金属切削液专利分析综述

池雪琴　叶坤　汪澎

（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，四川成都　610213）

金属切削液专利分析综述

池雪琴叶坤汪澎

（国家知识产权局专利局专利审查协作四川中心，四川成都610213）

金属切削液是工业生产过程中最重要的流体之一，基于此，着重统计与分析金属切削液的全球专利申请状况、中国专利申请状况以及重点申请人及其关键技术分布情况，以期掌握金属切削加工用润滑组合物的发展状况及研究热点和重点，为国内申请人对金属切削液的专利布局和研发提供借鉴。

金属切削液；润滑；专利

金属切削液是指用于金属切、削、磨、铣等加工过程中常用的一种工业用液体，其可减少刀具与工件之间的摩擦，并及时带走加工区内因摩擦、材料形变产生的热量，从而达到提高加工效率、提高工件精度、降低工件表面粗糙度以及延长刀具寿命的效果［1，2］。由于切削加工工艺是机械制造业的主要支柱之一，约占机械加工总劳动的30%～40%［3］，金属切削液的重要性可见一斑。随着金属切削加工技术的迅速发展，与之配套的切削液不断更新换代，全球范围内已经涌现出多种适应不同功能需求的金属切削液［4-6］。本文以金属切削液为分析对象，着重对金属切削液的全球专利申请状况、中国专利申请状况以及重点申请人及其关键技术分布情况进行了统计与分析。

1　研究内容

本文利用国家知识产权局专利检索系统的SIPOABS数据库，检索了截至2015年的金属切削液领域的发明专利情况，并分析了其申请态势和技术构成。

1.1总体专利申请状况

截至2015年年底，金属切削液领域全球申请量为5 434项，其中中国申请量为1 154项。图1是金属切削液的全球和中国专利申请量的发展态势对比情况。作为用于传统金属加工工艺的润滑剂组合物，人类使用切削液的历史可以追溯到远古时代，使用水、天然动植物油脂等作为加工金属时的冷却剂和润滑剂，直到19世纪中期，随着刨、磨、铣等各种机床的相继出现，金属切削液得到了大规模应用，有关金属切削液的专利申请也开始出现，数据库中收录最早的金属切削液的专利申请出现在1909年。20世纪70年代，随着刀具材料和被加工金属材料的快速发展，切削速率和切削温度不断提高，对切削液性能的要求不断提高，金属切削液的研究及产业的发展步入了活跃期，全球范围内金属切削液的申请量开始稳定增长，在20世纪80年代末90年初达到迎来了第一个高峰期，然后趋于稳定，反映出此期间全球范围内对于金属切削液的研发已经达到一个较为成熟的阶段，年均申请量为100件左右。而中国在金属切削液领域早期的申请量很少，说明在该领域的起步较晚，开发应用水平较低。进入21世纪以后，随着中国经济的发展，金属切削液的中国专利申请量开始迅速增多，并直接促成了全球范围内关于金属切削液的申请量在2013年达到第二个高峰，这期间我国切削液领域研发和生产越来越受到重视，这也与在中国切削液的应用需求迅速增加的市场环境有关。

图1　金属切削液的全球专利申请量及其中中国专利申请的发展态势

1.2地域分布

1.2.1全球申请量地域分布。图2显示了全球范围内金属切削液的专利申请量的地域分布，其中日本、中国、美国分别占了申请量的32%、22%和21%，其余部分的申请主要集中在欧洲国家。可见，日本、中国和欧美是该领域的主要市场国家，这与日本、欧美的金属加工业较为发达以及中国近几十年经济飞速发展对于金属加工相关行业的需求有关。图3对比了日本、中国、美国和德国从1991年至2015年期间每5a申请总量的变化情况。其中，1990年以后日本的申请量已呈比较平稳的状态，美国和德国的申请量呈递减趋势，同时这也显示了在金属切削液技术领域，发达国家的技术在总体上已经趋于成熟，市场已趋于稳定，专利布局比较完善。而中国申请量则自21世纪开始急剧增长，反映中国该领域专利技术起步晚，但还拥有较大的市场空间。

图2　金属切削液领域全球专利申请量的地域分布

图3　日本、中国、美国和德国的金属切削液的专利申请量的年度变化情况

1.2.2全球申请人地域分布。图4显示了全球范围内金属切削液的专利申请量的地域分布，其中日本、中国、美国分别占了申请量的33%、24%和20%，其余部分的申请主要来自于欧洲国家。可见，日本、中国和欧美也是该领域的主要研发和生产国家，这反映了日本、欧美的材料加工业较为发达，也体现了在对于金属加工行业的需求迅速增长的刺激下，中国对于金属切削液领域的研发和生产也越来越重视。从申请内容看来，近年来日本和欧美的研究热点集中在新型合成添加剂、纳米技术和生物技术等在切削液中的应用，而中国的研究主要集中在各种添加剂的配伍规律。

图4　金属切削液领域的全球专利申请人的全球地域分布

图5　金属切削液领域全球专利申请前十位申请人

1.3全球重要申请人

图5列出了金属切削液领域的申请量位于前10的全球重要申请人。从图5可以看出，重要申请人分布在美国、德国和日本，仅有尤希路化学工业有限公司一家为中日合资的公司。可见，中国在金属切削液领域的技术还比较薄弱。申请量占第一位的申请人路博润公司，其在金属切削液领域的专利申请主要集中在20世纪80年代后期到21世纪初，2008年后就再也没有提出过相关专利申请，这与近年来各行业对绿色环保的要求不断提升，无需使用切削液的干切削技术的发展有一定关系。

1.4技术构成

金属切削液按其化学组成分为油基切削液和水基切削液两大类。图6是水基切削液和油基切削液的专利申请量发展态势。一般油基切削液的润滑、防锈性能好，但是冷却性能较差，易产生油雾，存在一定的不安全因素；水基切削液的冷却性能好，但是存在容易滋生细菌产生腐败、防锈性较差和使用周期短等缺点。根据油基切削液和水基切削液上述特点的不同，在不同的金属加工过程中得以利用。而20世纪70年代油价的冲击促进了对无油合成切削液的研发，使水基切削液的应用得到提高。从图6可以看出，20世纪70年代中后期水基切削液的专利申请量超过了油基切削液。而随着社会对各行业绿色环保要求的不断提高，水基切削液一直是该领域的研发热点。目前，国内外使用的水基切削液主要分为乳化型切削液和水基合成切削液。前者主要由水、矿物油和乳化剂组成，其特点是润滑性能好，但在冷却性、渗透性、稳定性上较差，使用周期短，排放时存在环保问题，不可生物降解，易产生发霉、发臭等现象；后者主要由各种水溶性添加剂（如润滑、抗磨、抗压、防锈和表面活性剂等）和水组成，其特点是不含矿物油，在性能上具有良好的冷却性、清洗性、稳定性，从环保、节约油料资源等方面具有积极的意义，是金属切削液发展的主流。

图6　水基切削液和油基切削液的专利申请量发展态势

2　结论与展望

2.1专利分布状况

截至2015年，金属切削液领域全球申请量为5 434项，其中中国申请占1 154件。在20世纪70年代初期相应的全球专利申请量有了显著的增加；20世纪80年代至21世纪初期，该领域的专利申请量趋于稳定，年均在100件左右；随后进入申请量开始减少，直至2010年左右，随着中国申请量的剧增，该领域的全球申请量开始迅速增长。该领域全球专利申请量中日本、中国、美国的申请量分别占了全球申请总量的32%、22%和21%，其余基本集中在欧洲。全球专利申请申请人前十位，日本和欧美占据绝对的优势，仅有一家为中日合资公司，中国独资的公司未能进入前十位。而就专利申请涉及的金属切削液技术构成而言，自20世纪70年代末以来，水基切削液的申请量从整体上都多于油基切削液。

2.2展望

在金属切削液技术领域，发达国家的技术已经趋于成熟，新的专利申请主要趋于绿色环保类产品，而中国目前与发达国家的差距还比较大，在深入研究各种添加剂的配伍规律的同时，也应结合纳米材料技术、生物技术等新兴技术推进高性能助剂的研发，以提高金属切削液的加工性能及绿色环保性。

［1］张自卫.金属切削液（一）［J］.精密制造与自动化，1994（3）：28-36.

［2］王宝中，贾晓鸣，张秀玲.切削液技术的现状和发展［J］.机械工人（冷加工），2002（5）：6-8.

［3］张欣.绿色切削是现代制造业的必然选择［J］.中国贸易救济，2011（12）：20.

［4］杨鹤，高永建，张治军，等.水基金属切削液添加剂的研究进展［J］.化学研究，2000（4）：54-59.

［5］伏满祥.水基金属切削油近况及发展［J］.润滑油与燃料，2004（4）：1-5.

［6］吴志桥.绿色环保型金属切削液研究进展［J］.上海化工，2011（8）：29-33.

Review of Patents about Metal Cutting Fluid

Chi XueqinYe KunWang Peng
（Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office，SIPO，Sichuan，Chengdu Sichuan 610213）

Metal cutting fluid is one of the most important fluids used in industrial processes.Based on this，this pa⁃per focused on the statistics and analysis of the global patent application status of metal cutting fluid，the status of China's patent application，the key technologies of the applicant and its key technologies，in order to grasp the devel⁃opment status and research focus of the lubrication composition for metal cutting processing，and to provide referenc⁃es for the domestic applicants for the layout and development of metal cutting fluid.

metal cutting fluid；lubrication；patent

TG501

A

1003-5168（2016）08-0123-03

2016-07-16

池雪琴（1988-），女，博士，研究方向：润滑组合物；叶坤（1983-），男，硕士，研究方向：高分子材料（等同第一作者）；汪澎（1987-），女，硕士，研究方向：塑性材料加工。