航空用鋁合金世界專利現狀分析

趙義強， 張華山， 張曉冬，董李欣， 李清燕， 劉錦霞

0 引 言

目前，隨著知識經濟和經濟全球化深入發展，知識產權日益成為世界各國發展的戰略性資源和國際競爭力的核心要素，成為建設創新型國家的重要支撐和掌握發展主動權的關鍵。專利競爭已成為國際間科技競爭和經濟競爭的制高點。毋庸置疑，材料是飛機結構的基礎，沒有性能優異、品質過關的材料作為前提，航空工業如制造大飛機等根本就無從談起。而與其它材料相比，鋁合金具有比模量、比強度高，耐腐蝕性能好，易導熱導電，成型和加工性能好，成本低廉等眾多突出的優點，因此，即便面臨來自鈦合金、復合材料等新型材料強有力的競爭，基于良好的綜合性能，其仍然被認為是航空航天領域最具價值的結構材料，成為航空航天工業中用量最大的金屬結構材料［1－7］。

航空用鋁合金技術發展日新月異，而專利是能夠反映科學技術發展水平最新動態的情報文獻［8－9］，為了提高我國航空用鋁合金產業的技術發展水平，為航空用鋁合金企業和科研單位提供可行的發展思路，增強我國航空工業整體在國內和國際市場上的競爭能力，文中將對航空用鋁合金領域的專利現狀進行具體的分析。

表1 相關分類號所涉及的主題

1 檢索系統、數據庫和分析工具

選擇國家知識產權局的專利檢索與服務系統，在德溫特世界專利索引數據庫DWPI中，對世界范圍內的航空用鋁合金專利文獻進行檢索采集，并且還使用中國專利文獻檢索系統CPRS對我國受理的航空用鋁合金專利文獻進行檢索采集以作為補充。本課題涉及鋁合金領域，其覆蓋的范圍很廣，主要采取中圖分類號＋特定關鍵詞的檢索策略。根據第8版國際專利IPC分類表中的內容，包括 C22B，C22C，C21B，C21C，C21D，B22C，B22D，B22F，B64D，B64C等分類號，各分類號所涵蓋的主題見表1。

另外，考慮到美國在鋁合金領域的強勢地位，應用UC分類在美國全文庫進行的檢索，對應鋁合金的美國 UC分類號主要有148／415-417 438 529-539，420／528，532 550-554，531 540-541等。

對航空用鋁合金專利文獻進行采集，期間甄別同族專利，排除雜項，并且關注專利引證情況。本次檢索涉及DWPI數據庫中公開日在1986年1月1日至2012年8月18日之間的專利文獻，以及CPRS數據庫中公開日在1986年1月1日至2012年6月1日之間的專利文獻。由于2011年和2012年申請的部分專利文獻還沒有公開，數據尚不完整，統計結果會有失真。下面采用文中開發的專利分析軟件和人工相結合的方法，對檢索樣本進行分析。

2 專利申請年度分布分析

自1986年以來，世界各國關于航空用鋁合金的專利申請總量為1 100件之多。航空用鋁合金領域專利申請量和申請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的年度分布

從圖中可以看出，航空用鋁合金專利申請量總體呈增長趨勢。其中，外國申請量1986－2012年國內外基本發展較為平緩，平均保持20～40件左右；中國申請量2000年以前基本很少，只是從2000－2012年基本呈現遞增趨勢，其中，2007－2009年達到了156件的申請量高峰，這可能與中國的大飛機項目和載人航天項目的實施相關；全球專利申請人因中國的申請量的變化而在2009產生了較大的變化。專利申請量的猛增從側面反映出進入21世紀以來，隨著航天航空事業的快速發展，進而導致相應的需求量，并且隨著科技的進步，人們對于高性能鋁合金也進行了不斷改進的各種嘗試和努力。

3 申請國別與領域分布分析

對申請國別的分析主要是從申請公開國別和申請技術來源國別進行統計分析，而對申請人領域分布主要是IPC分類號和產品體系為基準進行統計分析的。專利申請公開國別統計分析如圖2所示。

圖2 專利申請公開國別統計分析

從圖2中可以看出，公開量中國占第一名，達到了279之多，其次為 US，JP，EP，WO，DE，RU，AU，FR。技術來源國別統計分析如圖3所示。

圖3 技術來源國別統計分析

從圖3可以明顯地看出技術來源國的排名情況，其中第一為美國，這與美國航天航空的霸主地位是相適應的，另外，德國、法國、俄羅斯也體現出了各自在高性能鋁合金項目上的強勢，而中國由于2009年的申請人的集中申請而名列第二。IPC總量分布如圖4所示。

圖4 IPC總量分布

從圖4分類號情況來看，C22C分類（主要為合金）的案件最多，每年的重點都是如此；其次為C22F分類，改變有色金屬或有色合金的物理結構（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構（C22F1／00）的熱處理工藝分類為高性能鋁合金研究的第二個大熱點；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）等也是鋁合金項目的研究熱點之一。

就涉及航空用高性能鋁合金的技術領域來講，2XXX 的 Al-Cu，7XXX 的 Al-Zn，Al-Mg，第三代飛機鋁合金Al-Li合金均反映了航空領域的真實情況，具體如圖5所示。

圖5 航空用鋁合金技術領域申請總量分布

同時遺憾的是在人工專利標引時，好多文獻不好確定其具體的體系情況，從而導致了“其它”申請量較大的情況，這恰恰是鋁合金專利技術較為復雜，人工標引困難的一個體現。

4 主要申請人分析

本領域的重要申請人（即申請人排名前15位的企業）的申請情況見表2。

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

表2 重要申請人（即申請人排名前15位的企業）信息表

主要申請人的專利申請量分布對比如圖6所示。

圖6 主要申請人的專利申請量分布

圖中直觀地反映出來申請量前15名企業申請量對比關系。

5 航空用鋁合金主要技術發展分析

改進航空用鋁合金性能的技術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、消除殘余應力等。

主要技術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手段來講，成分含量控制（添加合金元素）即對鋁合金的成分進行優化占近40%，進而通過熱處理工藝改進組織結構約占10%，可見成分含量控制和熱處理工藝仍然是航空用鋁合金發明技術手段最主流的方式。但隨著科學技術的進步，科學研究工作者對組織、性能期望的多樣化，而慢慢地也涉及其它一些改進方法，如鍛造工藝、熔煉方法、擠壓工藝、消除殘余應力等手段。相對而言，涉及其它技術手段的專利申請量較小，其發展也不穩定，則說明在高性能鋁合金的技術改進過程中，這些技術手段使用較少，那么在今后的科學研究中，可以有針對性地加強對這些薄弱技術手段的研究，在他人涉足較少的方面尋找契機，獲得技術進步的機會相應更大。

下面對排名第一的美鋁公司專利申請做一些重點分析，具體如圖8～圖11所示。

圖8 美鋁公司技術手段總量分析

圖9 美鋁公司技術領域總量分析

圖11 美鋁公司產品類別總量分析

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

美鋁公司在技術手段、技術領域的趨勢分析如圖12和圖13所示。

圖12 美鋁公司技術領域趨勢圖

圖13 美鋁公司技術手段趨勢分析

從圖中可以看出，美鋁公司技術領域集中在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。而在技術手段上開發新產品即成分含量的控制為永恒的重點。

6 航空用鋁合金技術發展核心專利分析

按專利被引用次數大于等于15，專利號和申請人公司代碼見表3。

其中被引用次數最多的為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，美鋁公司在航空領域的霸主地位。

另外，在德溫特世界專利索引數據庫中對該數據進行了驗證，其中，US5624632被引證次數為40次（雖然相比較S系統的被引證關系較少，但同樣也能明顯看出其核心地位），對其引用專利的專利權人做了進一步分析，如圖14所示。

圖14 核心專利引用者專利權人分析

表3 利引證頻次排序表

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

7 結 語

7.1 專利申請量

在其相關專利申請量上，美、中、日、德、法、俄居國家前幾位；而對于公司而言，ALUM（美鋁公司）公司申請量最多，其次為貴州華科、KOBM（神戶制鋼所）、ALCN（愛爾康何納呂公司（法國））、TTTA（克里斯鋁軋制品有限公司）、ALER-N（阿勒里斯鋁業科布倫茨有限公司）等，這體現了美國在航空用高性能鋁合金領域的絕對領先地位，而德、俄、法、日是該領域的重要技術來源國。

7.2 技術領域、技術手段方面

在技術領域上，Al-Cu，Al-Zn，Al-Mg，Al-Li系列的航空用高性能鋁合金申請量仍占據航空用高性能鋁合金領域專利申請量的前3位，且Al－Cu，Al-Zn系列高強度航空用高性能鋁合金仍是目前國際上大規模生產及工程應用的最主要高性能；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 合金等的申請量比較小，應該是美國等主要強國的技術壟斷所致。在技術手段上，競爭集中在添加合金元素即成分控制、熱處理工藝的改進上，而擠壓、鑄鍛、熔煉等其它技術手段相對來說申請量較少，美鋁公司各主要技術手段的發展較為平均，而所有的競爭對手都對合金元素的添加及控制方面尤為重視。

7.3 技術效果（目的）方面

適用于高強度航空用高性能鋁合金申請數量最多，其次是耐腐蝕和低密度航空用高性能鋁合金，說明這些技術領先于國際上研究的重點技術；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之一。而我國貴州華科在高強耐熱鋁合金上有一定的特色，但由于其申請時間段量較為集中，情形比較特殊。

7.4 專利布局建議

對于中國來說，航空用高性能鋁合金的高質量專利申請與國外比還有較大的差距。美國的美鋁公司在該行業中的地位最為突出。但美鋁公司在中國關于航空鋁合金的授權專利很少（僅為2個），這一方面說明中國市場在這方面的落后，美鋁等巨頭沒有去進行認真的專利布局；另一方面也說明有可能大量的核心技術處于國家戰略考慮而處于保密之中。總之，包括美鋁在內的其它知名鋁合金公司在華的授權專利量均不大，沒有形成專利保護體系，中國的相關企業單位應該抓住這一機會，盡早布局。

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