軸承用鋁合金材料專利綜述

樊佳欣+王天天

摘 要： 軸承在內(nèi)燃機(jī)、鐵路機(jī)車、切削機(jī)床等各種設(shè)備儀表中被廣泛使用。鋁合金是最常使用的軸承材料之一。本文以鋁合金軸承材料為分析對(duì)象，重點(diǎn)分析全球及中國(guó)范圍內(nèi)關(guān)于滑動(dòng)軸承用鋁合金的申請(qǐng)信息、核心專利、重要申請(qǐng)人。

關(guān)鍵詞： 軸承；鋁合金；專利申請(qǐng)；核心專利；重要申請(qǐng)人

Summarization of Al-based Bearing Alloy Material

Fan jiaxin， Wang tiantian1

（Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office， SIPO， Henan， Zhengzhou Henan 450002）

Abstract：Since the bearings have been extensively used in gas engines， trains，cutting machine tools， Al-based alloy is one of the most commonly used bearing alloy material. In this study， patent applications for Al-based bearing alloy material around world and China have been analyzed， focused on important applications and applicants.

Keywords： bearing； Al-based alloy； patent application； important application； important applicant

一、引 言

軸承在內(nèi)燃機(jī)、鐵路機(jī)車、切削機(jī)床等各種設(shè)備儀表中被廣泛使用。其中，支承軸的部分稱為軸頸，與軸頸相配的零件稱為軸瓦，為了改善軸瓦表面的摩擦性質(zhì)而在其內(nèi)表面上澆注的減摩材料稱為軸承襯。軸瓦和軸承襯的材料統(tǒng)稱為滑動(dòng)軸承材料[1]。對(duì)軸承材料的制造和研究工作始于1839年，英國(guó)人伊薩克·巴比特獲得了第一個(gè)錫基合金軸承材料的專利，在此后的一百多年間，對(duì)軸承材料的研究有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展和進(jìn)步，取得了巨大的成效。

總體而言，常用的軸承材料大體可分為三類：金屬材料、多孔質(zhì)金屬材料以及非金屬材料。其中，金屬材料主要有巴氏合金、銅合金、鉛合金、鋁合金等[1]。鋁合金具有較好的機(jī)械性能、熱傳導(dǎo)性和良好的耐腐蝕性，并且資源豐富、價(jià)格低廉，是目前使用最廣泛的軸承材料之一。本文以鋁合金軸承材料為分析對(duì)象，重點(diǎn)分析全球及中國(guó)范圍內(nèi)關(guān)于鋁合金軸承材料的專利申請(qǐng)信息、重要申請(qǐng)人等。

二、鋁合金軸承材料及技術(shù)發(fā)展概況

1.鋁合金軸承材料概述

鋁合金軸承材料的研究開發(fā)與使用起始于德國(guó)，主要運(yùn)用于一些軍事裝備上，后來英、美、日本等國(guó)也相繼開展了鋁合金軸承材料的研究。鋁基軸承合金主要沿兩條路徑發(fā)展：第一類是在鋁基體上含有硬的高熔點(diǎn)組元，第二類是在鋁基體中含軟的低熔點(diǎn)組元。其中常見的硬組元有：銅（Cu）、硅（Si）、鎳（Ni）等，軟組元有：錫（Sn）、鉛（Pb）等[2]。

2.技術(shù)發(fā)展概況

2.1數(shù)據(jù)源與關(guān)鍵詞

選擇CNABS中文檢索數(shù)據(jù)庫和SIPOABS外文檢索數(shù)據(jù)庫對(duì)軸承用鋁合金材料領(lǐng)域的專利申請(qǐng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析研究。對(duì)滑動(dòng)軸承鋁合金材料的技術(shù)進(jìn)行分解，參見表1。

2.2數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析

本次檢索時(shí)間截止2017年6月，經(jīng)過檢索及篩選，最終確定的涉及鋁合金軸承材料的全球?qū)＠暾?qǐng)共計(jì)871篇，其中，中文申請(qǐng)為314篇，外文申請(qǐng)為557篇。

（1）申請(qǐng)量年度分布

圖1顯示了鋁合金軸承材料在全球范圍內(nèi)和中國(guó)范圍內(nèi)的申請(qǐng)量的年度分布。

從圖中可以看出，在全球范圍內(nèi)和中國(guó)范圍內(nèi)，鋁合金軸承材料的專利申請(qǐng)均呈上升趨勢(shì)；在全球范圍內(nèi)，鋁合金軸承材料的專利申請(qǐng)始于上世紀(jì)30年代，但直到70-80年代才有了較快發(fā)展，特別是上世紀(jì)80-90年代，申請(qǐng)量呈直線上升；中國(guó)專利局自1985年4月1日起開始受理專利申請(qǐng)，1986年就開始有關(guān)于鋁合金軸承材料的專利申請(qǐng)了，但申請(qǐng)量一直較低，直到2000年以后才有了迅速增長(zhǎng)。

（2）申請(qǐng)的地域分布

專利申請(qǐng)的地域分布可以反映出技術(shù)發(fā)展的先進(jìn)程度以及企業(yè)產(chǎn)品市場(chǎng)的重心等特點(diǎn)。通過對(duì)鋁合金軸承材料申請(qǐng)的地域分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，得到圖2所示的數(shù)據(jù)，從圖中可以看出，中國(guó)、日本、美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、韓國(guó)的申請(qǐng)量靠前，特別是中國(guó)、日本和美國(guó)，占據(jù)了所有專利申請(qǐng)中的68%左右。其中，中國(guó)的專利申請(qǐng)量占35%，這既說明中國(guó)對(duì)于鋁合金軸承材料的研究有了很大進(jìn)展，也說明各國(guó)的企業(yè)提高了對(duì)于中國(guó)市場(chǎng)關(guān)注度。

（3）不同成分鋁合金軸承材料申請(qǐng)量分布

本文分別采用IPC分類進(jìn)行整理，統(tǒng)計(jì)得出檢索到的專利申請(qǐng)中不同成分鋁合金軸承材料的分布情況。在合金領(lǐng)域，分類號(hào)非常準(zhǔn)確，對(duì)于鋁合金軸承材料，均位于C22C21/00大組下，表2列出了C22C 21/00大組下涉及的技術(shù)內(nèi)容。

圖3顯示了不同成分的鋁合金軸承材料的申請(qǐng)量分布，可以看出，對(duì)于鋁合金軸承材料的專利申請(qǐng)主要集中在Al-Sn、Al-Si以及Al-Zn合金，特別是Al-Sn合金，其申請(qǐng)量高達(dá)38%左右，從上世紀(jì)30年代一直到2016年都有專利申請(qǐng)，主要對(duì)合金成分、軸承結(jié)構(gòu)、制備工藝以及合金組織等方面進(jìn)行不斷改進(jìn)。

（4）核心專利

根據(jù)SIPOABS數(shù)據(jù)庫中專利文獻(xiàn)的被引用次數(shù)對(duì)本領(lǐng)域的專利申請(qǐng)進(jìn)行排序，列舉出被引頻次前10項(xiàng)專利申請(qǐng)，詳見表3。

一般情況下，被引用頻次越高說明該專利申請(qǐng)的重要性也越高；同族專利數(shù)量越大說明該專利申請(qǐng)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值越高。從表3中可以看出，被引用頻次較高的申請(qǐng)集中在中國(guó)和美國(guó)，而其同族涉及的主要國(guó)家有英國(guó)、日本、德國(guó)、韓國(guó)等。上述核心專利涉及的內(nèi)容分別為：Al-Sn軸承合金、Al-Pb軸承合金，多層滑動(dòng)軸承，鋁-鋼軸承合金等。以下對(duì)被引用頻次為前三的專利申請(qǐng)進(jìn)行詳細(xì)分析。

CN1873035A是聯(lián)合工藝公司于2006年申請(qǐng)的專利，該申請(qǐng)涉及一種高溫鋁合金，該合金可用作軸承套，鋁合金中含有鈧、鎳、鐵等，該合金包含鋁固溶體和多種分散質(zhì)。該申請(qǐng)及同族被引用了107次，其中被中國(guó)專利引用了62次，被歐洲專利引用了21次，美國(guó)專利引用了17次。

US5445896A是大同金屬工業(yè)株式會(huì)社于1994年申請(qǐng)的專利，該申請(qǐng)涉及一種三層的滑動(dòng)軸承材料，包括一層鋼制基層、一層軸承合金層以及一層濺射得到的覆蓋層，其中軸承合金層由Cu-Pb-Sn，覆蓋層由Al-Sn-Cu合金制成。該申請(qǐng)及同族被引用了73次，其中被中國(guó)專利引用了7次，歐洲專利引用了9次，美國(guó)專利引用了24次，德國(guó)及其他國(guó)家專利引用了33次。

US5384205 A也是大同金屬工業(yè)株式會(huì)社于1993年申請(qǐng)的專利，該申請(qǐng)涉及一種包含Al-Sn軸承合金的多層軸承材料。該申請(qǐng)及同族被引用了69次，其中被中國(guó)專利引用了5次，歐洲專利引用了14次，日本專利引用了12次，美國(guó)專利引用了19次，德國(guó)及其他國(guó)家專利引用了18次。

（5）重要申請(qǐng)人分析

根據(jù)申請(qǐng)量及前期統(tǒng)計(jì)結(jié)果，將本領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)人進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)如下：

1）大同金屬工業(yè)株式會(huì)社

大同金屬工業(yè)株式會(huì)社自20世紀(jì)70年代開始申請(qǐng)鋁合金軸承材料相關(guān)的專利，最初是Al-Sn-Pb、Al-Sn-Cu-Pb，從1976年起涉及多層鋁合金滑動(dòng)軸承材料，對(duì)中間層、合金層的成分、性能分別進(jìn)行了研究，對(duì)鋁合金滑動(dòng)軸承材料性能的關(guān)注，由提高抗疲勞性能、適應(yīng)性進(jìn)一步延伸至適應(yīng)高速化、重載荷、大型化的要求、提高耐磨性能。其中有核心專利US5445896 A、US5384205 A、US5362574 A等。

2）大豊工業(yè)株式會(huì)社

大豊工業(yè)株式會(huì)社自20世紀(jì)70年代開始申請(qǐng)鋁合金軸承材料相關(guān)的專利申請(qǐng)，其申請(qǐng)主要涉及的領(lǐng)域?yàn)锳l-Sn軸承合金材料，在此基礎(chǔ)上還有涉及Al-Sn-Cr、Al-Sn-Pb、Al-Sn-Si、Al-Sn-Cu類合金。

3）日產(chǎn)汽車株式會(huì)社

日產(chǎn)汽車株式會(huì)社于20世紀(jì)80-90年代申請(qǐng)了鋁合金軸承材料相關(guān)專利，其主要專利涉及Al-Sn、Al-Sn-Pb以及Si顆粒彌散軸承合金。

4）聯(lián)合莫古爾威斯巴登有限公司

聯(lián)合莫古爾公司及聯(lián)合莫古爾威斯巴登有限公司的申請(qǐng)始于20世紀(jì)50年代，其申請(qǐng)專利主要涉及Al-Pb合金以及多層軸承合金材料。

5）華南理工大學(xué)

華南理工大學(xué)是中國(guó)范圍內(nèi)主要的鋁合金軸承材料專利申請(qǐng)人，從2011年起開始申請(qǐng)相關(guān)專利，主要涉及Al-Sn軸承合金材料。

三、結(jié)語

本文通過對(duì)全球范圍和中國(guó)范圍內(nèi)涉及鋁合金軸承材料的專利申請(qǐng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，獲取了有關(guān)鋁合金軸承材料專利申請(qǐng)技術(shù)相關(guān)的專利數(shù)據(jù)，并針對(duì)相關(guān)專利數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鋁合金軸承材料技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠麪顩r、相關(guān)信息等的了解和掌控。通過以上分析，可以獲得以下認(rèn)知：

（1）全球范圍和中國(guó)范圍內(nèi)的鋁合金軸承材料的專利申請(qǐng)量逐年增長(zhǎng)，二者發(fā)展趨勢(shì)相近，全球鋁合金軸承材料專利起步較早，經(jīng)歷了緩慢發(fā)展、快速發(fā)展以及平穩(wěn)發(fā)展三個(gè)階段；中國(guó)鋁合金軸承材料專利起步較晚，但在1990年之后獲得了快速發(fā)展；

（2）涉及鋁合金軸承材料的申請(qǐng)主要分布于中國(guó)、日本、美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、韓國(guó)等，說明上述國(guó)家是鋁合金軸承材料主要的研發(fā)地區(qū)或者銷售地區(qū)，對(duì)鋁合金軸承材料的發(fā)展有重要影響；

（3）涉及鋁合金軸承材料的核心專利主要內(nèi)容涉及軸承合金的成分、軸承的結(jié)構(gòu)、制備方法以及軸承合金的組織等方面；

（4）鋁合金軸承材料專利申請(qǐng)的最主要的申請(qǐng)人為日本大同金屬工業(yè)株式會(huì)社，在中國(guó)范圍內(nèi)主要的申請(qǐng)人為華南理工大學(xué)?！?/p>

參考文獻(xiàn)

[1] 馬履中，謝俊，尹小琴主編.機(jī)械原理與設(shè)計(jì)下[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2015.

[2] 李柱國(guó)主編.內(nèi)燃機(jī)滑動(dòng)軸承[M].上海：上海交通大學(xué)出版社.2003.

作者簡(jiǎn)介：樊佳欣（1989-）女，碩士，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心材料工程發(fā)明審查部，審查員，主要從事材料領(lǐng)域發(fā)明申請(qǐng)的實(shí)質(zhì)審查。

王天天（1989-）女，碩士，國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作河南中心材料工程發(fā)明審查部，審查員，主要從事材料領(lǐng)域發(fā)明申請(qǐng)的實(shí)質(zhì)審查（第二作者等同于第一作者）。