摘要：铝及铝合金广泛应用于汽车、航空航天、船舶等领域。采用激光熔覆方法，可显著提高材料表面的综合性能，对铝及铝合金表面进行改性。本文通过使用专利数据库CNABS、VEN 对关键词和分类号的检索，对该技术的国内外主要申请人、专利申请趋势进行梳理和统计分析。
关键词：铝合金、激光熔覆、改性、专利申请
1 概述
铝及铝合金重量较轻，是轻量化的首选材料。铝合金有很多优点，比如塑韧性好、比强度大、热膨胀系数低、密度低、易加工等[1-3]，在汽车、船舶、航空航天等领域有广泛的应用。由于铝合金本身的固有性质，铝合金结构件普遍硬度偏低，摩擦系数较高，耐磨性较差，这在很大程度制约了铝合金的应用。
激光熔覆技术可以直接且有效的对材料表面进行改性处理。激光熔覆有如下特点[4-7]：加工升温和冷却速度快，得到的组织晶粒细小，提高加工效率。热影响区小，可减小畸变，可对复杂结构的零件进行表面处理。使用范围广，还可进行局部选区处理，成本低，性价比高且污染小，且激光熔覆可通过数控系统实现精确控制，便于实现自动化。
随着激光熔覆改性技术的逐渐发展成熟，激光熔覆在铝合金表面熔覆方面已经得到了广泛应用。采用激光熔覆技术对铝合金结构件进行修复，可以有效避免在修复过程中输入大量热量，产生裂纹的问题。
2. 专利申请态势分析
2.1 专利申请量趋势分析
图1为铝合金激光熔覆改性技术全球专利申请趋势图。由图1可见，自1990年以来专利申请总量逐年呈现出上升态势，在2000年左右出现了第一次热潮而后进入平稳发展。在2010年后，专利申请总量呈现出爆发的指数式增长形势，尤其在2013-2017年期间申请量实现了翻倍。而申请总量的爆发式增长主要得益于国内申请量的快速增长，2000年以前国内鲜有在此领域的申请，国内申请虽然起步较晚但发展迅速，2010年以后国内申请量成倍增长，2013-2017年申请量比往年总和增长了3.4倍，2013-2018年年均申请量在55件左右，进入平稳发展期。随着我国对知识产权行业的扶持以及企业、科研院所对专利申请的重视，我国在这一领域的年申请量已经远超其他国家。2018年的数据涉及到部分申请尚未公开的情况而有所下降。国外申请起步较早，1999年以前每年申请量稳定在3件左右，在2000年出现申请量高峰，第一次年申请量突破10件。
2.2 主要申请人分布
图2显示了铝合金激光熔覆改性技术专利国内外主要申请人情况。可以看出，国外申请的龙头企业主要集中在德国、美国。国内外前10位申请人的总申请量为100件，占全部申请人总申请量的19%，表现出较明显的集中趋势。其中企业申请人为28件、科研院所申请人为72家，没有个人申请人进入国内外前10位申请人。总体来说，铝合金激光熔覆改性技术还是以企业和科研院所作为研发主体。而国外专利申请人表现出鲜明的特点，主要申请人均为知名跨国企业，科员院所和个人申请量较低。
图3为国内主要专利申请人分布。国内申请以企业和科研院所为主，大专院校申请量和企业申请量分别占总量的46.5%和45.5%。由于这一领域的研发创新受限于专业的激光熔覆设备，进入门槛较高，个人申请量较低，主要以企业及大专院校作为研发主体，大专院校和企业是这一领域研发的主要力量，这也从一个侧面反应出铝合金表面激光熔覆还处于研发中，并且在企业也逐渐开始应用起来了。
2.3 熔覆材料类型与其达到的改性效果对应关系
图4给出了熔覆材料类型与其达到的改性效果对应关系，图中气泡大小代表专利文献数量。熔覆材料类型角度，采用合金类型熔覆材料文献数量最大，采用复合粉末次之。从耐高温、耐腐蚀、耐磨三方面考虑，提高硬度耐磨性角度文献量最大，耐腐蚀、耐热性次之。针对通过激光熔覆提高铝合金耐磨的专利文献，熔覆材料选取合金材料占比最大，其次为复合材料；而针对通过激光熔覆提高铝合金耐高温的专利文献，熔覆材料选取合金材料占比最大，其次为陶瓷粉末。
3. 技术发展趋势展望
结合以上的分析, 可看出, 铝合金激光熔覆改性技术在外国的发展已较为成熟, 专利申请量逐渐减少, 而我国对铝合金激光熔覆的研究热度逐渐增加, 已经成为相关技术的专利申请大国。且该项技术主要集中在高等院校和企业，说明铝合金激光熔覆的研究成果易于产业化。目前针对铝合金表面激光熔覆的研究主要以熔覆材料的改进为主，今后的主要发展趋势仍将以此为主，即开发出新的涂层体系。
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论文作者:马婧 崔晓龙
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第09期
论文发表时间:2019/9/10
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