鈦及鈦合金具有熔點高、無磁性、比強度和比剛度高、耐腐蝕性能優（yōu）良（liáng）、生物相容性好等諸多優點，現（xiàn）已成為航空航天、海洋船舶等高（gāo）技術領域中不可（kě）或缺（quē）的（de）關鍵（jiàn）結構材（cái）料，並（bìng）在生物醫療、化工、能源、體育休閑等國民經濟領（lǐng）域中獲得了越來越多的（de）應用，其研發和應用水（shuǐ）平已（yǐ）經（jīng）成（chéng）為一個國家新（xīn）材料研究開發應用水平的重要體現（xiàn）。而專（zhuān）利作為目前最大（dà）的科學研究（jiū）、技術信（xìn）息來源之一，可（kě）以有效地反（fǎn）映某一領域內科學技術發展水平，其時效性更優於學術論文。

為此，筆者利用佰騰專利檢（jiǎn）索係（xì）統以（yǐ）及（jí）Office Excel軟件，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專利的分（fèn）布情況以及該行業在中國的發展態勢。檢索詞為純（chún）鈦、鈦合金、金屬鈦、鈦金屬、鈦加（jiā）工（gōng）材（cái），檢索日期為2018年6月6日，共檢索到相關中國專利12 309件，其中發明（míng）專利為8 797件（授權專利3 841件，公開專利4 956件），實用（yòng）新型專利（lì）3 424件，外觀設計專利（lì）88件。

一、專利數（shù）據分析

1.總體態勢分析

圖１為（wéi）1978-2018年我國（guó）鈦及鈦合金材料專利申（shēn）請的總體態勢圖，可以有效反映鈦及鈦（tài）合金材料（liào）技術領域的發展趨勢。通常發明專利從申（shēn）請到公開的周期為（wéi）18個月，所以2017年、2018年申請的專（zhuān）利目前有部分還處於未公開狀態，因此這2年的數據僅僅作為參考。世界（jiè）鈦工業的發展起源於美國，始於20世紀40年代（dài）末，隨後，日本、俄（é）羅斯、中國相繼進（jìn）入鈦的工業化生產。

圖1 1978~2018年我國鈦及鈦合金材（cái）料專利申請的總體態勢圖

（橫坐標：年份）

從圖1可以看出（chū），早在1978年，我國便出現了（le）針對鈦及鈦合金材料的相關專利的申（shēn）請，並且專利數量隨著時間而增加。1978-2001年期間，我國鈦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材料的研究尚處於起步階段，研究（jiū）主要停留在對國外同類產品的（de）跟蹤仿製層麵上。2002-2016年，專（zhuān）利申請量呈（chéng）現逐年增長態勢，從2002年的112件增長到（dào）了（le）2016年的1662件，增長了十餘倍。特別是2011-2014年間，申請數量出（chū）現迅猛增長，2011年專利申請量762件，年增長率為27.6%；2012年專（zhuān）利申請（qǐng）量1032件，年增長（zhǎng）率為35.4%，專利申請量年增長率創（chuàng）曆（lì）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（chū），國（guó）家科（kē）技部等有關部門將海綿鈦及鈦加工材列為（wéi）了應重點發展的高新技術產品，並把海綿鈦、鈦板等列入國家高新技術產品目錄，並且隨著國民經濟的快速持續發（fā）展，各個行業對鈦（tài）材的需求增長，使得鈦及鈦（tài）合金的產業化備受關注。與此同時，伴隨著改（gǎi）革的深入，國有企業產權結構的調整，西（xī）北有色金屬研（yán）究院、寶雞鈦業股（gǔ）份（fèn）有限公司等國內主要大型鈦企業加大了對（duì）該領域（yù）的研發及生產投入，使得該領域在新產品研製（zhì）、新（xīn）工藝開發、重大裝備改進等（děng）方（fāng）麵取得了許多技術成果。“十二五”規（guī）劃中，鈦金屬冶煉的節能減排、提高產品質量和高附加值產品的（de）開發均被列入了重（chóng）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型鈦加工材開發項目等也被列入國家鼓勵類項目中（zhōng），並且大飛機等重大（dà）航空項目的推進（jìn）以及建設海洋強國戰（zhàn）略的實施等一係列政策的引導推動了我國鈦及鈦合金材料技術研發進入（rù）了高（gāo）速發展（zhǎn）時期。雖然目（mù）前2017年和-2018年的專（zhuān）利申請數量（liàng）還未完全統計，但（dàn）是2017年頒布的《重點新材料首批次應用示範指導目（mù）錄（2017年版）》《軍用技術（shù）轉民（mín）用推廣目（mù）錄（2017年（nián）度）》《增材製造產業（yè）發展行動計劃（2017~2020）》等一係列重要政策文件中都涉及了鈦及鈦合金材料，相信鈦及鈦合金材料相關專利的申請數量將繼續呈增長態勢。

2.專利類型分布分（fèn）析

根據我（wǒ）國專利法（fǎ）中對專利類（lèi）型的規定，可（kě）以將其分為（wéi）發明專利、實用新型專利和外觀設計專（zhuān）利。發明是指（zhǐ）對產品（pǐn）、方法或（huò）者其改進所提出的新的技（jì）術方案，其創新程（chéng）度和技術重要性更（gèng）高，更能（néng）體（tǐ）現某（mǒu）一領（lǐng）域技術的進步。根據檢索統計，我國鈦及鈦合金材料相（xiàng）關專利（lì）中（zhōng）發明專利所占比例最大（dà），為71.5%，實用新型（xíng）專利（lì）次之，為27.8%，外觀設（shè）計專（zhuān）利所占比重最小，僅為0.7%，並且多為關於鈦鍋、鈦刀具等民（mín）用製品。專利類型的分布比（bǐ）例如圖2所示。可以看出，我國對鈦及鈦合金材料研究的技術創新水平比較高，專利申請（qǐng）的質量較高。

圖2 不同類型鈦及鈦合金專利申請的分布情況（kuàng）

（逗號前麵數字的單位為 件）

3.主要申請人分析

通過對（duì）鈦及（jí）鈦合金材料相關專利的（de）申請人進行分析（xī），能夠獲得（dé）該技術領（lǐng）域內不同科研機構或企（qǐ）業從事技術創新活動的信息，找到該技術領域的主要競爭者（zhě）。圖3為我國鈦及鈦合金材料（liào）領域專利（lì）申請機（jī）構排名前15位的情況。

圖（tú）3 我國鈦及鈦合金材料領域專利排名前15位申請機（jī）構及申請量

從（cóng）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家企業。其中，10所高校及科研院所（suǒ）的總（zǒng）申請數量為1004件，占到統計總數的72%；5家（jiā）企（qǐ）業的總申請數量為390件，占到統（tǒng）計總數28%。由此可見，高校及科研院所對我國鈦及鈦合（hé）金材料的研究起主導作用，具有較強的創新能力和創新競爭力。此外，與其他新材料相比，我（wǒ）國對於鈦及鈦合金材料的研究不再單純停留在基礎理論研究上，而（ér）是有更多（duō）的生產（攀（pān）鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司）以及應用〔沈陽飛機工業（集團）有限公司、沈陽黎明航空發動機（jī）（集團）有（yǒu）限公司〕鈦及鈦合金材料的企業參與到（dào）了技（jì）術研究（jiū）及改（gǎi）進中，說（shuō）明在我國鈦及鈦合金產品（pǐn）的質量得到了提（tí）升，正逐步走向市場，特別是航空航天等領域（yù）用高端鈦及鈦合金材料的研究與應用受到（dào）了更多的關注。

4.申請（qǐng）地域分析

圖4為2007-2016年我國各省份發明專利授（shòu）權數量的排名情況。由圖4可知（zhī），發明專利授權量排名第1的省份為江蘇省，占統計（jì）總（zǒng）數的19.8%，排名（míng）第2的為陝西省，占統（tǒng）計總數（shù）的（de）13.9%，排名第3的為北京市，占統計總（zǒng）數的13.4%。遼寧省（shěng）、上海市、浙江省、廣東省依次居於其後，均占到了統計（jì）總數的8%以上。結合（hé）之前對主要申請人的分析可見，雖然申（shēn）請機構排名中出隻出現了一家（jiā）江蘇省的企業，但該（gāi）省（shěng）發明專利授權數量卻居於首位，這說明江蘇省從事鈦（tài）及鈦合金材料研究與（yǔ）生（shēng）產的高校及企業的數量相對較多，布局比較分散，且專（zhuān）利的質量較高，研究內容主要集中在合金的研製、加工、表麵處理等方麵，應用領域偏向於化工及醫療。陝西省作為全國重要（yào）的（de）鈦材生產基地，擁有西北（běi）有色金屬（shǔ）研究院、西北工業大學（xué）、西安交（jiāo）通大（dà）學等重要（yào）的鈦及鈦合金材（cái）料研究機構，以及西部（bù）鈦業有限責任公司、西部超導材料科技股份有限公（gōng）司、寶鈦集團有限公司等大（dà）規模的鈦材生產企業，布局相對集中（zhōng），研究內容較為廣泛，從基礎理論（lùn）到工業化生產，應用領（lǐng）域亦是涉及到（dào）化工、船舶、醫療、海洋、航空航（háng）天（tiān）等各個方（fāng）麵。

圖4 我國各省份發明專利授權（quán）數量的排名

5.技術態勢分析（xī）

國際專利分類號(International Patent Classification，IPC)是根據1971年（nián）的《國際專利分類斯（sī）特拉（lā）斯堡協定》編製而成的。通過對特定產業專利申（shēn）請IPC分布的（de）分析，既可以判斷創新的熱點技術區（qū）域，又可以判斷其涉及到的技術領域及發展趨勢。其中IPC小類是（shì）對專利相關技術領域的細分，通（tōng）過IPC小類可以深入了解相關專利的技術信息。表1是按照（zhào）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（tài）合金材料的IPC分（fèn）類號、專利申請量以及百分占（zhàn）比。

表1 鈦（tài）及鈦合金材料專利數量排名前20名的IPC類型（xíng）

從表1可（kě）以看出，我國鈦及鈦合金材料專利申請主要集（jí）中在（zài）3大技術領域：C（化學；冶金），B（作業（yè）；運（yùn）輸）以及A（人類生活必須品），這3大技術領域的專利申請數量占到了（le）87.3%，可見，這3個領域是鈦及鈦合金材（cái）料研究的（de）熱點技術領域。此外，G（物理（lǐ））和H（電學）也（yě）占（zhàn）據了一定的比例。從表1中（zhōng）還可以看出，我國鈦及鈦合金材料的研究主要集中在鈦（tài）基（jī）合金的成分（fèn）設計、製備、加工、表麵處理、電解、生（shēng）產及精煉等；在鈦及鈦合金材料（liào）的應用方（fāng）麵，研發主（zhǔ）要集中在A61B（外科器械、裝置）、A61F（可植入器械（xiè））、A61L（假體（tǐ）材料或假體被覆材料）以及A61C（植（zhí）牙），所研（yán）發出的這些材料主要應用在醫用（yòng）鈦合金領域。

二、未來（lái）研究方向分析

1.大（dà）型熔煉及加工裝（zhuāng）備的研製（zhì）

通過對我國鈦及鈦合金專利分類統計發現，我國在新型鈦合金研製以及加工技術方麵開展了大量的研究工作，並取得了諸多成果。我國目前已成功研製的鈦合金有（yǒu）70多種，其中有50多種已列（liè）入國家標準，並形（xíng）成了（le）高溫（wēn）鈦合金係（xì）列、結構鈦合金係列、船用鈦合金係列、耐蝕鈦合金係列以及（jí）醫用鈦合金（jīn）係列5大係列（liè），相關專利申請數量也居於首位（IPC C22C類）。此外，在鈦（tài）的加工技術方麵也是碩果累累（lèi）。2014年寶鈦（tài）集團成功研製（zhì）出TC4鈦合金型材（cái），填補（bǔ）了我國鈦合金型材製造技術的（de）空（kōng）白，使我國成為（wéi）繼美國、俄羅（luó）斯之後第3個掌握鈦合金型材生產技術的國家，而寶鈦集團在2008、2013年就先後申請了（le）“一（yī）種鈦及鈦（tài）合金（jīn）型（xíng）材擠（jǐ）壓組合模具”“鈦合金型材熱擠壓用玻璃潤滑劑 ”的相關專利；2015年中航卓越鍛造（無錫）有限公司通過鍛造—軋製工藝成功製造出（chū）外徑2 203 mm、內徑1 690 mm、高810 mm、質量4.7 t的特大型鈦合金異形環，並申請了“大型數控鑽床加工環形（xíng）鍛件（jiàn）找圓心的方法”“環形鍛件（jiàn）用探傷裝置”“環（huán）形（xíng）鍛件（jiàn）用提升裝置（zhì）”等（děng）相關專利（lì）近10件；2017年，北京（jīng）百慕航材高科技股份（fèn）有限公司成功研製質量達820 kg的超大型（xíng）鈦合金鑄件，並申請了“ 一種鑄造合（hé）金鈦及其製備方法”“一種校（xiào）形鈦合金構件（jiàn）的模具定位機構”“一種用於多邊形框架的校形工裝”等相關專利近10件；2018年，西部鈦業有限責任公司成（chéng）功研製出國內最（zuì）大規格的海洋（yáng）工程用鈦合金板材，並連創國內“三項之最”：鑄錠單體質量最（zuì）重（12.8t）、板坯噸位最高（9.8 t）、板材規格最（zuì）大（42 mm×3660 mm×12 530 mm）。該公司成立（lì）於2004年，位於全國重要的鈦材生產基地陝（shǎn）西省（shěng），主要從事鈦及鈦合（hé）金加工材的生產。從專利申請情況來（lái）看（kàn），自2006年6月起，該公司開始不斷有關於鈦管、鈦棒、鈦板等主要加工材的專利（lì）申請記錄，10餘年來，專利累計申請數量（liàng）達100餘件，其中涉及裝（zhuāng）置改進、模具設計的有30餘件。

從上述（shù）分析可以看出，鈦及鈦合金材料研（yán）製道路上的每項重大突破都伴隨著相關專利（lì）的湧現，但通過對專利（lì）內容深入歸納發現，雖然我國科研院所及企業對合金成分、性能、加工工藝（yì）等開展了大量的研究工作並取得了許多顯著成績，但是在大型熔煉和加工設備研製方麵的研究相對較少，與（yǔ）國外相比仍存在一定的差距。據不完全統計，國內目前在電（diàn）子（zǐ）束冷床爐設（shè）備方（fāng）麵有相關專利申請的機構隻有龍南（nán）新晶鈦業有（yǒu）限公司、雲（yún）南鈦業股份有限公司（sī）、北京有色金屬研究總（zǒng）院、寶山鋼鐵股份有（yǒu）限（xiàn）公司等不足10家，且主要停留在進料係統、移（yí）動門裝（zhuāng）置（zhì）等（děng）非（fēi）核心設（shè）備的（de）研製上；關於真空自耗電弧（hú）爐的相關專利則相對多一些，約近50件，主要的申請（qǐng）機構有（yǒu）寶雞市金（jīn）盛源鈦業有限公司、西安聚能（néng）裝備技術有限公司、西安擴力機電科技有限公司、西部超導材料科技股份有限公司、攀鋼（gāng）集團江油長城特殊鋼有限（xiàn）公司、湖南金天鈦業科技有限公（gōng）司等。由此（cǐ）可見，我國在大型熔煉及加工設備（bèi）核心部件及自動化係統方麵的研究仍比較（jiào）欠缺，需加（jiā）強自主（zhǔ）化研製進（jìn）程，這將對於降（jiàng）低我（wǒ）國鈦合金生產（chǎn）成（chéng）本，加快鈦（tài）合（hé）金的推廣（guǎng）應（yīng）用具有（yǒu）重要意義。

2.鈦表麵處理技術的研究

鈦及鈦合金材料應用領域的極速擴張，對鈦表麵處理技術也不斷提（tí）出了新的要求。船舶（bó）零件、橋梁構件（jiàn）等要求（qiú）鈦材表麵具有優異（yì）的耐蝕性；齒（chǐ）輪、軸承等要求鈦材有良好的耐（nài）磨性；作為電極使用時，鈦材還（hái）需具有（yǒu）良好的電活性（xìng）；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（de）裝飾性。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增，略居於第2位。

目前鈦材表麵處理技術的（de）來源主要有2類：一類來源於將（jiāng）現有的已在鋼鐵領域中（zhōng）成功（gōng）應用的傳統表麵處理技術（包括熱滲（shèn）鍍、氣相沉積、三束改性、轉化膜、熱噴（pēn）塗等）用於鈦材表麵（miàn）[6]，相關專利例如“一種鈦及鈦合（hé）金球閥密封副和摩擦副的表麵硬化處理方（fāng）法”，該處理方（fāng）法是將傳統的化（huà）學熱處理與氣相沉積相結合，從而提高密封部（bù）位和摩擦部位表麵的耐磨性和硬度；一類是結合鈦材的特性，開發新型表麵處理技術（包括（kuò）液相等離子體技術（shù）、輝光等離子表麵冶金技術等），相關專利例如（rú）“一種鈦合金表麵使（shǐ）用微（wēi）弧氧化溶液製備高溫複合塗層的方法（fǎ）”，該處理方法是通過在微弧氧化溶液中對鈦合金進行微弧氧化，從（cóng）而獲得具（jù）有Al2TiO5+ZrO2耐高（gāo）溫複合塗層的鈦合金。相對於新型鈦合金研製及加工技（jì）術方（fāng）麵的（de）研究（jiū），表麵處理技術的研究則仍（réng）處於起步階段，特別是關於新型表麵處理技（jì）術方麵的專利（lì）所占（zhàn）比重較少，因此，圍繞鈦產品，開發新型的適合於鈦及鈦（tài）合金表麵處理的技術（shù）和（hé）塗層材料將是滿足鈦合金（jīn）在海洋、醫療、航空等特（tè）殊使用環境中使用需求的一個重要（yào）研究（jiū）方向。

3.生物醫（yī）用鈦合金的設（shè）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，隨著我國對生物材料領域科技（jì）投入（rù）的加大，西北有色金屬研究院、上海交通大（dà）學、哈爾濱工業大學、中國科學院金屬研究所等機（jī）構先後從事了生物醫用鈦合金的研製工作，其（qí）中，西北有色金屬研製的TLM(Ti-Zr-Sn-Mo-Nb）、沈陽材料（liào）科學國家（聯合）實（shí）驗室工程合金研究部多功能合金研究所研製的Ti2488（Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn）、天津科技大學大學研製的“一種無鎳生物醫用鈦合金Ti-Nb-Zr材料及其製備方法”等多項關於生物醫用鈦（tài）合（hé）金的專利均獲（huò）授國家發明專利，這說明一（yī）方（fāng）麵該（gāi）領域有大的研發空間，相（xiàng）對容易取得技術創新與突破，另一方麵（miàn）說（shuō）明生物醫用鈦（tài）合（hé）金有著廣（guǎng）闊的市場需（xū）求及（jí）前景，並且國家給與了極大的政策支持，例如《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（yào）（2006-2020年）》將“生物醫用材料”列為優先（xiān）發展主題，提出了“開發人體組織器官替代等新型生物醫用材料”等（děng）重要的科技任務，從IPC分類統（tǒng）計中也可以看到這一點。目（mù）前，IPC A類（lèi）中（zhōng）關（guān）於鈦及鈦（tài）合金的專利主要與（yǔ）外科器械、可植入血管的濾器、假體以及牙科裝置等有關，這些體現到具（jù）體（tǐ）的鈦合金產品（pǐn）上主要有血管（guǎn）內支架、心髒瓣膜、牙種植體等。通過對（duì）目前已公開的生物醫用鈦合金相關專利內容的分析以及未來醫療市場需求的預測，新型（xíng）醫（yī）用鈦合金的（de）研發、製造、表（biǎo）麵改性以及典型醫療器械產品的設計、加工成形將成（chéng）為需要繼續深入探索的（de）方向。

三、結語

通過對我國鈦及鈦（tài）合金材料專利的統計分析發現，自2002年（nián）以後，我國進入了鈦及鈦合金材料研（yán）究的快速成長期，特（tè）別是2011年以後，伴隨著（zhe）國家（jiā）各種利好（hǎo）政策的頒布實施，以及航空航天、海洋船舶等大型項目（mù）的拉動，對鈦及鈦合金這一重要的國家戰略（luè）型新材料的研製更是（shì）步入了高速發展（zhǎn）階段。目前，國內鈦產業布局相對（duì）集中，主要分布在華（huá）東、西北以及東北片區，主要（yào）研究機構及生產企業包括哈爾濱工業大學、西（xī）北工業大學、西北有色金屬研究院、中國科學院金屬研究（jiū）所、上海交通大學、寶鈦集團等。通過IPC分類對（duì）熱點技術分析（xī）可以預測，大型熔煉及加（jiā）工裝備的研製、鈦表麵處理技（jì）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者深入（rù）挖掘、研究探索的重點方（fāng）向。

文/何蕾

西北有色（sè）金屬研（yán）究院