钒铝合金专利申请状况分析

付 佳，唐志勇，杜骁勇，朱 宁

(国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100190)

钒铝合金专利申请状况分析

付 佳，唐志勇，杜骁勇，朱 宁

(国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100190)

从历年专利申请量、主要申请人、技术生命周期、主要申请国以及专利技术输入输出等方面着手，对国内以及世界其他国家钒铝合金技术的专利申请状况进行了统计分析，总体而言，该领域的专利在国内外的分布均没有显现集中趋势，未见战略性布局。此外，以该领域核心专利技术内容为基础，梳理了钒铝合金发展的主要技术脉络，并着重分析了钒铝合金产品在航空领域的发展情况，希望能为国内相关企业及科研机构提供参考。

钒铝合金;专利申请;航空

1 钒铝合金产品行业现状

1.1 钒铝合金市场供求现状

钒铝中间合金是生产高强钛合金的重要原料，被广泛应用于军事、航空航天工业及民用工业［1－4］。Ti-6Al-4V是众多钛合金中应用最广泛的一种［5－6］，每年生产Ti-6Al-4V所需的钒铝中间合金折合成金属钒约2 000 t。目前，全世界每年的钒铝中间合金消费量约3 500～4 000 t，主要消费市场分布在北美洲和欧洲。世界上生产钒铝等中间合金的企业主要有德国电冶金公司、美国战略矿物公司的子公司——美国钒公司、美国雷丁合金公司、俄罗斯上萨尔达冶金生产联合公司，其中德国电冶金公司生产的钒铝合金占世界总消费量的近50%，产品质量居世界领先水平。国内早期生产钒铝中间合金的企业主要有宝鸡有色金属加工厂(现宝钛集团)和锦州铁合金厂。随着中国钛工业以及相关领域的发展，钒铝中间合金市场具有巨大的发展潜力，特别是随着我国发展大飞机计划的提出，要求国内必须开发生产出高级钒铝合金产品，这样不仅可以替代进口产品，还可以对我国钛工业的进一步发展起到巨大的推动作用。

1.2 钒铝合金技术发展状况

钛合金的比强度是常用工业合金中最大的，是不锈钢的3.5倍，是铝合金的1.3倍，是镁合金的1.7倍，所以钛合金是宇航工业必不可少的结构材料。而在众多钛合金中，Ti-6Al-4V和Ti-8Al-1Mo-1V是最重要的两种，共占钛合金市场的50%，主要被用于生产喷气发动机、高速飞行器骨架和火箭发动机机壳。这两种钛合金中的钒通常是以钒铝基合金的形式加入的，由此可以看出钒铝中间合金是生产航空航天用钛合金的重要原料。通过对截至2013年年底已公开的钒铝中间合金的相关专利进行人工标引，发现其制备方法包括一步法和两步法，前者主要用于生产初级产品，国内已有一些企业在利用该方法进行小规模生产(一般不需要认证)，后者则用于生产高级产品(需要下游企业认证)。目前世界上能够采用两步法生产航空航天级钒铝中间合金的厂家只有德国电冶金公司和美国雷丁公司。由于中间合金两步法生产工艺中的第一步生产技术与高钒铁冶炼技术相同，已非常成熟。第二步主要是对第一步的产品进行进一步的真空精炼，调整成分、去除有害杂质并控制物理缺陷等，目前在技术方面存在一定的未知性，需要进行进一步的研究。

2 钒铝合金产品的中国专利申请分析

利用CPRS(中国专利文献检索系统)检索中国专利数据并进行分析，分析数据截至2011年12月31日。

2.1 专利申请数量趋势分析

图1为国内钒铝合金的技术生命周期。由于生产钒铝合金对技术的要求十分高，该领域在华专利申请总量仅18件，涉及申请人10个。根据图1中的统计数据显示，该领域自1993年才出现第一件在华专利申请，从侧面反应出该领域还属于朝阳行业;在1994—2002年间，专利数量与申请人数量均为零，可见，2002年前还没有任何机构试图尝试占领中国市场;2003年，申请人数量和申请量均为5，是由国内张忠士个人提出的，此后又经过了一段空白期，直到2008年后，才存在连续的在华申请，且申请量与申请人数量都呈现徘徊增长趋势，但数量均不大;2011年达到第一个申请量高峰，为7件专利申请，说明国内对该技术的研发尚处于开始阶段。总之，就现有已公开的专利来看，国内钒铝合金行业尚处于刚刚起步阶段，专利申请量与申请人数量的间隔均变化不大，但呈增长趋势，表明越来越多的申请人开始涉足该领域。特别值得注意的是，攀钢集团在2011年申请了4件与该领域相关的专利，结合攀钢集团的“十二五”规划，可见我国这家老字号的钒钛企业已经开始在该领域有布局倾向。

图1 国内钒铝合金的技术生命周期Fig.1 The technology life cycle of vanadium-aluminium alloy in China

此外，对上述专利的申请人国别进行分析可以看出，这些在华申请的申请人全部来自国内，这反映出虽然国外技术相对成熟，但还并未在国内进行战略布局，因此，客观上来讲，国内钒铝合金产品研发机构和个人还存在广泛的机会，应当加大研发力度。

2.2 专利主要申请人分析

图2示出了国内钒铝合金相关专利的主要申请人。通过对钒铝合金专利的具体申请机构分析可见，基于该行业的特点，目前国内尚未出现技术垄断的申请人，申请量最大的申请人为个人——张忠士。此外，该领域申请人较为分散，不仅有企业还有高校和个人申请。

图2 钒铝合金产品主要国内申请人情况Fig.2 The main applicants for patents of vanadium-aluminium alloy in China

2.3 航空用钒铝合金在华申请技术发展路线分析

目前，关于两步法制备航空钒铝合金的申请共计3件。最早的一件是2010年由承德天大钒业有限责任公司提出的公开号为CN101906546A的专利申请，该专利披露了一种钒铝合金的制备方法，其特征是“首先采用金属热还原法，以一部分铝作为还原剂还原五氧化二钒制备出一步钒铝合金;再将制备出的一步钒铝合金破碎、烘干后再加入部分铝，在真空中频感应炉进行二步熔炼，得到钒铝合金最终产品”，该申请目前已经授权;另外一件是肖景波提出的公开号为CN102330007A的专利申请，该专利披露了一种航空用钒铝合金的制备方法，具体制备方法是“(1)用镁砖砌成镁砖冶炼炉;(2)将砌好的镁砖冶炼炉置于液化气或煤气干燥窑内，干燥12 h;(3)采用计算机控制的配料机进行配料，钒铝合金的配比为:V58% －Al42%、V65% －Al 35%、V75%－Al25%(质量比);(4)将配好的原料装入V型混料机充分混合15 min，然后将混合好的原料装入镁砖冶炼炉内，用镁屑点燃装好的炉料进行冶炼，冶炼温度为1 800～2 700℃，冶炼时间1min;(5)把冶炼好的合金锭自然冷却到30～40℃后进行处理，打掉表面的氧化皮;(6)将处理好的合金块放入真空感应熔炼炉中进行熔炼，熔炼温度为1 600～1700℃，把合金熔炼到液体状态;(7)将熔化好的合金在离心浇铸机中进行浇铸;(8)在真空状态下，采用氩气循环冷却5 h，使合金锭的温度降到200℃以下后出炉;(9)破碎包装”，该申请目前也已经被授权;第三件是由宝鸡市嘉诚稀有金属材料有限公司提出的CN102392168A的专利申请，该专利披露了一种用于高钒钛合金材料制造的钒铝钛中间合金，其特征是中间合金化学成分如下:V 65% ～71%，Al 10%～14%，O≤0.10%，Ti余量，该专利申请处于视为撤回状态。从以上申请可以看出，国内目前已经着手研究二步法制备航空用钒铝合金，尤其是在组分和制备工艺上已经投入研发，但从申请数量上来看，尚处于刚刚起步阶段。

3 钒铝合金产品的全球专利申请分析

利用DWPJ(德温特文献检索系统)检索全球专利数据并进行分析，分析数据截至2011年12月31日。

3.1 专利申请数量趋势分析

图3为钒铝合金的全球专利申请技术来源量趋势图。由图3可以看出，自1980年以来，钒铝合金的专利申请技术源的数量总体呈现波动式增长态势，在1986年达到第一个高峰，为13件，但此阶段的钒铝合金多是与其它元素复合，在冶炼钛合金时使用，例如公开号为DE3625194A的专利中指出钒铝中间合金在冶炼钛合金时使用，具有低熔点和熔解性良好等优点。之后直到1997年，一直处于徘徊状态，而总体呈现下降趋势，并在1997年下降到0。此后，呈现了缓慢上升趋势，在2008年到达第二个峰值，为20件，该年度技术来源来自美国的就达18件，大多为开发了钒铝合金的新应用，比如喷墨打印机的构件、微流系统等。

图3 钒铝合金的全球专利申请技术来源量趋势图Fig.3 The trend chart of the patent technology soures of vanadium-aluminiumalloy in the world

3.2 主要申请区域以及各国技术趋势分析

表1为世界上主要国家的钒铝合金专利申请量情况统计表。由表1可以看出，全球专利技术来源量排名前4位的国家依次为日本、美国、中国和韩国。在1980—2011年期间的申请量排名为日本、美国、中国和韩国，这是由于日本在材料领域的技术比较发达、且擅长作小的改进，因此在钒铝合金领域的专利申请中也体现了该特点;美国紧随其后，中国和韩国作为新兴的发展国家，也十分重视该领域的发展。

表1 主要国家的钒铝合金专利申请量情况Table 1 The application quantity for vanadium-aluminium alloy patents of the major countries

图4为世界上日本、美国等主要国家的钒铝专利申请量变化趋势图。由图4可以看出，日本钒铝合金专利的申请量发展趋势与钒铝合金的全球专利申请技术来源量趋势整体十分相近，其主要不同出现于2007以后。2007年后，美国加强了对钒铝合金领域专利的申请，而日本却仍然呈现疲软状态。日本所涉及的钒铝合金的专利申请多数是在制备钛合金的过程中加入钒铝中间合金，例如专利号为JP19870324664、JP20060023198、JP20100071107 的专利披露的均是在制备不同类型的钛合金中加入钒铝中间合金，而涉及航空航天用钒铝合金制备技术的很少。

图4 主要国家的钒铝专利申请量趋势图Fig.4 The trend chart of vanadium-aluminium alloy patents application quantity of the major country

美国自2000年后，在钒铝合金领域表现十分活跃，专利申请量一直处于领先地位，但通过分析这些专利的内容发现，多数是涉及钒铝合金的新应用，比如喷墨打印机的构件、微流系统、用于空调设备中的钒铝中间合金粉末的制备等，而涉及航空航天用钒铝合金的制备技术的很少。

3.3 航空用钒铝合金国际技术分析

图5为全球钒铝合金二级技术主题分布情况的统计图。从图5可以看出，在所统计的195件专利中，涉及为国内企业所日益重视的二步法制备航天航空用钒铝中间合金的专利仅有14件，其中以公开号 为 DE2204871A、US3625676A、RU2087574A、JP1165731A等专利为代表，该工艺首先用三氧化二钒或五氧化二钒与铝混合，制备出VAl85合金，然后加铝在真空感应炉冶炼，防止吸入氧气和氮气。

图5 全球钒铝合金二级技术主题分布情况Fig.5 The statistic of vanadium-aluminium alloy secondary technical topics in the world

此外，美国除上述提到的公开号为US3625676A外，还有公开号为WO2000US29632的专利披露了采用Ti-6Al-4V制备飞机的涡轮轴、涡轮叶片和结构梁架等部件，公开号为US20040933638的专利披露了采用Ti-6A1-4V、Ti-3A1-2.5V制备用于航天器用钛合金。综上可以发现，该领域的全球专利数量与该技术在全球受到的关注度十分不匹配，这是由于该领域大部分机构以商业机密的形式保护其技术，比如控制全球市场的德国电冶金公司、美国战略矿物公司和美国雷丁合金公司均没有申请该方面的专利。因此研发该技术可供参考的专利技术信息并不多，需要国内企业在参考相关专利信息的同时，积极从其它渠道进行技术资源获取，例如搜集非专利信息或者加大自主研发力度等。

4结语

从近年市场统计数据来看，钒铝合金在国内外的需求量均不断提高，具有较大的发展潜力，与此同时，国内外相关企业也在不断投入科研力量以优化产品性能。但是，该研发热点在相关专利申请方面的数据表现显示出钒铝合金产品以及其制备工艺在国内基本没有形成任何专利布局，因此各企业有机会进行一定程度专利布局以占领相关技术领域。此外，全球范围内该领域的申请量不大，美日等国家在该领域的申请量极少，且多为外围专利，而控制全球市场的德国电冶金公司、美国战略矿物公司和美国雷丁合金公司没有申请该方面的专利，也均是以保密的方式保护其技术，因此各相关企业在研发该产品时可供参考的专利技术信息不多，这也从从另一方面反映出该领域仍有很大的自主研发空间。

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Analysis of Vanadium-aluminium Alloy Patent Application Status

Fu Jia，Tang Zhiyong，Du Xiaoyong，Zhu Ning
(Patent Examination Center of State Intellectual Property Office in Beijing，Beijing 100190，China)

The state of application for world patents about vanadium-aluminium alloy technique in recent years was reviewed，which included patent application quantities，main applicants，technology life cycle，patent input and output situations and so on.Overall，the distribution of vanadium-aluminium alloy patents did not show central tendency both in the domestic and overseas.What’s more，with the purpose of providing a reference for the relative enterprises and scientific research institution in China，the history of vanadium-aluminium alloy technology was integrated based on the core patented technology，and the development of vanadium-aluminium alloy products used in the area of aviation was also analyzed.

vanadium-aluminium alloy;patent application;aviation

10.13567/j.cnki.issn1009-9964.2014.02.003

2013－10－13

付佳(1982—)，男，助理研究员。