海洋腐蚀评价技术专利现状及发展趋势分析

王 佳，李观玲

(岭南师范学院 图书馆，广东 湛江 524048)

随着海洋强国战略和“一带一路”建设的推进，当前和未来相当长一段时期，海洋开发将是我国的重大战略之一[1]。然而，海洋腐蚀问题严重限制了有关行业的发展，在这样严峻的服役环境下，威胁海上装备服役寿命的主要因素就是腐蚀问题。据调研结果显示，2014年全国海洋的腐蚀成本占国家GDP的1.12%以上，其造成的损失远大于自然灾害[2]。因此，目前海洋腐蚀领域相关技术主要以腐蚀防护为主，发展海洋腐蚀防护技术、延长海洋工程使用寿命成了当今急需攻克的课题。海洋环境是一种复杂的腐蚀环境，海洋腐蚀行为一般由多因素造成，海水在其中充当电解质溶液，同时金属构件又会受海浪等的应力作用，除此之外，附着在其上的海洋微生物及其代谢产物等也会促进腐蚀的发生[3]。点蚀是海洋腐蚀最为普遍的类型，此外还有应力腐蚀、电偶腐蚀及晶间腐蚀等[4]。近些年，人们对海洋腐蚀与防护领域逐渐重视起来，许多相关领域的企业或科研院所均取得一定研究成果，并且进行了专利申请。

1 关于专利地图与TRIZ理论

1.1 专利地图

专利是发现新技术信息的独特信息源，其内容翔实，全球只有10%不到的最新技术情报没有包括在内，由世界知识产权组织估算结果可知，有效利用专利信息可使研发进度加快、成本降低[5]。专利地图是将获取的专利信息，经整理后以直观形式展示出在大量专利数据内错综复杂的信息，供人们定量分析和定性分析，借助于专利地图之间的对比与分析，我们可以了解到技术分布态势，推测技术未来发展走向等情报[6]。

专利管理地图、专利技术地图和专利权利地图统称为专利地图。专利管理地图通过分析专利申请量等指标随时间的变化反映该技术领域整体趋势；专利技术地图通过归纳研究技术指标，推测技术的发展趋势；专利权利范围界定则需要借助专利权利地图[7]。

1.2 TRIZ理论

TRIZ理论又名萃智理论，由G·S· Altshuller提出，其含义是进行创新解决问题过程中所能依靠的解决办法的一些理论问题[8]。G·S·Altshuller经剖析许多专利后，他得知创新是有规律可依照的，于是他将这些规律整理归纳，建立TRIZ理论体系。与传统的创新方法比较，TRIZ理论能实现较快确认并处理系统中的矛盾，加快发明进程。这与它是基于技术进化规律及产业发展过程有关[9]。

1.3 关于海洋腐蚀领域相关技术的专利分析及技术预见流程

笔者通过反映海洋腐蚀领域相关技术及其市场发展状况展示技术的预见，并通过各方面利益综合预见，在展现预见成果时，借助二维图像来展示。具体流程如下：①收集资料。通过网络搜索关键词条收集与海洋腐蚀领域相关的信息，例如中国知网、百度学术等；同时收集、查阅、整理相关文献资料。②情景分析。基于海洋腐蚀相关领域技术市场需求等方面剖析。③专利分析。专利检索和制作专利地图。④TRIZ进化路线分析。依据TRIZ理论进化法则选择进化路线，预测技术未来方向，实现技术预见。

2 海洋腐蚀领域相关技术现状及趋势分析

2.1 市场现状

随着我国经济发展的需要和建设海洋强国战略的提出，海洋开发已经上升到国家战略的高度，然而海洋工程安全服役面临的最主要威胁就是海洋腐蚀问题，减少海洋腐蚀带来的损失是我们当下急需解决的问题。因此，目前海洋腐蚀领域绝大多数技术主要针对海洋腐蚀防护问题，目前抑制海洋腐蚀措施有耐腐蚀材料、缓蚀剂等，其中涂料(涂层)是最为有效的方法，该方法是在金属表面上涂敷耐蚀涂料，经高温或常温固化成膜，具有操作方便、防腐效果显著、成本低等特点[10]。此外，我国目前也已掌握先进的纳米复合涂料技术。在国家安全工作座谈会上，习近平总书记强调要准确把握国家安全形势，牢固树立和认真贯彻总体国家安全观，以人民安全为宗旨，走中国特色国家安全道路，努力开创国家安全工作新局面，为中华民族伟大复兴中国梦提供坚实安全保障[11]。腐蚀防护安全关系到国民经济健康发展和国防建设长治久安，具有重要的战略意义和现实意义。为引导海洋腐蚀控制向着绿色、经济、长效方向发展，近年来我国政府相继出台了相关规划与方案，其中水性防腐涂料、高性能功能涂料等早在“十三五”规划中就被列为重点研发项目[12]；近年来我国也逐渐开始重视涂料中有害物质的使用情况并制定相关标准限定其使用量，如刚颁布不久的《2020年挥发性有机物治理攻坚方案》。

2.2 技术发展目标

我国海洋腐蚀与防护专家侯保荣院士表示，在拉动我国经济增长背景下，我国防腐产业应始终坚守长效、环保、科学、创新四大防腐原则，减少腐蚀问题，促进资源有效利用，加强新技术的研究开发，增强自主创新实力，让中国海洋腐蚀防护技术走在世界前列[13]。在我国海洋腐蚀控制技术中，由于实现实海试验仍比较困难，所以需要借助海洋腐蚀模拟试验装置探究海洋腐蚀规律，从而开发新的防腐技术。其中防腐技术中海洋防腐涂料(涂层)技术应用最为广泛，且占我国防腐蚀费用最大，所以本文只针对海洋腐蚀模拟试验装置和海洋防腐涂料(涂层)进行详细阐述。随着海洋经济不断发展，海洋防腐涂料(涂层)行业技术水平也在不断提高，“十四五”期间，我国将继续以开发水性化、高固体分化、无溶剂化等环保防腐涂料(涂层)作为重点研发项目，无论是从产品上还是工艺上将继续遵循绿色、长效原则，为我国防腐涂料行业研发出高性能防腐涂料及涂层体系方案，促进防腐行业可持续发展[12]。

2.3 技术研发基础

我国海洋腐蚀领域相关技术起步较晚，早年大多借鉴国外技术经验，但国外很多技术对我国实施封锁。随着海洋腐蚀问题的恶化及人们防腐意识的提高，再加上深海新能源等海洋产业的发展，海洋涂料市场规模在波动中缓慢增长。随着“一带一路”倡议的提出，对涂料(涂层)产品的防腐性能做出了更高的要求，从“十二五”时期，我国就已经开始向低碳经济转型，海洋防腐涂料(涂层)在种类、性能和应用范围、规模等方面都取得了前所未有的进展，目前为止，重腐蚀防护涂层、阴极保护联合防护等技术已被我国掌握，这些技术将为国家从近海走向深海、建设海洋强国提供服务和支撑[14]。今后我国的防腐蚀产业将继续向着创新、绿色、经济方向前进。

3 海洋腐蚀领域专利技术的分析

3.1 专利的筛选

本文有关海洋腐蚀领域相关专利技术数据均源于广东省知识产权公共信息服务平台网。为使检索的信息更具有说服力，以“海洋腐蚀”为关键词，检索条件设置为“2000年—2020年”，最后检索到245条与海洋腐蚀相关的专利信息。

3.2 专利地图绘制

3.2.1 历年专利件数申请动向图。历年专利件数申请动向图一般用柱形图表示，借助于历年专利动向图，我们可以得到该行业的技术发展状况及目前所处阶段，由此推测研发投入趋势和技术发展趋势。

从图1可以了解到，近20年来，我们国家有关海洋腐蚀方向的专利申请量在整体上呈上升的态势。在2000年—2005年这6年间，可以看出关于海洋腐蚀课题的研究还处于一个萌芽阶段，专利申请量还很少，每年的专利申请量均不足5件。随着海洋资源的开发，海洋腐蚀问题日益凸显，人们逐渐意识到海洋腐蚀研究的重要性。2013年，以习近平同志为核心的党中央历史性地提出了“一带一路”倡议，对我国的海洋环境腐蚀研究和防护工作提出更高的要求，海洋腐蚀领域的研究迎来了空前的发展，企业、科研单位及大专院校纷纷加入研究工作中，我国海洋腐蚀领域专利申请量逐渐增加。其中2015年达到了34件，差不多是十年前专利数量(也就是2004年全年专利数量)的9倍。

图1 2000年—2020年我国海洋腐蚀相关技术专利申请动向

3.2.2 技术生命周期图。技术生命周期图常用折线图表示，借助此图我们可以获知该产业目前所处的技术生命周期状况，从而作出研发投入量判断，减少企业不必要的经济支出。

依据专利申请量及专利申请人数量随时间的变化关系，绘制出2000年—2020年我国海洋腐蚀领域专利技术生命周期图(见图2)。从图中可以看出，2000年—2005年这6年是国内海洋腐蚀领域研究的起步阶段，属于萌芽期，这个阶段的研究主体比较单一，专利申请量很少。从2006年以来，我国海洋腐蚀领域的专利申请量与专利申请人数量整体上基本呈上升趋势，但专利申请件数仍比较少，可以看出处于萌芽期向发展期过渡的阶段。

图2 技术生命周期

3.2.3 专利权人拥有专利数量排序表。竞争专利排行榜常用表格表示。在搜索到的245条关于海洋腐蚀领域的专利技术信息中，专利权人有100家，其中专利拥有数量≥3件的，有21家，见表1。

表1 专利权人拥有专利数量排序

由表1中可以看出，专利件数在专利权人中分布比较集中。青岛钢研纳克检测防护技术有限公司坐拥专利数量第一，拥有专利达52件，占了所有专利数量的21.1%。而青岛优维奥信息技术有限公司和中国船舶重工集团公司第七二五研究所也分别占13件、11件，占比分别为5.3%、4.5%，在海洋腐蚀领域研发中也有一定贡献，还有浙江大学、乐山力盾铸钢有限公司、山东高速青岛公路有限公司、青岛海大金属腐蚀与防护科技有限公司也占有一定比重，而其他的专利权人拥有专利件数不足5件。

3.2.4 IPC(国际专利分类)分析图。图3是专利技术分类构成图，又称IPC分析图，它通过展示当前海洋腐蚀领域相关专利的主要技术领域及各部类专利件数情况来判断该技术发展趋势。由图3可得海洋腐蚀领域相关专利技术主要依次集中在G01N、C23F、C22C、C09D、C23C这五大技术领域，分别占研发总量的24%、14%、12%、11%、8%。而E02D和C21D只占了2%；其他专利技术领域占比1%或不足1%。

图3 我国海洋腐蚀领域专利IPC分析

3.2.5 专利研发主体地域的分布图。专利来源地分布图一般用饼图表示，借助此图可直观看出哪些省份为该领域主要竞争省及其竞争力如何。

从图4中可以看出，海洋腐蚀领域的研发专利最主要的分布在山东、江苏、四川和北京这4个省市，而其他的省份占比不到5%，其中山东省拥有专利件数130件，占总专利件数53.06%。总体来说，海洋腐蚀领域的专利研发在我国还是比较集中的，主要集中在沿海省份及经济比较发达、人才比较聚集的省份。像山东集聚人才，拥有全国70%的海洋领域两院院士和60%的中高级海洋科研人员，且政府出资支持，所以其海洋腐蚀领域研究成果相对其他省份较显著。

图4 我国海洋腐蚀领域各省专利占有比例

3.2.6 专利平均年龄图。专利平均年龄图一般用柱形图表示，横坐标表示研发机构，纵坐标表示平均专利年龄。由图可获知竞争机构在此领域专利技术垄断时间的长短。

笔者选取拥有专利数量排行前5位的专利权人(拥有专利数量超过10件)绘制专利平均年龄图,由图5可以看出，钢铁研究总院青岛海洋腐蚀研究所在海洋腐蚀领域的专利技术垄断时间最长，其专利平均年龄达到8.55年；其次是中国船舶重工集团公司第七二五研究所，专利平均年龄8.25年；青岛优维奥信息技术有限公司专利平均年龄为8年，居第三。

图5 海洋腐蚀领域专利平均年龄

3.2.7 专利类型分析图。由图6海洋腐蚀领域专利类型分析图可知，我国关于海洋腐蚀领域的相关专利申请中，主要类型以创新发明专利为主，占了71%，其余的专利类型均为实用新型类，占了29%。

图6 海洋腐蚀领域专利类型分析

4 海洋腐蚀领域专利技术的进化路径

随着海洋腐蚀问题的凸显，海洋腐蚀防护技术研究愈发重要。然而有效控制海洋腐蚀首先需要掌握海洋腐蚀规律，而实海试验实现比较困难，因此研制海洋腐蚀模拟试验装置十分必要，现有的腐蚀防护技术中应用最有效的是涂层(涂料)防护技术，笔者主要对涂层(涂料)防护技术和海洋腐蚀模拟试验装置这两种进行分析和讨论，对于其他类型的海洋腐蚀技术则不进一步讨论。

4.1 海洋腐蚀模拟试验装置的进化路程

海洋腐蚀模拟试验装置通过模拟出海洋腐蚀环境揭示海洋腐蚀规律，是开展海洋腐蚀防护的前提，在检索的245条海洋腐蚀领域专利信息中，有46条是关于海洋腐蚀模拟试验装置专利技术信息，占了总专利量的19.00%，可看出该技术在海洋腐蚀防护领域占有一定比重。

4.1.1 海洋腐蚀模拟试验装置专利申请量年限分布及趋势。由图7可以看出，该技术自2006年起步以来，其专利年申请量一直处于波动中缓慢增长的状态，呈螺旋上升的趋势。根据TRIZ理论成熟分布线对比得知，该技术仍处于萌芽阶段，未来仍有许多发展的空间。

图7 海洋腐蚀模拟试验装置专利申请量动向

4.1.2 海洋腐蚀模拟试验装置专利权人分布。图8反映专利权人竞争的总体状况，由图可知，排名前十的专利权人中高等院校有5所，研究所有3所，企业有2家，其中青岛钢研纳克检测防护技术有限公司拥有专利最多，共10件，占该技术专利总量22%。从图8可推测出，该技术领域的研发在高校之间比较受追捧，但可能由于地理位置、成本等问题，研发成果还有很大的提升空间。

图8 海洋腐蚀模拟试验装置专利权人分布

4.1.3 海洋腐蚀模拟试验装置专利技术分类构成分析。由图9海洋腐蚀模拟试验装置专利技术分类构成图可知，海洋腐蚀模拟试验装置专利采用的技术比较单一，均为G01N。

图9 海洋腐蚀模拟试验装置专利技术分类构成

4.2 涂层防护技术的进化路程

涂层(涂料)防护技术是海洋腐蚀防护技术领域的研究重点之一，在检索的245条海洋腐蚀领域专利信息中，有51条是关于涂层(涂料)防护专利技术信息，占了总专利量的21.00%，可看出该技术在海洋腐蚀防护领域占有一定比重。

4.2.1 涂层防护技术专利申请量年限分布及趋势。由图10可以看出该技术是于2006年诞生的，自2006年开始，其专利年申请量一直在波动中增长，但专利申请量比较少。根据TRIZ理论成熟分布线对比得知，该技术仍处于萌芽阶段，仍有许多发展的空间。

图10 涂层防护技术专利申请动向

4.2.2 涂层防护技术专利权人分布。图11展示的是拥有该技术专利件数排名前十的专利权人的专利件数情况，即反映该技术领域内各竞争者的技术研发实力和重视专利申请的程度。由图11可看出企业和研究所为该技术的主要研发力量，其中排名前十的所有企业拥有专利共25件，占该技术专利总量的49.02%，而该技术排名前十的高等院校专利权人只有中国人民解放军装甲兵工程学院。

图11 涂层防护技术专利权人分布

4.2.3 涂层防护技术专利技术分类构成分析。通过对专利申请分类号的归纳总结，由图12所示，发现该领域专利申请主要集中在C09D、C23C、C22C这3个技术类，其中C09D占比最多，占该技术专利总量62.75%，其他技术领域专利不足3件。

图12 涂层防护技术专利技术分类构成

5 我国海洋腐蚀领域相关技术实现时间

通过对海洋腐蚀领域相关专利信息分析，以及对海洋腐蚀模拟试验装置技术和涂料(涂层)防护技术专利技术进化路径的预见，整合出我国海洋腐蚀领域未来的发展方向，得出我国海洋腐蚀领域相关技术预期的实现时间，按时间节点，绘制关键技术实现时间如图13所示。

图13 我国海洋腐蚀领域相关技术预见实现时间

6 结束语

随着海洋经济生产总值的增长和海洋经济生产总值占GDP的比重逐年增大，海洋腐蚀所造成的危害也是逐年攀升，海洋腐蚀的控制、监测和维护工作优劣关系到我国海洋工程建设的百年大计，笔者基于我国专利数据，对海洋腐蚀领域相关技术的现状进行深入分析，客观展现了我国海洋腐蚀领域的发展状况。目前，实海试验条件尚不成熟，我国主要借助海洋腐蚀模拟实验装置探究海洋腐蚀机理及防护技术的开发研究，其中我国海洋腐蚀防护技术中应用最广泛的是涂料(涂层)防护技术，其发展方向主要集中在低表面处理防锈涂料、无铅无铬化防锈颜料、水性无机富锌涂料、无溶剂涂料等方面。近几年来，其市场规模在波动中不断增长，但研发周期长，资金投入大。因此，海洋腐蚀领域相关技术目前还没有真正达到一个最佳发展状态，未来海洋腐蚀领域相关技术整体将继续遵循创新、绿色、长效、经济的原则，海洋防腐涂料市场也将向着品种多功能化、技术适应性强的趋势继续发展。