基于专利数据的高熵合金技术态势分析

鲍芳芳 宗 骁 丁贤飞 南 海 张爱斌

（1.中国航发北京航空材料研究院，北京 100095；2.北京市先进钛铝合金精密成型工程技术研究中心，北京 100095）

0 引言

21 世纪以来，高熵合金成为合金领域发展最迅速的新材料之一，也被认为是近几十年来合金化理论的三大突破之一。由于高熵合金在力学、物理和化学性能方面具有独特优势，因此其未来的应用前景十分广泛，并已成为国际材料学术界重要研究的热点之一。国内外大量学者对高熵合金展开研究，并提出相关高熵合金技术专利。该文基于Incopat 专利数据库对高熵合金进行专业检索、数据提取和分类分析，从多个维度呈现高熵合金专利的整体态势，以期为高熵合金专利申请与战略布局提供参考。

1 专利概况

1.1 专利检索

对高熵合金的中外文表述方式进行汇总，根据检索策略制定检索式，检索式如下：TI=（“高熵合金”OR “多主元合金” OR “成分复杂合金” OR “等原子比多组元合金” OR “过渡元素高熵合金” OR “难熔高熵合金” OR “共晶高熵合金” OR “高熵非晶合金” OR “高熵高温合金” OR “高熵陶瓷” OR “multi-principal element alloy” OR “compositionally complex alloy” OR “equiatomic multicomponent alloy” OR “transition metal high entropy alloys” OR “refractory high-entropy alloys” OR “eutectic high entropy alloy” OR “high entropy intermetallics”）其中，TI 为标题；由于检索的数据库语言多元，因此制定的检索式中必须有中英文。同时，在专利数据库中进行专利检索。结果显示，截至2021 年8 月30 日，有1 886 件高熵合金技术专利，经同族合并和人工筛选后还剩1 296 件。该文基于1 296 件专利展开分析，需要注意的是，受专利公开时限的影响，2020—2021 年的数据仅供参考。

1.2 申请时间与地理分布

对申请时间来说，高熵合金技术专利申请较多的年份包括2019 年（295 件）、2020 年（291 件）、2018 年（243件）、2017 年（140 件）、2021 年（134 件）、2016 年（87件）、2014 年（29 件）、2013 年（28 件）和2015 年（25件），详细情况如图1 所示。

图1 高熵合金专利申请趋势

对地理分布来说，高熵合金技术专利主要集中于中国，中国有1 175 件专利，占比为90.7%。专利申请数量排序在中国之后的国家依次为韩国、美国、世界知识产权组织、罗马尼亚、欧洲专利局、印度和瑞士，详细情况见表1。在中国，专利主要集中在北京市、江苏省和广东省。其中，北京市142 件，江苏省140 件，广东省101 件，排在之后的专利申请省份依次为陕西省、湖南省、辽宁省、河南省、四川省、浙江省和甘肃省，详细情况见表2。

表1 全球高熵合金专利主要申请国家

表2 中国高熵合金专利主要申请省市

表2 起步工况预测模型验证结果

1.3 申请机构与技术构成

高熵合金技术专利主要申请机构及其专利数量如下：北京理工大学43 件，北京科技大学38 件，中南大学29 件，湘潭大学27 件，中原工学院26 件，华南理工大学26 件，太原理工大学24 件，江苏理工学院23 件，天津大学22 件，昆明理工大学22 件，详细情况如图2 所示。

图2 高熵合金专利主要申请机构

高熵合金主要申请机构所申请的专利以C22C 类为主，该类专利共910 件，占比为70.2%，申请该类专利的机构以北京科技大学和北京理工大学为主。专利数量排序在C22C 类之后的专利IPC（International patent classification，国际专利分类）分类依次为C23C 类（303 件）、B22F 类（281 件）、C22F 类（153 件）、B33Y 类（80 件）、B23K 类（61 件）、B22D 类（57 件）、C04B 类（54 件）、C21D 类（41 件）和B82Y 类（24 件），主要机构与技术分类匹配情况如图3 所示。

图3 高熵合金专利主要机构与技术分类匹配

对高熵合金主要申请机构的专利主题进行聚类可以发现，申请高熵合金专利的主要机构的主题集中在激光熔覆、共晶、激光选取、预合金化和相变诱导塑性5 个方面。进一步对申请高熵合金专利的主要申请机构的专利技术功效分布情况进行分析，通过分析可知，北京理工大学的相关专利技术侧重降低复杂性、提高强度和提高效率3 个方面，北京科技大学的相关专利技术侧重降低复杂性、降低成本和提高强度3 个方面，中南大学的相关专利技术侧重降低复杂性、降低成本和提高强度3 个方面，主要申请机构的技术功效如图4 所示。

图4 高熵合金专利主要申请机构技术功效

2 重要专利

2.1 重点专利

结合专利数据库检索到高熵合金专利的被引证次数、同族专利以及专利价值等信息对高熵合金专利进行人工筛选，可以得到高熵合金重点专利的信息。由表3 可知，从申请时间来看，2013 年11 月22 日沈阳工业大学申请的公开号为CN104651828A、名称为“一种铁基合金表面制备高熵合金基复合材料改性层用粉料”的专利申请时间最早。从被引证次数来看，2016 年3 月10 日北京科技大学申请的公开号为CN105734312A、名称为“一种生物医用TiZrNbTa 系高熵合金及其制备方法”和2016 年7 月19 日中南大学申请的公开号为CN106048374A、名称为“一种难熔高熵合金/碳化钛复合材料及其制备方法”的专利被引证次数最高，均为37 次。从同族数量来看，2016 年11 月8 日日立公司申请的公开号为WO2017098848A1、名称为“High entropy alloy member， method for producing alloy member， and product using alloy member（高熵合金构件、合金构件的制备方法及使用合金构件的产品）”的专利同族数量最多。

表3 SAEJ1441 主观评分标准

表3 高熵合金技术重点专利

2.2 高被引专利

高熵合金技术专利的被引证次数越多意味该技术的影响力越大。其中，2017 年4 月24 日，由韩国科学技术院申请的公开号为US20170314097A1、名称为“High-strength and ultra heat-resistant high entropy alloy （HEA） matrix composites and method of preparing the same（高强度超耐热高熵合金（HEA）基复合材料及其制备方法）”的专利被引证次数最多，高达90 次。

表4 高熵合金技术高被引专利

2.3 同族专利

高熵合金技术专利同族数量的多少意味该专利家族的大小。其中，2016 年11 月8 日由日立公司申请的专利的同族数量最多，该公司在中国申请的公开号为CN108431262A、名称为“高熵合金构件，该合金构件的制造方法，及使用了该合金构件的制造物”以及在世界知识产权组织申请的公开号为WO2017098848A1、名称 为“High entropy alloy member， method for producing alloy member， and product using alloy member（高熵合金构件、合金构件制备方法及使用合金构件的产品）”的专利的同族数量为11 件，公开号分别为CN108431262A、CN108431262B、EP3392359A1、EP3392359A4、EP3392359B1、JP6493561B2、JPWO2017098848A1、SG11201804917QA、US10787725B2、US20180363104A1 和WO2017098848A1。

2.4 权利要求数

高熵合金技术专利权利要求数反应专利价值的高低。其中，2017 年2 月7 日香港城市大学申请的公开号为US20180223417A1、名称为“High entropy alloy thin film coating and method for preparing the same（高熵合金薄膜涂层及其制备方法）”的专利权利要求数最多，有36 项，意味该专利在高熵合金领域的价值高且被侵权的可能性较大。

3 结论

基于专利数据对高熵合金技术态势进行分析，得出的相关结论如下：1） 围绕高熵合金技术展开的专利申请主要集中在中国。2） 高熵合金领域的专利申请机构集中在高校。3）高熵合金技术专利的热点集中在激光熔覆、预合金化以及共晶等主题。

表5 高熵合金定向凝固技术专利同族数量

表6 高熵合金技术专利权利要求数

基于专利数据对高熵合金技术态势进行分析，根据分析结果给出以下3 条建议：1） 在高熵合金技术专利数量提升的同时，要关注高熵合金技术专利质量及其应用转化。2） 增强高熵合金研究机构之间的合作，充分发挥高校、科研院所和企业各自的优势。3） 既关注高熵合金已有研究主题，也关注相关新兴主题。