基于專利數(shù)據(jù)的高熵合金技術(shù)態(tài)勢分析

鮑芳芳 宗 驍 丁賢飛 南 海 張愛斌

（1.中國航發(fā)北京航空材料研究院，北京 100095；2.北京市先進鈦鋁合金精密成型工程技術(shù)研究中心，北京 100095）

0 引言

21 世紀以來，高熵合金成為合金領(lǐng)域發(fā)展最迅速的新材料之一，也被認為是近幾十年來合金化理論的三大突破之一。由于高熵合金在力學、物理和化學性能方面具有獨特優(yōu)勢，因此其未來的應用前景十分廣泛，并已成為國際材料學術(shù)界重要研究的熱點之一。國內(nèi)外大量學者對高熵合金展開研究，并提出相關(guān)高熵合金技術(shù)專利。該文基于Incopat 專利數(shù)據(jù)庫對高熵合金進行專業(yè)檢索、數(shù)據(jù)提取和分類分析，從多個維度呈現(xiàn)高熵合金專利的整體態(tài)勢，以期為高熵合金專利申請與戰(zhàn)略布局提供參考。

1 專利概況

1.1 專利檢索

對高熵合金的中外文表述方式進行匯總，根據(jù)檢索策略制定檢索式，檢索式如下：TI=（“高熵合金”O(jiān)R “多主元合金” OR “成分復雜合金” OR “等原子比多組元合金” OR “過渡元素高熵合金” OR “難熔高熵合金” OR “共晶高熵合金” OR “高熵非晶合金” OR “高熵高溫合金” OR “高熵陶瓷” OR “multi-principal element alloy” OR “compositionally complex alloy” OR “equiatomic multicomponent alloy” OR “transition metal high entropy alloys” OR “refractory high-entropy alloys” OR “eutectic high entropy alloy” OR “high entropy intermetallics”）其中，TI 為標題；由于檢索的數(shù)據(jù)庫語言多元，因此制定的檢索式中必須有中英文。同時，在專利數(shù)據(jù)庫中進行專利檢索。結(jié)果顯示，截至2021 年8 月30 日，有1 886 件高熵合金技術(shù)專利，經(jīng)同族合并和人工篩選后還剩1 296 件。該文基于1 296 件專利展開分析，需要注意的是，受專利公開時限的影響，2020—2021 年的數(shù)據(jù)僅供參考。

1.2 申請時間與地理分布

對申請時間來說，高熵合金技術(shù)專利申請較多的年份包括2019 年（295 件）、2020 年（291 件）、2018 年（243件）、2017 年（140 件）、2021 年（134 件）、2016 年（87件）、2014 年（29 件）、2013 年（28 件）和2015 年（25件），詳細情況如圖1 所示。

圖1 高熵合金專利申請趨勢

對地理分布來說，高熵合金技術(shù)專利主要集中于中國，中國有1 175 件專利，占比為90.7%。專利申請數(shù)量排序在中國之后的國家依次為韓國、美國、世界知識產(chǎn)權(quán)組織、羅馬尼亞、歐洲專利局、印度和瑞士，詳細情況見表1。在中國，專利主要集中在北京市、江蘇省和廣東省。其中，北京市142 件，江蘇省140 件，廣東省101 件，排在之后的專利申請省份依次為陜西省、湖南省、遼寧省、河南省、四川省、浙江省和甘肅省，詳細情況見表2。

表1 全球高熵合金專利主要申請國家

表2 中國高熵合金專利主要申請省市

表2 起步工況預測模型驗證結(jié)果

1.3 申請機構(gòu)與技術(shù)構(gòu)成

高熵合金技術(shù)專利主要申請機構(gòu)及其專利數(shù)量如下：北京理工大學43 件，北京科技大學38 件，中南大學29 件，湘潭大學27 件，中原工學院26 件，華南理工大學26 件，太原理工大學24 件，江蘇理工學院23 件，天津大學22 件，昆明理工大學22 件，詳細情況如圖2 所示。

圖2 高熵合金專利主要申請機構(gòu)

高熵合金主要申請機構(gòu)所申請的專利以C22C 類為主，該類專利共910 件，占比為70.2%，申請該類專利的機構(gòu)以北京科技大學和北京理工大學為主。專利數(shù)量排序在C22C 類之后的專利IPC（International patent classification，國際專利分類）分類依次為C23C 類（303 件）、B22F 類（281 件）、C22F 類（153 件）、B33Y 類（80 件）、B23K 類（61 件）、B22D 類（57 件）、C04B 類（54 件）、C21D 類（41 件）和B82Y 類（24 件），主要機構(gòu)與技術(shù)分類匹配情況如圖3 所示。

圖3 高熵合金專利主要機構(gòu)與技術(shù)分類匹配

對高熵合金主要申請機構(gòu)的專利主題進行聚類可以發(fā)現(xiàn)，申請高熵合金專利的主要機構(gòu)的主題集中在激光熔覆、共晶、激光選取、預合金化和相變誘導塑性5 個方面。進一步對申請高熵合金專利的主要申請機構(gòu)的專利技術(shù)功效分布情況進行分析，通過分析可知，北京理工大學的相關(guān)專利技術(shù)側(cè)重降低復雜性、提高強度和提高效率3 個方面，北京科技大學的相關(guān)專利技術(shù)側(cè)重降低復雜性、降低成本和提高強度3 個方面，中南大學的相關(guān)專利技術(shù)側(cè)重降低復雜性、降低成本和提高強度3 個方面，主要申請機構(gòu)的技術(shù)功效如圖4 所示。

圖4 高熵合金專利主要申請機構(gòu)技術(shù)功效

2 重要專利

2.1 重點專利

結(jié)合專利數(shù)據(jù)庫檢索到高熵合金專利的被引證次數(shù)、同族專利以及專利價值等信息對高熵合金專利進行人工篩選，可以得到高熵合金重點專利的信息。由表3 可知，從申請時間來看，2013 年11 月22 日沈陽工業(yè)大學申請的公開號為CN104651828A、名稱為“一種鐵基合金表面制備高熵合金基復合材料改性層用粉料”的專利申請時間最早。從被引證次數(shù)來看，2016 年3 月10 日北京科技大學申請的公開號為CN105734312A、名稱為“一種生物醫(yī)用TiZrNbTa 系高熵合金及其制備方法”和2016 年7 月19 日中南大學申請的公開號為CN106048374A、名稱為“一種難熔高熵合金/碳化鈦復合材料及其制備方法”的專利被引證次數(shù)最高，均為37 次。從同族數(shù)量來看，2016 年11 月8 日日立公司申請的公開號為WO2017098848A1、名稱為“High entropy alloy member， method for producing alloy member， and product using alloy member（高熵合金構(gòu)件、合金構(gòu)件的制備方法及使用合金構(gòu)件的產(chǎn)品）”的專利同族數(shù)量最多。

表3 SAEJ1441 主觀評分標準

表3 高熵合金技術(shù)重點專利

2.2 高被引專利

高熵合金技術(shù)專利的被引證次數(shù)越多意味該技術(shù)的影響力越大。其中，2017 年4 月24 日，由韓國科學技術(shù)院申請的公開號為US20170314097A1、名稱為“High-strength and ultra heat-resistant high entropy alloy （HEA） matrix composites and method of preparing the same（高強度超耐熱高熵合金（HEA）基復合材料及其制備方法）”的專利被引證次數(shù)最多，高達90 次。

表4 高熵合金技術(shù)高被引專利

2.3 同族專利

高熵合金技術(shù)專利同族數(shù)量的多少意味該專利家族的大小。其中，2016 年11 月8 日由日立公司申請的專利的同族數(shù)量最多，該公司在中國申請的公開號為CN108431262A、名稱為“高熵合金構(gòu)件，該合金構(gòu)件的制造方法，及使用了該合金構(gòu)件的制造物”以及在世界知識產(chǎn)權(quán)組織申請的公開號為WO2017098848A1、名稱 為“High entropy alloy member， method for producing alloy member， and product using alloy member（高熵合金構(gòu)件、合金構(gòu)件制備方法及使用合金構(gòu)件的產(chǎn)品）”的專利的同族數(shù)量為11 件，公開號分別為CN108431262A、CN108431262B、EP3392359A1、EP3392359A4、EP3392359B1、JP6493561B2、JPWO2017098848A1、SG11201804917QA、US10787725B2、US20180363104A1 和WO2017098848A1。

2.4 權(quán)利要求數(shù)

高熵合金技術(shù)專利權(quán)利要求數(shù)反應專利價值的高低。其中，2017 年2 月7 日香港城市大學申請的公開號為US20180223417A1、名稱為“High entropy alloy thin film coating and method for preparing the same（高熵合金薄膜涂層及其制備方法）”的專利權(quán)利要求數(shù)最多，有36 項，意味該專利在高熵合金領(lǐng)域的價值高且被侵權(quán)的可能性較大。

3 結(jié)論

基于專利數(shù)據(jù)對高熵合金技術(shù)態(tài)勢進行分析，得出的相關(guān)結(jié)論如下：1） 圍繞高熵合金技術(shù)展開的專利申請主要集中在中國。2） 高熵合金領(lǐng)域的專利申請機構(gòu)集中在高校。3）高熵合金技術(shù)專利的熱點集中在激光熔覆、預合金化以及共晶等主題。

表5 高熵合金定向凝固技術(shù)專利同族數(shù)量

表6 高熵合金技術(shù)專利權(quán)利要求數(shù)

基于專利數(shù)據(jù)對高熵合金技術(shù)態(tài)勢進行分析，根據(jù)分析結(jié)果給出以下3 條建議：1） 在高熵合金技術(shù)專利數(shù)量提升的同時，要關(guān)注高熵合金技術(shù)專利質(zhì)量及其應用轉(zhuǎn)化。2） 增強高熵合金研究機構(gòu)之間的合作，充分發(fā)揮高校、科研院所和企業(yè)各自的優(yōu)勢。3） 既關(guān)注高熵合金已有研究主題，也關(guān)注相關(guān)新興主題。