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轴承用铝合金材料专利综述

发布时间:2018-11-09
樊佳欣 王天天
  摘 要:轴承在内燃机、铁路机车、切削机床等各种设备仪表中被广泛使用。铝合金是最常使用的轴承材料之一。本文以铝合金轴承材料为分析对象,重点分析全球及中国范围内关于滑动轴承用铝合金的申请信息、核心专利、重要申请人。
  关键词:轴承;铝合金;专利申请;核心专利;重要申请人
  一、引言
  轴承在内燃机、铁路机车、切削机床等各种设备仪表中被广泛使用。其中,支承轴的部分称为轴颈,与轴颈相配的零件称为轴瓦,为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上浇注的减摩材料称为轴承衬。轴瓦和轴承衬的材料统称为滑动轴承材料[1]。对轴承材料的制造和研究工作始于1839年,英国人伊萨克·巴比特获得了第一个锡基合金轴承材料的专利,在此后的一百多年间,对轴承材料的研究有了突飞猛进的发展和进步,取得了巨大的成效。
  总体而言,常用的轴承材料大体可分为三类:金属材料、多孔质金属材料以及非金属材料。其中,金属材料主要有巴氏合金、铜合金、铅合金、铝合金等[1]。铝合金具有较好的机械性能、热传导性和良好的耐腐蚀性,并且资源丰富、价格低廉,是目前使用最广泛的轴承材料之一。本文以铝合金轴承材料为分析对象,重点分析全球及中国范围内关于铝合金轴承材料的专利申请信息、重要申请人等。
  二、铝合金轴承材料及技术发展概况
  1.铝合金轴承材料概述
  铝合金轴承材料的研究开发与使用起始于德国,主要运用于一些军事装备上,后来英、美、日本等国也相继开展了铝合金轴承材料的研究。铝基轴承合金主要沿两条路径发展:第一类是在铝基体上含有硬的高熔点组元,第二类是在铝基体中含软的低熔点组元。其中常见的硬组元有:铜(Cu)、硅(Si)、镍(Ni)等,软组元有:锡(Sn)、铅(Pb)等[2]
  2.技术发展概况
  2.1数据源与关键词
  选择CNABS中文检索数据库和SIPOABS外文检索数据库对轴承用铝合金材料领域的专利申请进行统计与分析研究。对滑动轴承铝合金材料的技术进行分解,参见表1。
  2.2数据的统计和分析
  本次检索时间截止2017年6月,经过检索及筛选,最终确定的涉及铝合金轴承材料的全球专利申请共计871篇,其中,中文申请为314篇,外文申请为557篇。
  (1)申请量年度分布
  图1显示了铝合金轴承材料在全球范围内和中国范围内的申请量的年度分布。
  从图中可以看出,在全球范围内和中国范围内,铝合金轴承材料的专利申请均呈上升趋势;在全球范围内,铝合金轴承材料的专利申请始于上世纪30年代,但直到70-80年代才有了较快发展,特别是上世纪80-90年代,申请量呈直线上升;中国专利局自1985年4月1日起开始受理专利申请,1986年就开始有关于铝合金轴承材料的专利申请了,但申请量一直较低,直到2000年以后才有了迅速增长。
  (2)申请的地域分布
  专利申请的地域分布可以反映出技术发展的先进程度以及企业产品市场的重心等特点。通过对铝合金轴承材料申请的地域分布进行统计整理,得到图2所示的数据,从图中可以看出,中国、日本、美国、英国、德国、韩国的申请量靠前,特别是中国、日本和美国,占据了所有专利申请中的68%左右。其中,中国的专利申请量占35%,这既说明中国对于铝合金轴承材料的研究有了很大进展,也说明各国的企业提高了对于中国市场关注度。
  (3)不同成分铝合金轴承材料申请量分布
  本文分别采用IPC分类进行整理,统计得出检索到的专利申请中不同成分铝合金轴承材料的分布情况。在合金领域,分类号非常准确,对于铝合金轴承材料,均位于C22C21/00大组下,表2列出了C22C21/00大组下涉及的技术内容。
  图3显示了不同成分的铝合金轴承材料的申请量分布,可以看出,对于铝合金轴承材料的专利申请主要集中在Al-Sn、Al-Si以及Al-Zn合金,特别是Al-Sn合金,其申请量高达38%左右,从上世纪30年代一直到2016年都有专利申请,主要对合金成分、轴承结构、制备工艺以及合金组织等方面进行不断改进。
  (4)核心专利
  根据SIPOABS数据库中专利文献的被引用次数对本领域的专利申请进行排序,列举出被引频次前10项专利申请。
  一般情况下,被引用频次越高说明该专利申请的重要性也越高;同族专利数量越大说明该专利申请的经济价值越高。从表3中可以看出,被引用频次较高的申请集中在中国和美国,而其同族涉及的主要国家有英国、日本、德国、韩国等。上述核心专利涉及的内容分别为:Al-Sn轴承合金、Al-Pb轴承合金,多层滑动轴承,铝-钢轴承合金等。以下对被引用频次为前三的专利申请进行详细分析。
  CN1873035A是联合工艺公司于2006年申请的专利,该申请涉及一种高温铝合金,该合金可用作轴承套,铝合金中含有钪、镍、铁等,该合金包含铝固溶体和多种分散质。该申请及同族被引用了107次,其中被中国专利引用了62次,被欧洲专利引用了21次,美国专利引用了17次。
  US5445896A是大同金属工业株式会社于1994年申请的专利,该申请涉及一种三层的滑动轴承材料,包括一层钢制基层、一层轴承合金层以及一层溅射得到的覆盖层,其中轴承合金层由Cu-Pb-Sn,覆盖层由Al-Sn-Cu合金制成。该申请及同族被引用了73次,其中被中国专利引用了7次,欧洲专利引用了9次,美国专利引用了24次,德国及其他国家专利引用了33次。
  US5384205A也是大同金属工业株式会社于1993年申请的专利,该申请涉及一种包含Al-Sn轴承合金的多层轴承材料。该申请及同族被引用了69次,其中被中国专利引用了5次,欧洲专利引用了14次,日本专利引用了12次,美国专利引用了19次,德国及其他国家专利引用了18次。
  (5)重要申请人分析
  根据申请量及前期统计结果,将本领域专利申请人进行统计分析,总结如下:
  1)大同金属工业株式会社
  大同金属工业株式会社自20世纪70年代开始申请铝合金轴承材料相关的专利,最初是Al-Sn-Pb、Al-Sn-Cu-Pb,从1976年起涉及多层铝合金滑动轴承材料,对中间层、合金层的成分、性能分别进行了研究,对铝合金滑动轴承材料性能的关注,由提高抗疲劳性能、适应性进一步延伸至适应高速化、重载荷、大型化的要求、提高耐磨性能。其中有核心专利US5445896A、US5384205A、US5362574A等。
  2)大豊工业株式会社
  大豊工业株式会社自20世纪70年代开始申请铝合金轴承材料相关的专利申请,其申请主要涉及的领域为Al-Sn轴承合金材料,在此基础上还有涉及Al-Sn-Cr、Al-Sn-Pb、Al-Sn-Si、Al-Sn-Cu类合金。
  3)日产汽车株式会社
  日产汽车株式会社于20世纪80-90年代申请了铝合金轴承材料相关专利,其主要专利涉及Al-Sn、Al-Sn-Pb以及Si颗粒弥散轴承合金。
  4)联合莫古尔威斯巴登有限公司
  联合莫古尔公司及联合莫古尔威斯巴登有限公司的申请始于20世纪50年代,其申请专利主要涉及Al-Pb合金以及多层轴承合金材料。
  5)华南理工大学
  华南理工大学是中国范围内主要的铝合金轴承材料专利申请人,从2011年起开始申请相关专利,主要涉及Al-Sn轴承合金材料。
  三、结语
  本文通过对全球范围和中国范围内涉及铝合金轴承材料的专利申请进行统计和分析,获取了有关铝合金轴承材料专利申请技术相关的专利数据,并针对相关专利数据进行统计和分析,能够实现对铝合金轴承材料技术领域专利状况、相关信息等的了解和掌控。通过以上分析,可以获得以下认知:
  (1)全球范围和中国范围内的铝合金轴承材料的专利申请量逐年增长,二者发展趋势相近,全球铝合金轴承材料专利起步较早,经历了缓慢发展、快速发展以及平稳发展三个阶段;中国铝合金轴承材料专利起步较晚,但在1990年之后获得了快速发展;
  (2)涉及铝合金轴承材料的申请主要分布于中国、日本、美国、英国、德国、韩国等,说明上述国家是铝合金轴承材料主要的研发地区或者销售地区,对铝合金轴承材料的发展有重要影响;
  (3)涉及铝合金轴承材料的核心专利主要内容涉及轴承合金的成分、轴承的结构、制备方法以及轴承合金的组织等方面;
  (4)铝合金轴承材料专利申请的最主要的申请人为日本大同金属工业株式会社,在中国范围内主要的申请人为华南理工大学。
  参考文献
  [1]马履中,谢俊,尹小琴主编.机械原理与设计下[M].北京:机械工业出版社.2015.
  [2]李柱国主编.内燃机滑动轴承[M].上海:上海交通大学出版社.2003.
  作者简介:
  樊佳欣(1989-)女,硕士,国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心材料工程发明审查部,审查员,主要从事材料领域发明申请的实质审查。
  王天天(1989-)女,硕士,国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心材料工程发明审查部,审查员,主要从事材料领域发明申请的实质审查(第二作者等同于第一作者)。
来源:《科学与财富》2017年24期

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