張 燕

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇 蘇州 215000）

1 概述

金屬塑性變形將有利于減小其內(nèi)部的晶粒尺寸，而且塑性應(yīng)變?cè)酱髸r(shí)效果越明顯，近幾十年來發(fā)展了一類新的變形工藝，即深度塑性變形（severe plastic deformation，SPD）技術(shù)，SPD技術(shù)具有強(qiáng)烈的晶粒細(xì)化能力，可以將材料內(nèi)部組織細(xì)化到亞微米級(jí)乃至納米級(jí)，國(guó)際材料學(xué)界公認(rèn)為制備超細(xì)晶材料最有前途的方法之一，已成功用于制備純金屬、合金、金屬基復(fù)合材料等細(xì)晶材料。由于可以制備純凈、致密的塊體超細(xì)晶材料，SPD技術(shù)在近十幾年快速發(fā)展，應(yīng)用前景廣泛，從1999年開始每隔3年都要召開SPD技術(shù)國(guó)際年會(huì)以交流和報(bào)道該技術(shù)的最新進(jìn)展。

根據(jù)不同的變形方式，深度塑性變形技術(shù)包括高壓扭轉(zhuǎn)（High-pressure Torsion，HPT）、等通道轉(zhuǎn)角擠壓（Equal-channel Angular Extrusion/Pressing，ECAP/ECAE）、循環(huán)擠壓或往復(fù)擠 壓（Cyclic Extrusion Compression，CEC）、扭 曲 擠 壓（Twist extrusion，TE）等。

在深度塑性變形之?dāng)D壓的專利申請(qǐng)中，按照申請(qǐng)量從多到少依次為：轉(zhuǎn)角擠壓、扭曲擠壓、往復(fù)擠壓、摩擦擠壓，其中，轉(zhuǎn)角擠壓的申請(qǐng)量最為突出，占總申請(qǐng)量的74%，這主要是由于轉(zhuǎn)角擠壓的適用范圍廣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)其進(jìn)行的研究和改進(jìn)的普適性強(qiáng)，其包括等徑角擠壓、非等徑角擠壓，等徑角擠壓還包括多向等徑角擠壓、多路等徑角擠壓以及連續(xù)等徑角擠壓等。摩擦擠壓最少，這主要是由于摩擦擠壓需要較高的壓力和轉(zhuǎn)矩，對(duì)設(shè)備的要求較高，普適性較差，另外，摩擦擠壓制備的塊體材料較小，無法滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

2 技術(shù)發(fā)展整體概況

2.1 專利申請(qǐng)概況

圖1示出了深度塑性變形之?dāng)D壓技術(shù)國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)趨勢(shì)對(duì)比，從圖中可以看出，深度塑性變形技術(shù)在20世紀(jì)初并未出現(xiàn)，直到1943年BUDD WHEEL CO申請(qǐng)了第一例深度塑性變形的擠壓工藝，在此之后，國(guó)外申請(qǐng)量一直較少，直到20世紀(jì)90年代才逐漸興起，在21世紀(jì)初的幾年內(nèi)達(dá)到申請(qǐng)高峰，隨后申請(qǐng)量逐漸降低，可見在國(guó)外該技術(shù)逐漸不被重視；在中國(guó)，由于中國(guó)的專利法實(shí)施時(shí)間較晚，且國(guó)內(nèi)技術(shù)與國(guó)外相比，發(fā)展較晚，直到20世紀(jì)90年代才開始出現(xiàn)該技術(shù)，21世紀(jì)迅速發(fā)展，在2010之后，該項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)申請(qǐng)量遠(yuǎn)超過國(guó)外，在2016年申請(qǐng)量達(dá)到最高峰。

圖1 深度塑性變形之?dāng)D壓技術(shù)國(guó)內(nèi)外專利申請(qǐng)趨勢(shì)對(duì)比

2.2 國(guó)外專利申請(qǐng)情況

圖2 國(guó)外申請(qǐng)各國(guó)的申請(qǐng)量分布

圖2 示出了國(guó)外申請(qǐng)各國(guó)的申請(qǐng)量分布，其中，JP代表日本，US代表美國(guó)，KR代表韓國(guó)，RU代表俄羅斯聯(lián)邦。從圖中可以看出，國(guó)外的專利申請(qǐng)中，日本的申請(qǐng)最多，其次的美國(guó)、韓國(guó)，可見日本在深度塑性變形的擠壓技術(shù)中占了很重的分量，實(shí)際上，日本在金屬加工領(lǐng)域的各種技術(shù)基本均處于領(lǐng)先地位，因此，日本的申請(qǐng)量最大。其次，美國(guó)、韓國(guó)的申請(qǐng)也較多，從側(cè)面反映出美國(guó)、韓國(guó)的金屬制造業(yè)注重提高材料的性能。另外，出現(xiàn)了一些申請(qǐng)量很小的國(guó)家。

圖3 各個(gè)時(shí)期主要申請(qǐng)國(guó)的申請(qǐng)量對(duì)比圖

深度塑性變形之?dāng)D壓技術(shù)國(guó)外專利申請(qǐng)趨勢(shì)，大致可分為四個(gè)時(shí)期。圖3示出了各個(gè)時(shí)期主要申請(qǐng)過的申請(qǐng)量。

（1）萌芽期（1993年之前），幾十年間的申請(qǐng)分散，隔幾年或者隔數(shù)十年才有申請(qǐng)，美國(guó)的技術(shù)發(fā)展處于絕對(duì)領(lǐng)先地位。

（2）平穩(wěn)增長(zhǎng)期（1994年～1999年），在這一時(shí)期，韓國(guó)的技術(shù)還沒有興起，日本的申請(qǐng)量最多，占到接近六成的比例，其次是美國(guó)，占到接近四分之一的比例，其他國(guó)家的申請(qǐng)較少。這主要是因?yàn)槿?、美均為工業(yè)技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)擠壓理論的研究實(shí)力雄厚，在金屬加工領(lǐng)域的技術(shù)始終處于領(lǐng)先地位，且日、美的工業(yè)發(fā)展對(duì)材料的性能的要求高，促使兩國(guó)的研究人員不斷改進(jìn)工藝提高材料的性能。

（3）快速增長(zhǎng)期（2000年～2006年），關(guān)于深度塑性變形擠壓技術(shù)的申請(qǐng)數(shù)量如雨后春筍一般快速增長(zhǎng)，可謂是該技術(shù)發(fā)展的黃金時(shí)期。這主要是由于在該時(shí)期，一些發(fā)達(dá)國(guó)家的工業(yè)技術(shù)非常發(fā)達(dá)，同時(shí)其他后起的國(guó)家的技術(shù)力量也相當(dāng)雄厚，很多國(guó)家對(duì)該技術(shù)的改進(jìn)和研究也日趨增多，在這一時(shí)期，韓國(guó)的技術(shù)迅速興起，躍居到第二位，日本的申請(qǐng)量仍舊最多，申請(qǐng)量達(dá)到了40%，其次是韓國(guó)，申請(qǐng)量達(dá)到了21%，然后是美國(guó)，申請(qǐng)量占了15%，其他國(guó)家的申請(qǐng)較少。這一時(shí)期，韓國(guó)的深度塑性變形之?dāng)D壓技術(shù)迅速發(fā)展，可見韓國(guó)對(duì)材料的性能的要求提高。隨著汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，日、韓、美作為汽車生產(chǎn)大國(guó)，在深度塑性變形方面的技術(shù)也隨之發(fā)展，申請(qǐng)量也迅速發(fā)展，其他國(guó)家也開始提出申請(qǐng)，但申請(qǐng)量較小。

（4）成熟期（2007年至今），在申請(qǐng)量迅速增長(zhǎng)之后，深度塑性變形擠壓技術(shù)的專利申請(qǐng)量達(dá)到了穩(wěn)定，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也到了成熟期，在該時(shí)期，人們對(duì)擠壓技術(shù)進(jìn)行多方面的嘗試和進(jìn)一步優(yōu)化，同時(shí)注重了對(duì)具體材料的擠壓加工的優(yōu)化，以及采用擠壓方法生產(chǎn)具體的產(chǎn)品。這一時(shí)期申請(qǐng)的國(guó)家多，各個(gè)國(guó)家都在該技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行申請(qǐng)，說明各國(guó)都在注重材料性能的提高。這一時(shí)期，俄羅斯的申請(qǐng)居多，占總量的27%，其次的韓國(guó)、日本、美國(guó)，這一時(shí)期，日本、美國(guó)的申請(qǐng)的比重有所降低，這可能是由于前一時(shí)期申請(qǐng)高峰過后，該技術(shù)在日、美發(fā)展成熟，申請(qǐng)量呈降低的趨勢(shì)。

2.3 國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)情況

圖4示出了關(guān)于深度塑性變形的擠壓技術(shù)的中國(guó)專利申請(qǐng)趨勢(shì)，從該圖可以看出，國(guó)內(nèi)的深度塑性變形的擠壓技術(shù)的專利申請(qǐng)起步較晚，2000年以后才開始有關(guān)該技術(shù)的專利申請(qǐng)，從2000年申請(qǐng)大致可以分為兩個(gè)時(shí)期，第一時(shí)期為2000年～2012年，第二時(shí)期為2013年至今。前期的申請(qǐng)較少，在國(guó)外申請(qǐng)量急劇增長(zhǎng)的時(shí)期，國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)很少，國(guó)外申請(qǐng)量減少的時(shí)期，國(guó)內(nèi)的申請(qǐng)迅速增長(zhǎng)，總體呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，這主要是因?yàn)閲?guó)外的金屬制造業(yè)水平較為先進(jìn)，在國(guó)外興起的金屬成形技術(shù)，在國(guó)外的發(fā)展往往較晚，主要由高校以及研究院所進(jìn)行研究，并進(jìn)行專利申請(qǐng)，實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用較少。另外一方面是國(guó)內(nèi)對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)，國(guó)家對(duì)專利的普及與推廣，對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)進(jìn)行大力支持，導(dǎo)致申請(qǐng)量增長(zhǎng)明顯。

圖4 深度塑性變形之?dāng)D壓技術(shù)在中國(guó)的專利申請(qǐng)趨勢(shì)

在采用深度塑性變形擠壓領(lǐng)域申請(qǐng)量較大的幾乎全為高校申請(qǐng)，企業(yè)申請(qǐng)較少，排名靠前的申請(qǐng)人中沒有個(gè)人申請(qǐng)，主要是因?yàn)樵擃I(lǐng)域的技術(shù)由國(guó)外傳到國(guó)內(nèi)，大多處于研究階段，應(yīng)用于生產(chǎn)的較少。

申請(qǐng)量較大的申請(qǐng)人中，基本為高校申請(qǐng)，其主要針對(duì)多種深度塑性變形的擠壓工藝進(jìn)行組合、改進(jìn)，以獲得超細(xì)晶產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的性能，另一方面，高校申請(qǐng)善于將新興技術(shù)與已有的技術(shù)相結(jié)合，例如，將超聲振動(dòng)、電致塑性與擠壓技術(shù)結(jié)合，以進(jìn)一步細(xì)化晶粒，提高材料性能。另外，高校申請(qǐng)有一個(gè)特點(diǎn)，針對(duì)某一方面的發(fā)明，專利申請(qǐng)經(jīng)常為一系列的相關(guān)申請(qǐng)，這也是導(dǎo)致高校申請(qǐng)數(shù)量較多的原因之一。

3 總結(jié)

從國(guó)外深度塑性變形之?dāng)D壓的專利技術(shù)發(fā)展來看，該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，申請(qǐng)量逐漸減少，國(guó)內(nèi)該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展起步較晚，在21世紀(jì)才迅速發(fā)展。由于國(guó)外的相應(yīng)技術(shù)發(fā)展已經(jīng)非常成熟，因此，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人應(yīng)當(dāng)多借鑒國(guó)外的各種先進(jìn)技術(shù)，在國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)自主研發(fā)以進(jìn)一步細(xì)化晶粒，尤其對(duì)于難于細(xì)化晶粒的材質(zhì)，提高生產(chǎn)效率以及材料的性能，另外還可以在擠壓參數(shù)、具體工藝方面進(jìn)一步優(yōu)化。