(chǎn)生了較大的變化。專利申請(qǐng)量的猛增從側(cè)面反映出進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著航天航空事業(yè)的快速發(fā)展，進(jìn)而導(dǎo)致相應(yīng)的需求量，并且隨著科技的進(jìn)步，人們對(duì)于高性能鋁合金也進(jìn)行了不斷改進(jìn)的各種嘗試和努力。

3 申請(qǐng)國(guó)別與領(lǐng)域分布分析

對(duì)申請(qǐng)國(guó)別的分析主要是從申請(qǐng)公開國(guó)別和申請(qǐng)技術(shù)來(lái)源國(guó)別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，而對(duì)申請(qǐng)人領(lǐng)域分布主要是IPC分類號(hào)和產(chǎn)品體系為基準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的。專利申請(qǐng)公開國(guó)別統(tǒng)計(jì)分析如圖2所示。

圖2 專利申請(qǐng)公開國(guó)別統(tǒng)計(jì)分析

從圖2中可以看出，公開量中國(guó)占第一名，達(dá)到了279之多，其次為 US，JP，EP，WO，DE，RU，AU，F(xiàn)R。技術(shù)來(lái)源國(guó)別統(tǒng)計(jì)分析如圖3所示。

圖3 技術(shù)來(lái)源國(guó)別統(tǒng)計(jì)分析

從圖3可以明顯地看出技術(shù)來(lái)源國(guó)的排名情況，其中第一為美國(guó)，這與美國(guó)航天航空的霸主地位是相適應(yīng)的，另外，德國(guó)、法國(guó)、俄羅斯也體現(xiàn)出了各自在高性能鋁合金項(xiàng)目上的強(qiáng)勢(shì)，而中國(guó)由于2009年的申請(qǐng)人的集中申請(qǐng)而名列第二。IPC總量分布如圖4所示。

圖4 IPC總量分布

從圖4分類號(hào)情況來(lái)看，C22C分類（主要為合金）的案件最多，每年的重點(diǎn)都是如此；其次為C22F分類，改變有色金屬或有色合金的物理結(jié)構(gòu)（C22F），用熱處理法或用熱加工、冷加工法改變有色金屬或合金的物理結(jié)構(gòu)（C22F1／00）的熱處理工藝分類為高性能鋁合金研究的第二個(gè)大熱點(diǎn)；其余的B22F（由金屬粉末制造制品；金屬粉末的制造）、B23K（釬焊，如硬釬焊或脫焊）等也是鋁合金項(xiàng)目的研究熱點(diǎn)之一。

就涉及航空用高性能鋁合金的技術(shù)領(lǐng)域來(lái)講，2XXX 的 Al-Cu，7XXX 的 Al-Zn，Al-Mg，第三代飛機(jī)鋁合金Al-Li合金均反映了航空領(lǐng)域的真實(shí)情況，具體如圖5所示。

圖5 航空用鋁合金技術(shù)領(lǐng)域申請(qǐng)總量分布

同時(shí)遺憾的是在人工專利標(biāo)引時(shí)，好多文獻(xiàn)不好確定其具體的體系情況，從而導(dǎo)致了“其它”申請(qǐng)量較大的情況，這恰恰是鋁合金專利技術(shù)較為復(fù)雜，人工標(biāo)引困難的一個(gè)體現(xiàn)。

4 主要申請(qǐng)人分析

本領(lǐng)域的重要申請(qǐng)人（即申請(qǐng)人排名前15位的企業(yè)）的申請(qǐng)情況見(jiàn)表2。

表中包括排名、申請(qǐng)量與公司簡(jiǎn)稱（代碼）情況。表2反映了本領(lǐng)域申請(qǐng)量前15名的企業(yè)，其中，國(guó)外的主要為美鋁公司（112件）、株式會(huì)社神戶制鋼所（79件）、愛(ài)爾康何納呂公司（法國(guó)）、克里斯鋁軋制品有限公司、阿勒里斯鋁業(yè)科布倫茨有限公司、波音公司、全俄航空材料研究院、皮奇尼何納呂公司（法國(guó)）；國(guó)內(nèi)的主要為貴州華科鋁材料工程技術(shù)研究有限公司（99件）、江蘇麟龍新材料股份有限公司、中南大學(xué)。其中，貴州華科鋁材料工程技術(shù)研究有限公司申請(qǐng)量集中在2009年。

表2 重要申請(qǐng)人（即申請(qǐng)人排名前15位的企業(yè)）信息表

主要申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)量分布對(duì)比如圖6所示。

圖6 主要申請(qǐng)人的專利申請(qǐng)量分布

圖中直觀地反映出來(lái)申請(qǐng)量前15名企業(yè)申請(qǐng)量對(duì)比關(guān)系。

5 航空用鋁合金主要技術(shù)發(fā)展分析

改進(jìn)航空用鋁合金性能的技術(shù)手段主要包括成分含量控制（添加合金元素）、鑄鍛工藝、熔煉方法、熱處理工藝、擠壓工藝、消除殘余應(yīng)力等。

主要技術(shù)手段的總量分布情況如圖7所示。

圖7 航空用鋁合金主要技術(shù)手段分布情況

從圖中可以看出，就涉及航空用高性能鋁合金的技術(shù)手段來(lái)講，成分含量控制（添加合金元素）即對(duì)鋁合金的成分進(jìn)行優(yōu)化占近40%，進(jìn)而通過(guò)熱處理工藝改進(jìn)組織結(jié)構(gòu)約占10%，可見(jiàn)成分含量控制和熱處理工藝仍然是航空用鋁合金發(fā)明技術(shù)手段最主流的方式。但隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)研究工作者對(duì)組織、性能期望的多樣化，而慢慢地也涉及其它一些改進(jìn)方法，如鍛造工藝、熔煉方法、擠壓工藝、消除殘余應(yīng)力等手段。相對(duì)而言，涉及其它技術(shù)手段的專利申請(qǐng)量較小，其發(fā)展也不穩(wěn)定，則說(shuō)明在高性能鋁合金的技術(shù)改進(jìn)過(guò)程中，這些技術(shù)手段使用較少，那么在今后的科學(xué)研究中，可以有針對(duì)性地加強(qiáng)對(duì)這些薄弱技術(shù)手段的研究，在他人涉足較少的方面尋找契機(jī)，獲得技術(shù)進(jìn)步的機(jī)會(huì)相應(yīng)更大。

下面對(duì)排名第一的美鋁公司專利申請(qǐng)做一些重點(diǎn)分析，具體如圖8～圖11所示。

圖8 美鋁公司技術(shù)手段總量分析

圖9 美鋁公司技術(shù)領(lǐng)域總量分析

圖11 美鋁公司產(chǎn)品類別總量分析

圖中展示了美鋁公司在技術(shù)手段、技術(shù)領(lǐng)域、技術(shù)效果（技術(shù)目標(biāo)）、產(chǎn)品類別等方面的總量分析。從中可以看出，美鋁公司的技術(shù)手段集中在成分含量控制和熱處理工藝上；技術(shù)領(lǐng)域上涵蓋Al-Cu，Al-Zn，Al-Mg，Al-Li（Sc）各個(gè)領(lǐng)域，發(fā)展均衡；技術(shù)效果上追求高強(qiáng)度和耐腐蝕、低密度等；產(chǎn)品類別涵蓋厚板、薄板、擠壓型材、鑄件等，也同樣十分全面。

美鋁公司在技術(shù)手段、技術(shù)領(lǐng)域的趨勢(shì)分析如圖12和圖13所示。

圖12 美鋁公司技術(shù)領(lǐng)域趨勢(shì)圖

圖13 美鋁公司技術(shù)手段趨勢(shì)分析

從圖中可以看出，美鋁公司技術(shù)領(lǐng)域集中在Al-Cu，Al-Zn，Al-Li上，1990 年曾集中在 Al-Li合金上，2009年有1件Al-Li合金申請(qǐng)。而在技術(shù)手段上開發(fā)新產(chǎn)品即成分含量的控制為永恒的重點(diǎn)。

6 航空用鋁合金技術(shù)發(fā)展核心專利分析

按專利被引用次數(shù)大于等于15，專利號(hào)和申請(qǐng)人公司代碼見(jiàn)表3。

其中被引用次數(shù)最多的為65次，ALUM美鋁公司的專利有15篇，占前24名中的66.7%，且引用次數(shù)前5名的專利均為美鋁公司，由此可以明顯看出，美鋁公司在航空領(lǐng)域的霸主地位。

另外，在德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，其中，US5624632被引證次數(shù)為40次（雖然相比較S系統(tǒng)的被引證關(guān)系較少，但同樣也能明顯看出其核心地位），對(duì)其引用專利的專利權(quán)人做了進(jìn)一步分析，如圖14所示。

圖14 核心專利引用者專利權(quán)人分析

表3 利引證頻次排序表

從圖14可以看出，引用的前3名分別為聯(lián)邦技術(shù)公司（UNITED TECHNOLOGIES CORP）、阿勒里斯鋁業(yè)科布倫茨有限公司（ALERIS ALUMINUM KOBLENZ GMBH）和應(yīng)用材料公司（APPLIED MATERIALS INC），均為本領(lǐng)域知名材料公司，這同時(shí)也證明了核心專利的重要性。

7 結(jié) 語(yǔ)

7.1 專利申請(qǐng)量

在其相關(guān)專利申請(qǐng)量上，美、中、日、德、法、俄居國(guó)家前幾位；而對(duì)于公司而言，ALUM（美鋁公司）公司申請(qǐng)量最多，其次為貴州華科、KOBM（神戶制鋼所）、ALCN（愛(ài)爾康何納呂公司（法國(guó)））、TTTA（克里斯鋁軋制品有限公司）、ALER-N（阿勒里斯鋁業(yè)科布倫茨有限公司）等，這體現(xiàn)了美國(guó)在航空用高性能鋁合金領(lǐng)域的絕對(duì)領(lǐng)先地位，而德、俄、法、日是該領(lǐng)域的重要技術(shù)來(lái)源國(guó)。

7.2 技術(shù)領(lǐng)域、技術(shù)手段方面

在技術(shù)領(lǐng)域上，Al-Cu，Al-Zn，Al-Mg，Al-Li系列的航空用高性能鋁合金申請(qǐng)量仍占據(jù)航空用高性能鋁合金領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量的前3位，且Al－Cu，Al-Zn系列高強(qiáng)度航空用高性能鋁合金仍是目前國(guó)際上大規(guī)模生產(chǎn)及工程應(yīng)用的最主要高性能；而第三代鋁鋰合金如1460和Weldalite系列合金，高韌的2097，2197合金，低各向異性的AF／C-489，AF／C-458 合金等的申請(qǐng)量比較小，應(yīng)該是美國(guó)等主要強(qiáng)國(guó)的技術(shù)壟斷所致。在技術(shù)手段上，競(jìng)爭(zhēng)集中在添加合金元素即成分控制、熱處理工藝的改進(jìn)上，而擠壓、鑄鍛、熔煉等其它技術(shù)手段相對(duì)來(lái)說(shuō)申請(qǐng)量較少，美鋁公司各主要技術(shù)手段的發(fā)展較為平均，而所有的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都對(duì)合金元素的添加及控制方面尤為重視。

7.3 技術(shù)效果（目的）方面

適用于高強(qiáng)度航空用高性能鋁合金申請(qǐng)數(shù)量最多，其次是耐腐蝕和低密度航空用高性能鋁合金，說(shuō)明這些技術(shù)領(lǐng)先于國(guó)際上研究的重點(diǎn)技術(shù)；此外，高硬度、耐熱、耐低溫、耐磨和焊接性能也是各公司較多的主要目標(biāo)之一。而我國(guó)貴州華科在高強(qiáng)耐熱鋁合金上有一定的特色，但由于其申請(qǐng)時(shí)間段量較為集中，情形比較特殊。

7.4 專利布局建議

對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)，航空用高性能鋁合金的高質(zhì)量專利申請(qǐng)與國(guó)外比還有較大的差距。美國(guó)的美鋁公司在該行業(yè)中的地位最為突出。但美鋁公司在中國(guó)關(guān)于航空鋁合金的授權(quán)專利很少（僅為2個(gè)），這一方面說(shuō)明中國(guó)市場(chǎng)在這方面的落后，美鋁等巨頭沒(méi)有去進(jìn)行認(rèn)真的專利布局；另一方面也說(shuō)明有可能大量的核心技術(shù)處于國(guó)家戰(zhàn)略考慮而處于保密之中?？傊?，包括美鋁在內(nèi)的其它知名鋁合金公司在華的授權(quán)專利量均不大，沒(méi)有形成專利保護(hù)體系，中國(guó)的相關(guān)企業(yè)單位應(yīng)該抓住這一機(jī)會(huì)，盡早布局。

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