鈦及鈦合金具（jù）有熔點（diǎn）高、無（wú）磁（cí）性、比強度和比剛（gāng）度高、耐腐蝕性能（néng）優良、生物（wù）相容性好等諸多優點，現已成為航空航天、海洋船舶等高技術領域中不可或缺的關鍵（jiàn）結構材料，並在生物醫療、化工、能源、體育（yù）休閑（xián）等國民經濟領域中獲（huò）得了越來越（yuè）多的應用，其研發（fā）和應用水平已經成（chéng）為一個國家新材料研（yán）究開（kāi）發應用水平的重要體現。而專利作為目前最大的科學研究、技術信息來源之一，可以有（yǒu）效地反映某一領域內科學技術發展水平，其時效性更優（yōu）於學術論文。

為此，筆者利用佰騰專利檢索係統以及Office Excel軟（ruǎn）件，通過專利文獻計量分析方法對鈦及鈦合金的（de）中國專利進行分析，嚐試揭示鈦及鈦合金（jīn）專利的分布情（qíng）況以及該（gāi）行業在中國的（de）發（fā）展態勢。檢（jiǎn）索詞為純鈦（tài）、鈦合（hé）金、金（jīn）屬鈦、鈦金屬、鈦（tài）加工材，檢索日（rì）期為2018年6月6日，共檢索到相關中國專利12 309件，其中發明專利為（wéi）8 797件（jiàn）（授（shòu）權專利3 841件，公（gōng）開專利4 956件），實用新型專利3 424件，外觀設計專利88件。

一、專利數據分析

1.總體態勢分析

圖１為1978-2018年我國鈦及鈦合（hé）金材（cái）料專利申請的總體態勢圖，可以有效反映鈦及鈦合金（jīn）材料技術領域的發展趨勢。通常發明專利從申請到公開的周期為（wéi）18個月，所以2017年、2018年申請的專利目前有部分還處於未公開狀態，因（yīn）此這2年的數據僅僅（jǐn）作為參考。世界鈦工業（yè）的發展起源於（yú）美國，始於20世紀40年代末，隨後，日本、俄羅斯、中國相繼進入鈦的工業（yè）化生（shēng）產。

圖1 1978~2018年我國鈦及鈦合金（jīn）材料專利申請的總（zǒng）體態勢圖

（橫坐標：年份）

從圖1可以（yǐ）看出，早在1978年（nián），我國便出現（xiàn）了針對鈦及鈦（tài）合金（jīn）材料的相關專利的申請（qǐng），並且專利數量隨著時間而增加。1978-2001年期（qī）間，我國鈦（tài）及鈦合金材料專利的年申請量不足百件，且增長比較緩慢，這是因為我國對鈦及鈦合金（jīn）材料的研究（jiū）尚處於起步階段，研究主要停留（liú）在對國外同類產品的跟（gēn）蹤仿製層麵（miàn）上。2002-2016年，專利申請量呈現逐年（nián）增長（zhǎng）態勢，從2002年的112件增長到了（le）2016年的1662件，增長了十餘倍。特別是2011-2014年間，申請（qǐng）數量（liàng）出現迅猛增長，2011年專利申請量762件，年增長率為27.6%；2012年（nián）專利（lì）申請（qǐng）量1032件，年（nián）增長率為35.4%，專利申請量年（nián）增長率創曆史新高；2013年專利申請量1201件，年增長率16.4%。這主要是基（jī）於以下因素：2000年初，國家科（kē）技部等有關部門將海（hǎi）綿鈦及鈦加工材列為了應重點發展的高新技術產（chǎn）品，並把（bǎ）海綿鈦、鈦板等列（liè）入（rù）國家高新技術產品目錄，並且隨著國民經（jīng）濟的快速持續發展，各個行業對鈦材的需求增長，使得（dé）鈦（tài）及鈦合金的產業化備受關注。與此同時，伴隨著改革的深入，國有企業產權結構的調整，西北有色金屬研究院、寶雞鈦業（yè）股份（fèn）有限公司等國內主要大型鈦企業（yè）加大了對該（gāi）領域的研發及（jí）生產投入，使得（dé）該領域在新產品研製、新工藝開發、重大（dà）裝備改進等方麵取（qǔ）得了（le）許多技（jì）術（shù）成果。“十二五”規（guī）劃中（zhōng），鈦金屬冶（yě）煉（liàn）的節能（néng）減排、提高產品（pǐn）質量（liàng）和高附加值產品的開（kāi）發均被列入了重點支持和發展的範疇，西部地區的全流程高技術水平海綿鈦項目及新（xīn）型鈦加工材開發項目等也被（bèi）列入國家鼓勵類項目中，並且大飛機等重大航空項目的推進以及建設海洋強國戰略的實施（shī）等一係列政策的引導推（tuī）動了我國鈦及鈦合金材料技術研發進入了高速發（fā）展時期。雖然目前2017年和-2018年的專利申請數量還未完全統（tǒng）計，但是2017年頒布的《重點新材料首批次應用示範（fàn）指導目錄（2017年版（bǎn））》《軍用技術轉民用推廣目錄（2017年度）》《增材製造產業發展行動計劃（2017~2020）》等一係（xì）列重要政策文件中都涉及了（le）鈦及鈦合金（jīn）材料（liào），相信鈦及鈦合金材料相關專（zhuān）利的申請數量將繼續（xù）呈增長態勢。

2.專利類型分布分（fèn）析

根據我國專利法中對專利類型的規定，可以將其分為（wéi）發明專利、實用新型專利和外觀設計專利。發明是指對產品、方法或者其改進所提出的新（xīn）的技術方案，其創新（xīn）程度和技術重要性更高，更（gèng）能體（tǐ）現某一領域技術的進（jìn）步。根據檢索統計，我（wǒ）國鈦及鈦合金材料（liào）相關專利中發明專利所占比例最大，為71.5%，實用新型專利次之，為27.8%，外觀設計（jì）專利所占比重最小，僅為0.7%，並且多（duō）為關於鈦鍋、鈦刀（dāo）具等民用製品。專利類型（xíng）的分布比例如圖2所示。可以看出，我國對（duì）鈦及鈦合金材料研究的（de）技術創新水平（píng）比較高，專利申請的質量（liàng）較高。

圖（tú）2 不同類型鈦及鈦合金專（zhuān）利申請的分布（bù）情況

（逗號前麵數字的單位為 件）

3.主要申請人分析

通過對鈦及（jí）鈦合金材料相關專（zhuān）利的申請人進行分析，能夠（gòu）獲得該技術（shù）領域內不同（tóng）科研機構或企（qǐ）業從事技術創新（xīn）活動的信息，找到該技（jì）術領域的主要競爭者（zhě）。圖3為我國鈦及鈦合金材料領域專利申請機構排名前15位的情（qíng）況。

圖3 我國鈦及鈦合金材料領（lǐng）域專利排（pái）名前15位申請機構及申請量

從圖3可以看出，排名前15的申請人中包括10所高校和科研院所以及5家（jiā）企業。其（qí）中，10所高校及科（kē）研院所的總申請數量為1004件，占（zhàn）到統計總數的72%；5家企業的總（zǒng）申請數量為390件，占到統計總（zǒng）數28%。由（yóu）此可（kě）見，高校及（jí）科研院所對我國鈦及鈦合金材料的研究起主導作用，具有較（jiào）強的創新能（néng）力（lì）和創新競爭力。此外，與其他（tā）新材料相比（bǐ），我國對於鈦及鈦（tài）合金材料的研究不（bú）再單純停留在基礎理論研（yán）究上，而是（shì）有（yǒu）更（gèng）多（duō）的生產（攀鋼集團（tuán）攀枝花（huā）鋼鐵研究院有限公司（sī））以及（jí）應用〔沈陽（yáng）飛機工業（集團）有限公司、沈（shěn）陽黎明航空發動機（集團）有限公司〕鈦及鈦合金材（cái）料的企業參與（yǔ）到了技術研究及改進（jìn）中，說明在我國鈦及鈦合金（jīn）產品的質量得到了提升，正逐步走（zǒu）向市場，特別是航空航天等領域用高端鈦及鈦合金材料的研究與應用受到（dào）了更多的（de）關注。

4.申請地域（yù）分析

圖4為2007-2016年我（wǒ）國各省（shěng）份發明專利授權數量的排名情況。由圖4可知，發明專利授（shòu）權量排名第1的省份為江蘇（sū）省，占統計總數的19.8%，排名第2的為陝西省，占統計總數的13.9%，排名第3的為北京（jīng）市（shì），占統計總數的13.4%。遼寧省、上海市、浙江省、廣東省依次居於其後，均占到了統計總數的8%以上。結合之前對主要申請人的分析可見，雖（suī）然申請機構排（pái）名中出隻出現了一（yī）家江蘇省的企業（yè），但該省發明專利授權數量卻（què）居於首位，這說（shuō）明（míng）江蘇省從事鈦及鈦合金材料研（yán）究與生產的高校及企業的數量相對較多，布局比較分散，且專利的質量（liàng）較高，研究內容主要集中在合金的研（yán）製、加工、表麵處理（lǐ）等方麵，應用領域偏向於（yú）化工（gōng）及醫療。陝西省作為全國重要的鈦（tài）材生（shēng）產基地，擁有西北有色金屬研究院、西北工業大學、西安（ān）交通大學等重要的鈦及鈦合金材料研究機構，以及西部鈦業有限責任公司、西部超導材料科技股份有限公司、寶鈦集團（tuán）有限公司等大規模的鈦材生產企業（yè），布局相對集中，研究內（nèi）容較為廣泛，從基礎理論到工業化生產，應（yīng）用領域亦是（shì）涉及到化工、船舶、醫療、海洋、航空航天等各個方麵。

圖4 我國各省份發明（míng）專利（lì）授權數（shù）量的（de）排名

5.技術態勢分析

國際專利分類號(International Patent Classification，IPC)是根據1971年的《國（guó）際專（zhuān）利分類斯特拉斯堡協定》編製而成的。通（tōng）過對特定產業專（zhuān）利申請IPC分布的分（fèn）析，既可以判斷創新（xīn）的熱（rè）點技術區域，又可以判斷（duàn）其涉及到的技術領域及發（fā）展趨（qū）勢。其中IPC小類是對專利相關（guān）技術領域的細分，通過IPC小類（lèi）可以深入了解相關專利的技術信息。表1是按照IPC小類對鈦及鈦合（hé）金領域專利分類統計的情況，列舉了鈦（tài）及鈦合金材料的IPC分類號、專利申請量以及百分（fèn）占比（bǐ）。

表1 鈦及鈦合金材料專（zhuān）利數量排名前20名的IPC類型

從表（biǎo）1可以（yǐ）看出，我國鈦及鈦合金材料專利申請主要集（jí）中在3大技術（shù）領域：C（化學；冶金），B（作業；運輸）以及A（人（rén）類生活必須品），這3大技術領域的專利申請數量占到了87.3%，可見，這3個領域是（shì）鈦及鈦合金材料研究的熱點（diǎn）技術領域。此外，G（物理）和H（電（diàn）學）也占據了一定的比例。從表1中還可以看出，我（wǒ）國鈦及鈦合金材料的研（yán）究主要集中在鈦基合金的（de）成分設計、製備、加工、表麵（miàn）處理、電解、生產（chǎn）及精煉等；在鈦（tài）及鈦（tài）合金材料的應用方麵，研發主要（yào）集中在A61B（外（wài）科器械、裝置）、A61F（可植入器械）、A61L（假體材料或假體被覆材料）以及A61C（植牙），所研（yán）發出的這些材料主要（yào）應用在醫（yī）用鈦合金領域（yù）。

二、未來研究方向分析

1.大型熔煉及加工裝備的研（yán）製

通過對我國（guó）鈦及鈦合金專利分類統計發現，我國在新（xīn）型鈦合金研製以及加工技術方麵開展（zhǎn）了大量的研（yán）究工（gōng）作，並取（qǔ）得了（le）諸多成果。我國目前已成功研製的鈦合金有70多種，其中有50多種（zhǒng）已列入國家標準，並形成了高溫鈦合金係列、結構鈦合金係列、船用鈦合金係列、耐蝕鈦合金係列以及醫用鈦合金係列5大係列，相關專利申請（qǐng）數量也居於首位（IPC C22C類）。此外，在鈦的（de）加工技術方麵也是碩果累累。2014年寶鈦集團成功研製（zhì）出TC4鈦合金型材，填補了我國鈦合金型材製造技術的空白，使我國成（chéng）為（wéi）繼美國（guó）、俄羅斯之後第3個（gè）掌握鈦合金（jīn）型材生產技術的國家，而寶鈦（tài）集團在2008、2013年就先後（hòu）申請（qǐng）了“一（yī）種鈦及鈦合金型材擠（jǐ）壓組合模具”“鈦合金型材熱擠壓用（yòng）玻璃潤滑劑 ”的相關專利；2015年（nián）中航（háng）卓越鍛造（無錫）有限公司通過鍛造—軋製工藝成功製造出外徑2 203 mm、內徑1 690 mm、高810 mm、質量4.7 t的特大型鈦合金（jīn）異形環，並申請了“大型數控鑽床加工環形鍛件找圓心的方法”“環形鍛件用探傷裝置（zhì）”“環形鍛件用提升裝置”等相關專利近10件；2017年，北（běi）京百慕航（háng）材高（gāo）科技股份有限公司成功研製質量達820 kg的超（chāo）大型鈦合金鑄件，並申請了（le）“ 一種鑄造（zào）合金（jīn）鈦及其製備方法”“一種（zhǒng）校形鈦合金構件的模具定位機構”“一種用於多邊形框架的校形（xíng）工裝”等相關專（zhuān）利近10件；2018年，西部鈦業有限責任公司成（chéng）功研製（zhì）出國（guó）內最大規格的海洋工程用鈦合（hé）金板材，並連創國內“三項之最（zuì）”：鑄錠單體質量最重（12.8t）、板坯噸位最高（9.8 t）、板材規格最大（42 mm×3660 mm×12 530 mm）。該公司成立於2004年，位於（yú）全國重要的鈦材（cái）生產基地陝西省（shěng），主要從事鈦（tài）及（jí）鈦合金加工材的生產。從專利申請情況來（lái）看，自2006年（nián）6月起，該公司開始不斷有關於鈦管、鈦（tài）棒、鈦板等主要加工材的專利申請記錄，10餘年來，專利累計申請數量達100餘件，其中涉（shè）及裝置改進、模具設計的有30餘件。

從上述分析可以看出（chū），鈦及鈦合（hé）金材（cái）料（liào）研製（zhì）道路上的（de）每項重大（dà）突破都（dōu）伴（bàn）隨著相關專（zhuān）利（lì）的湧現，但（dàn）通過對專利內容深入歸納發現，雖然我國科研院所及企業對合（hé）金成分、性能、加工工藝等開展了大量（liàng）的研究工作並（bìng）取得了許多（duō）顯著成績，但是在（zài）大型（xíng）熔煉和加（jiā）工設備研製方麵的研究相對較少，與國外相比仍存在一定的差（chà）距。據（jù）不完全統計，國內目前在電子束冷床爐設備方麵有（yǒu）相關專利申（shēn）請的（de）機構隻有龍南（nán）新晶（jīng）鈦業（yè）有限公司、雲南（nán）鈦業股份有限公司、北京有色金屬研究總院、寶（bǎo）山鋼鐵股份有限公司等不足10家，且主要停留在進料係統、移動門裝置等非核心設備的研製上；關於真空自（zì）耗電弧爐的相關專利則相對多（duō）一些，約（yuē）近50件，主要的申請機構（gòu）有寶雞市（shì）金盛源鈦業有限公司（sī）、西安聚能（néng）裝備技術有限公司、西安擴力機電科技有限公（gōng）司、西部超導材料（liào）科技股份有限公司、攀鋼集團（tuán）江油長城特殊鋼有（yǒu）限公司、湖南金天鈦業科技有限公司等。由此可見，我國在大（dà）型熔煉及加工設備核心部件及自動化係統方麵的研究仍比較欠缺，需加強（qiáng）自主化研製進程，這將對於降低我（wǒ）國鈦合金（jīn）生產成本，加快（kuài）鈦合金的推廣應用具有重要意義。

2.鈦表麵處理技術（shù）的研究

鈦及鈦合（hé）金（jīn）材料應用領域的極速擴張，對鈦（tài）表麵處理技術也不斷提出了新的要求。船舶零件、橋梁構件等要（yào）求鈦材表麵具有優異的耐蝕性；齒輪、軸承等要求鈦材有（yǒu）良好（hǎo）的耐磨性；作為（wéi）電極使用時，鈦材還需具有良好的電（diàn）活性；用於骨科器械、血管支（zhī）架時，要具備生物活性；此外，在製成手表、首飾時，還要有很好的裝（zhuāng）飾性。為此，近年來關於鈦表麵處理的專利（IPC C23C類）申請數量也是與日俱（jù）增，略居於第2位。

目（mù）前鈦材表麵處理技術的來源主要有（yǒu）2類：一類來源於將現有的已在鋼鐵（tiě）領域中成功應用的傳統表麵處理技術（包括熱滲（shèn）鍍、氣（qì）相沉積（jī）、三束改性、轉化膜、熱噴塗等）用於鈦（tài）材（cái）表麵[6]，相關專利例如“一（yī）種（zhǒng）鈦及鈦合金（jīn）球閥密封副和摩擦（cā）副的表麵硬化處理（lǐ）方法”，該處理方法是將傳統的化（huà）學熱處理與氣相沉積相結（jié）合，從而提高密封（fēng）部位和摩擦部位表麵的耐磨性和硬度；一類是結合鈦（tài）材的特性，開發（fā）新（xīn）型（xíng）表麵處理技術（shù）（包括液相（xiàng）等離子體技（jì）術、輝光等離子表麵冶金技術等），相關專利例如“一種鈦合金表麵使用微弧氧化溶液製備高溫複合塗層的方（fāng）法”，該處理方法（fǎ）是通過在微弧氧化溶（róng）液（yè）中對鈦合金進行微弧（hú）氧化，從而獲（huò）得具有Al2TiO5+ZrO2耐高溫複（fù）合塗層的鈦合金。相對於新型鈦合金研製及加工技術方麵的研究，表麵處理（lǐ）技（jì）術的研究則仍（réng）處於起步階段，特別是關於新型表麵處（chù）理技術方麵的專利所（suǒ）占比重較少，因此，圍繞（rào）鈦產品，開發新型（xíng）的適合於鈦及鈦合金表麵處理的技（jì）術和塗層材料將是（shì）滿足鈦合金在（zài）海洋、醫療、航空等特殊使用環境中使用需求的一（yī）個重要研究方向。

3.生物醫用鈦合金的設計及應用

我國對生物醫用（yòng）鈦合金的研究起步較晚，“十一五”期間，隨著我（wǒ）國對生（shēng）物（wù）材料領域科技投入的（de）加大，西北有色金屬研究院（yuàn）、上海交通大學（xué）、哈爾濱工（gōng）業大（dà）學、中國科學院金屬研究所等機構先後從事了生物醫用鈦（tài）合金（jīn）的研製（zhì）工作，其中，西北有色金屬研製的TLM(Ti-Zr-Sn-Mo-Nb）、沈陽材料科學國家（聯合）實驗室工程合金（jīn）研究部多功能合金研究所研製的Ti2488（Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn）、天津科（kē）技大學大學研製的“一種無鎳（niè）生（shēng）物醫用鈦合金Ti-Nb-Zr材料及其製備方法”等多項關於生物醫用鈦合金（jīn）的專利均獲授國家發明專利，這說明一方麵該領域有大（dà）的研（yán）發空間，相對（duì）容（róng）易取得技術（shù）創新與突（tū）破，另一方麵說明生物醫（yī）用鈦合（hé）金有著廣（guǎng）闊的市場需求及前景，並且（qiě）國家給與了極大的政策支持，例如《國（guó）家中（zhōng）長期科（kē）學和技（jì）術發展規劃綱要（2006-2020年）》將“生物醫（yī）用材料”列為（wéi）優先發展主題，提出（chū）了“開（kāi）發人體組織器官替代等新型生物醫（yī）用材料”等重要的科技（jì）任務，從IPC分類統計中也（yě）可（kě）以看到這一點。目前（qián），IPC A類（lèi）中關於鈦及鈦合金的專利主要與（yǔ）外科器械、可植入血管的濾器、假（jiǎ）體以及牙科裝置等有關，這些體現到具體的鈦合金（jīn）產品上主要有血管內支架、心髒瓣膜、牙種植（zhí）體等。通過對目前已公開的生物（wù）醫用鈦合金相關專利內容的分析（xī）以（yǐ）及未來醫（yī）療市場需求的預測（cè），新型（xíng）醫用鈦合金（jīn）的研發、製造、表麵改性以及典型醫療器械產（chǎn）品的設計、加工成形將成為需要繼續深入探索的方向。

三、結語

通過對我（wǒ）國鈦及鈦合金材料專（zhuān）利的統（tǒng）計分析發現，自2002年以後，我國進入（rù）了鈦（tài）及鈦（tài）合金材料研究的快速成長期（qī），特別是（shì）2011年以後，伴隨（suí）著國家（jiā）各種利好政策的頒布實施，以及（jí）航空航天、海洋（yáng）船舶等大型項目的拉（lā）動，對（duì）鈦及鈦合金這一重要的國（guó）家戰略型新材料的研製（zhì）更是步入了高速發展階段。目前（qián），國內鈦產（chǎn）業布局相對集中，主要分布在華東、西北以及東北片區，主要研究機構及（jí）生產企業包括哈爾濱工業大學、西北工業大學（xué）、西北有色金屬研究院、中國科學院（yuàn）金（jīn）屬研究所、上海交通（tōng）大學（xué）、寶鈦集團等。通過IPC分類對熱（rè）點技術分析可以預測（cè），大型熔煉及加工裝備的研製、鈦（tài）表麵處（chù）理技術的研究以及生物醫用鈦合金的設計及應用將是鈦及鈦合金研究（jiū）者深入挖（wā）掘、研究探索的重點方向。

文/何蕾

西北有色金屬（shǔ）研究院