鈦及鈦合金具有（yǒu）熔點高、無磁性、比強度和比剛度高、耐腐蝕性能優良、生物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（lǐng）域中（zhōng）不可或（huò）缺的關鍵結（jié）構材料（liào），並在生物醫療、化工、能源、體育休閑等國民經濟（jì）領域中獲得了越來越多的應用，其研（yán）發和應用水平已經成為一個（gè）國家新材料（liào）研究開發應用水平的重要體現。而專利作為目前最大的科學研究（jiū）、技術（shù）信息來源之一，可（kě）以有效（xiào）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索係統以及Office Excel軟件（jiàn），通過專利文獻計量分析（xī）方法對鈦及鈦合金的中國專利進行分析，嚐試揭示鈦及鈦合金專利的分布情況以及該行業在中（zhōng）國的發展態勢。檢索詞為純鈦、鈦合金、金屬鈦、鈦金屬、鈦加工材，檢索日期為2018年6月6日（rì），共檢（jiǎn）索到相（xiàng）關中國專利12 309件，其中發明專利為8 797件（授權專利3 841件，公開專利4 956件），實用新型專利3 424件（jiàn），外觀設計專（zhuān）利88件。

一、專利數據分析

1.總體態勢分析

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

圖1 1978~2018年我國鈦及鈦（tài）合金材料專利申請的總體態勢圖

（橫坐標：年（nián）份）

從圖1可以看出，早在1978年，我國便出（chū）現了針對鈦及鈦合金材料的相關專（zhuān）利的申請，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（zhuān）利的年申請量不足百件，且增長比較緩慢，這是（shì）因為我國對（duì）鈦及鈦合金材料的研究尚處於起步（bù）階段，研究主要停（tíng）留在對國（guó）外同類產品的（de）跟蹤仿製層麵上。2002-2016年，專（zhuān）利申請量呈現逐年增長態勢，從2002年的112件增（zēng）長到了2016年的1662件，增長了十餘倍。特別是2011-2014年間，申請數量出現（xiàn）迅猛增長，2011年專利申請量762件，年增長率為27.6%；2012年專利申請量1032件，年增（zēng）長（zhǎng）率為35.4%，專利申請（qǐng）量年增長（zhǎng）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（shì）基於以下因素：2000年初，國（guó）家科技部等有關部門將海綿鈦及鈦加工材列為了應重點（diǎn）發展的高新技（jì）術（shù）產品，並把（bǎ）海（hǎi）綿鈦、鈦板等列入國家高新技術產品目錄，並且隨（suí）著國民經濟的快速持續發展，各個行業對鈦材的需求增長，使得鈦及鈦合金的（de）產業化備受關（guān）注。與此同時，伴隨著改（gǎi）革的深（shēn）入，國有企業產權結構的（de）調整，西北有（yǒu）色金屬研究院（yuàn）、寶雞鈦業股份有限公司等（děng）國內主要大型鈦企業（yè）加大了對該領域的研發及（jí）生產投入，使得該領域在新（xīn）產品研製、新工藝開發、重大裝（zhuāng）備（bèi）改進等方麵（miàn）取得了許多技術（shù）成果。“十二五”規劃中，鈦金屬冶煉的節能減排、提高產品質（zhì）量和高附加值產品的（de）開發均被列入了重點支持和（hé）發（fā）展的範疇，西部地區的全流程高技（jì）術水平海綿鈦項目及新型鈦加工（gōng）材開發項目等也被列入國家鼓勵類項目中，並且大飛機等（děng）重大航空（kōng）項（xiàng）目的推進以及建設海洋強國戰略的（de）實施等一係列政策的引（yǐn）導推動了我國鈦及鈦合金材料技術研發進入了（le）高（gāo）速發展（zhǎn）時（shí）期。雖然目前（qián）2017年和（hé）-2018年的專利申請數量還未完全統計，但（dàn）是2017年頒布的《重點新材料首批次應用示範指導（dǎo）目錄（2017年版）》《軍用技術轉民用推廣目錄（2017年度）》《增（zēng）材製造（zào）產業發展行動計劃（2017~2020）》等一係列重要政策文件中都涉及了鈦（tài）及鈦合金（jīn）材料，相信鈦及鈦合金材（cái）料相關專利的申請數量將繼續呈增長態勢。

2.專利類型分布分析

根據（jù）我國專利法中對專利類（lèi）型的規定，可以（yǐ）將其分為發明專利、實用（yòng）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（suǒ）提出的新的技術方案（àn），其創新程度和技術重要（yào）性更高，更能體現某一領域技術的進步。根據檢索統計（jì），我國鈦及鈦合（hé）金材（cái）料相關專利中發明專利所占比例最大，為71.5%，實用（yòng）新型專利次（cì）之，為27.8%，外觀（guān）設計專利所占比重最小，僅為0.7%，並且多為關於鈦鍋、鈦刀具等民用製品。專利類型的分布比例（lì）如圖2所（suǒ）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，專利申請的質量較（jiào）高。

圖2 不同類型鈦及鈦（tài）合金專利申請的分布情況

（逗號前麵數（shù）字的單位為 件）

3.主要申請人分析

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

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

從圖（tú）3可以（yǐ）看出，排名（míng）前15的申請人中（zhōng）包括10所高校和科研院所以及5家企業。其中，10所高校及科研院所的總申請數量為1004件，占到統計總數的72%；5家企業的總申請數量為390件，占到統計總數28%。由此可見，高校及科研院所對我（wǒ）國鈦及鈦合金材料的研（yán）究起主導作用，具有較強的創新能力和創新（xīn）競爭力。此外（wài），與其他新材料相比（bǐ），我國對於鈦及鈦合金材料的研究不再單（dān）純停留在基礎理論研究上，而是有更多的（de）生（shēng）產（攀（pān）鋼集團攀枝花（huā）鋼鐵研究院有限公司）以及應（yīng）用〔沈陽飛機（jī）工業（集團）有限公司、沈陽黎明航（háng）空發動機（集團）有限公司〕鈦及鈦合金材料的企業參與到了技術研（yán）究及改進（jìn）中，說明（míng）在我國鈦及鈦合金產品的質量得到了提升，正逐步走向市（shì）場，特別是航（háng）空航天等領域用高端鈦及鈦合金材料的研究與應用受到了更多的關注。

4.申（shēn）請地域分（fèn）析

圖4為2007-2016年我國各省（shěng）份發明專利授權數量的排名情況。由圖4可知，發明專利授權（quán）量排名第1的省份為江蘇省，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的為北京市，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（de）分析（xī）可見，雖然申請機構排名中出隻出現了（le）一家江蘇省（shěng）的企業，但該省發明專利（lì）授權數量卻居（jū）於（yú）首（shǒu）位，這說明江蘇省（shěng）從事鈦及鈦合金材料研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（lì）的質量較高，研究內容主（zhǔ）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（liáo）。陝西（xī）省作為全國重要的鈦材生產基地，擁有（yǒu）西北有色金屬研究院、西北工業大學、西（xī）安交通大學（xué）等重要（yào）的鈦及（jí）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（jì）股（gǔ）份有限公司、寶鈦集團有限公司等大規模的鈦材（cái）生產企業，布局相對集（jí）中，研究內容較為廣泛，從（cóng）基礎理論到工業化生產，應用領域亦是涉及到化工（gōng）、船舶、醫（yī）療（liáo）、海洋、航空航天等各個方麵。

圖4 我國各省份發明專（zhuān）利授（shòu）權數量的排名

5.技術態勢（shì）分析

國際專利（lì）分類號(International Patent Classification，IPC)是根據1971年的《國（guó）際專利分類斯（sī）特拉斯堡協定》編製而成的。通過對（duì）特定產業專利申請IPC分布（bù）的分析，既（jì）可以判（pàn）斷創新（xīn）的熱點技術區域，又可以判斷（duàn）其涉及到的技術領域及發展趨勢（shì）。其中IPC小類是對（duì）專利相關技術領域的細分，通過IPC小類可以深入了解相（xiàng）關專利的技術信息。表1是按照IPC小類對鈦及鈦（tài）合金領域專利分類（lèi）統計的情況，列舉了（le）鈦（tài）及（jí）鈦合金（jīn）材料的（de）IPC分類號、專利申請量以及百（bǎi）分占比。

表1 鈦及鈦（tài）合金材料專利數量排名前20名的IPC類型

從表1可以看出，我國鈦及鈦合金材料專利申請（qǐng）主要集中在3大技術領（lǐng）域：C（化學；冶金），B（作業（yè）；運輸）以及A（人類（lèi）生活必須品），這3大技（jì）術領域的專利（lì）申請數量占到了（le）87.3%，可見，這3個領（lǐng）域是鈦及（jí）鈦合金（jīn）材料研究的熱點技術（shù）領域。此外，G（物理）和H（電學）也占據了一定的比（bǐ）例。從表1中還（hái）可以看出，我國鈦及鈦合金材料的研究主要（yào）集中在鈦基合金（jīn）的成分（fèn）設計、製備、加工、表麵處（chù）理、電解、生產及（jí）精煉等；在（zài）鈦及鈦合金材料的應用方麵，研發主要集中在A61B（外（wài）科器械、裝置）、A61F（可植入器械）、A61L（假體材（cái）料或假體被覆材料）以及A61C（植牙），所研發出的這些材（cái）料主要應用在醫用鈦合金領域。

二、未來研（yán）究方向分析

1.大型熔煉及加工裝備（bèi）的研製

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（guǒ）。我國目前已（yǐ）成功研製的鈦（tài）合金有70多種，其中有50多種已列入（rù）國家標準，並形成了高溫鈦合金係列、結構鈦合（hé）金係列、船用鈦合金係列、耐蝕鈦合（hé）金係列以及醫用鈦合金係列5大係列，相關專利申請數量也居於首位（IPC C22C類）。此外，在鈦的加（jiā）工技術方麵也（yě）是碩果累累。2014年寶鈦集團成功研（yán）製出TC4鈦合金型材，填補了我國鈦合金型材製造技術的空白，使我國成為繼美國、俄羅斯之後第3個掌握鈦合金型材（cái）生產技術的國家，而寶鈦集團在2008、2013年就先後申請了“一種鈦及鈦合金型材擠（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（huán），並申請了“大型數控鑽床加工環形鍛（duàn）件找圓心的方（fāng）法（fǎ）”“環形鍛件用探傷裝置”“環形鍛件用提升裝（zhuāng）置”等相關專利近10件；2017年，北京百慕航（háng）材高科技股份有限（xiàn）公司成功研製質量達820 kg的超（chāo）大型鈦合（hé）金鑄件，並申請（qǐng）了“ 一（yī）種鑄（zhù）造（zào）合金鈦（tài）及其製備方法”“一種校形鈦合金構件的模具定位（wèi）機構”“一種用（yòng）於多邊（biān）形框架的校形工裝”等（děng）相關專利近10件；2018年，西部鈦業有限責任公司成功研製（zhì）出國（guó）內最大規格的海洋工程用鈦合金板（bǎn）材，並連創國內（nèi）“三項之最”：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（sī）成立於2004年，位（wèi）於全國重要的鈦材生（shēng）產基地陝西省，主要從事鈦及鈦（tài）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（jiā）工材的專利申請（qǐng）記錄，10餘年來，專利累計（jì）申請數量達100餘件，其中涉及裝置改進、模具設計的有30餘件。

從上（shàng）述分析可以看出，鈦及鈦合金材（cái）料研製道路上（shàng）的（de）每（měi）項重大突破都伴隨（suí）著相關專（zhuān）利的湧現，但通過對專利內容深入歸納發現，雖然（rán）我國科研院所及企（qǐ）業對合金成分、性（xìng）能、加工工藝等（děng）開展了大（dà）量的研（yán）究工作並取得了許多顯著成績（jì），但是在大型熔煉和加工設備（bèi）研製方麵的研究相對較少，與國外相比仍存在一定的差距（jù）。據（jù）不完全統計，國內目前在電子束冷床爐設備方（fāng）麵（miàn）有相關專利申（shēn）請的機構隻有龍南新晶鈦業有限公司、雲南鈦業股份有限公司、北京有色金屬研究總院、寶山鋼鐵股份有（yǒu）限公司等不足10家，且主要停留在進（jìn）料係統、移動門裝置等（děng）非核心設備（bèi）的研製上（shàng）；關於真空自耗電弧爐的相關專利則相對多一些，約近50件，主要的申請機構有寶雞市金（jīn）盛源鈦業有（yǒu）限公司、西安聚能裝備技（jì）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（tuán）江油長城特殊鋼有限公司、湖南金天鈦業科技有限公司等。由此可見，我國在大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（bǐ）較欠缺，需加（jiā）強（qiáng）自主（zhǔ）化研製進程，這（zhè）將（jiāng）對於降低我國鈦合金生產成本，加快鈦合（hé）金的推廣（guǎng）應用具有重要意義。

2.鈦表麵處理技術的研究（jiū）

鈦及鈦合金材料應用領域的極速擴張，對鈦表麵處（chù）理技術也不斷提出了新的要求。船舶零件、橋（qiáo）梁構件等要求（qiú）鈦材表麵具有優異的（de）耐蝕性；齒輪（lún）、軸承等要求鈦材有良好的耐磨性；作為電極使（shǐ）用時，鈦材還需具有良好的電活性；用於骨科器（qì）械（xiè）、血管（guǎn）支架時，要具備生物活性（xìng）；此外，在製（zhì）成手（shǒu）表、首飾時，還要有很好的裝飾（shì）性（xìng）。為此，近年來關於鈦表（biǎo）麵處理的專（zhuān）利（lì）（IPC C23C類）申請數（shù）量也是與日俱增，略居於（yú）第2位。

目前鈦材表麵處理技術的來源主要有2類：一類來源於將現有的（de）已在鋼鐵領域中成功（gōng）應用的傳統表麵處理技術（包括（kuò）熱滲鍍、氣相沉積、三束改（gǎi）性、轉化膜、熱噴塗等（děng））用於鈦材表麵[6]，相關專利（lì）例如“一種鈦及鈦合金球閥密封副和摩擦副的表麵硬化處（chù）理方法（fǎ）”，該處理方法是將傳統的（de）化學熱處（chù）理與氣相沉（chén）積相結合，從而提高密（mì）封部位（wèi）和摩擦部位表麵的耐磨性和硬度；一類是結合鈦材（cái）的（de）特性，開發新型表麵處理技術（包括（kuò）液相等離子體技（jì）術、輝光（guāng）等離子表麵冶金技術等），相關專利（lì）例如“一種鈦合金表麵使用微弧氧化溶液製備高溫複合塗（tú）層的方法”，該處理（lǐ）方法是通過在微弧氧化溶液中對鈦（tài）合（hé）金進行（háng）微弧氧化，從而獲得具有Al2TiO5+ZrO2耐高溫複合塗層的（de）鈦（tài）合金。相對於（yú）新型鈦合金研製及加工（gōng）技術方（fāng）麵的研究，表麵處理技術的研究則仍處於起步階段，特別是關於新（xīn）型表麵處理技術方麵的專利所（suǒ）占比重較少，因此，圍繞鈦產（chǎn）品，開發新型的適合於鈦及（jí）鈦合金（jīn）表（biǎo）麵處理的技術和塗層材料（liào）將是滿（mǎn）足鈦合金在（zài）海洋、醫療、航空等特殊使用環境（jìng）中使用需求的一個重要研究方向。

3.生物醫用鈦合（hé）金的設計及應（yīng）用

我國對生（shēng）物（wù）醫用鈦（tài）合金的研（yán）究起步（bù）較晚，“十一五”期間，隨著我國對生物材料領域科技投入的加大，西北有色（sè）金屬研（yán）究院、上海交通大（dà）學、哈爾濱工業大學、中國科學（xué）院金屬研究所等機構先後從事了生物醫用鈦合金的研製工作，其中，西北有色金屬研製的（de）TLM(Ti-Zr-Sn-Mo-Nb）、沈（shěn）陽材料科學國家（聯合）實（shí）驗室（shì）工程合金研究（jiū）部多功能（néng）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（de）“一種無鎳生（shēng）物醫用鈦合金Ti-Nb-Zr材料及其製（zhì）備方法（fǎ）”等多項關於生物醫用鈦合金的專利均獲授國家發明（míng）專利，這說（shuō）明一方麵該領域有大的研（yán）發空間，相（xiàng）對容易取得（dé）技術創新與突破，另一方麵說（shuō）明生物醫用鈦合金有著廣闊的市場需求及前景，並且國家給與了極大的政策支持，例如《國家（jiā）中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》將“生物醫用（yòng）材料（liào）”列為優先發展主題，提出了“開發人體組織器官替（tì）代等新型生物醫用材料”等重要的科技任務，從（cóng）IPC分類統（tǒng）計中也可以看到這一點（diǎn）。目前，IPC A類中關於鈦及（jí）鈦合金的專（zhuān）利主要與外科器械、可（kě）植入血管（guǎn）的濾器、假體以及牙科裝置等有關，這些體現到具體的鈦合金產品上（shàng）主要有（yǒu）血（xuè）管（guǎn）內支架（jià）、心（xīn）髒瓣膜、牙種（zhǒng）植體等。通過對目前已公開（kāi）的生物醫用鈦合金相（xiàng）關專利內容的分析以及未來（lái）醫療市場需求的預（yù）測，新型醫用（yòng）鈦合金的研發、製造、表麵改性以及典型醫療（liáo）器械產品的設計、加工成形將成為需要繼（jì）續（xù）深入探索的方（fāng）向（xiàng）。

三、結語

通過對我國鈦及鈦合金材料專利（lì）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究的快速（sù）成長期，特別是2011年以後，伴隨（suí）著國家（jiā）各種利好（hǎo）政策的頒布實施，以及航空航天、海（hǎi）洋船（chuán）舶等大型項目的拉動，對鈦及（jí）鈦合金這一重要的國家戰略型新材料的研製（zhì）更是步入了高速發展階段。目前，國內鈦產業布局（jú）相對集中，主要分布在華東、西（xī）北以及東北片區，主要研究機構及生產企業包括哈爾濱工業（yè）大學、西北（běi）工業大（dà）學、西北（běi）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分類對熱點技術分析（xī）可以預測，大型熔煉及加工裝（zhuāng）備的研製、鈦表（biǎo）麵處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者深入挖掘、研究探索的重點方向。

文/何蕾

西北有色金屬研究院