金屬切削液專(zhuān)利分析綜述

池雪琴　葉坤　汪澎

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作四川中心，四川成都　610213）

金屬切削液專(zhuān)利分析綜述

池雪琴葉坤汪澎

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作四川中心，四川成都610213）

金屬切削液是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最重要的流體之一，基于此，著重統(tǒng)計(jì)與分析金屬切削液的全球?qū)＠暾?qǐng)狀況、中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)狀況以及重點(diǎn)申請(qǐng)人及其關(guān)鍵技術(shù)分布情況，以期掌握金屬切削加工用潤(rùn)滑組合物的發(fā)展?fàn)顩r及研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)，為國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人對(duì)金屬切削液的專(zhuān)利布局和研發(fā)提供借鑒。

金屬切削液；潤(rùn)滑；專(zhuān)利

金屬切削液是指用于金屬切、削、磨、銑等加工過(guò)程中常用的一種工業(yè)用液體，其可減少刀具與工件之間的摩擦，并及時(shí)帶走加工區(qū)內(nèi)因摩擦、材料形變產(chǎn)生的熱量，從而達(dá)到提高加工效率、提高工件精度、降低工件表面粗糙度以及延長(zhǎng)刀具壽命的效果［1，2］。由于切削加工工藝是機(jī)械制造業(yè)的主要支柱之一，約占機(jī)械加工總勞動(dòng)的30%～40%［3］，金屬切削液的重要性可見(jiàn)一斑。隨著金屬切削加工技術(shù)的迅速發(fā)展，與之配套的切削液不斷更新?lián)Q代，全球范圍內(nèi)已經(jīng)涌現(xiàn)出多種適應(yīng)不同功能需求的金屬切削液［4-6］。本文以金屬切削液為分析對(duì)象，著重對(duì)金屬切削液的全球?qū)＠暾?qǐng)狀況、中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)狀況以及重點(diǎn)申請(qǐng)人及其關(guān)鍵技術(shù)分布情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與分析。

1　研究?jī)?nèi)容

本文利用國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利檢索系統(tǒng)的SIPOABS數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索了截至2015年的金屬切削液領(lǐng)域的發(fā)明專(zhuān)利情況，并分析了其申請(qǐng)態(tài)勢(shì)和技術(shù)構(gòu)成。

1.1總體專(zhuān)利申請(qǐng)狀況

截至2015年年底，金屬切削液領(lǐng)域全球申請(qǐng)量為5 434項(xiàng)，其中中國(guó)申請(qǐng)量為1 154項(xiàng)。圖1是金屬切削液的全球和中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)量的發(fā)展態(tài)勢(shì)對(duì)比情況。作為用于傳統(tǒng)金屬加工工藝的潤(rùn)滑劑組合物，人類(lèi)使用切削液的歷史可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)代，使用水、天然動(dòng)植物油脂等作為加工金屬時(shí)的冷卻劑和潤(rùn)滑劑，直到19世紀(jì)中期，隨著刨、磨、銑等各種機(jī)床的相繼出現(xiàn)，金屬切削液得到了大規(guī)模應(yīng)用，有關(guān)金屬切削液的專(zhuān)利申請(qǐng)也開(kāi)始出現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫(kù)中收錄最早的金屬切削液的專(zhuān)利申請(qǐng)出現(xiàn)在1909年。20世紀(jì)70年代，隨著刀具材料和被加工金屬材料的快速發(fā)展，切削速率和切削溫度不斷提高，對(duì)切削液性能的要求不斷提高，金屬切削液的研究及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展步入了活躍期，全球范圍內(nèi)金屬切削液的申請(qǐng)量開(kāi)始穩(wěn)定增長(zhǎng)，在20世紀(jì)80年代末90年初達(dá)到迎來(lái)了第一個(gè)高峰期，然后趨于穩(wěn)定，反映出此期間全球范圍內(nèi)對(duì)于金屬切削液的研發(fā)已經(jīng)達(dá)到一個(gè)較為成熟的階段，年均申請(qǐng)量為100件左右。而中國(guó)在金屬切削液領(lǐng)域早期的申請(qǐng)量很少，說(shuō)明在該領(lǐng)域的起步較晚，開(kāi)發(fā)應(yīng)用水平較低。進(jìn)入21世紀(jì)以后，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，金屬切削液的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)量開(kāi)始迅速增多，并直接促成了全球范圍內(nèi)關(guān)于金屬切削液的申請(qǐng)量在2013年達(dá)到第二個(gè)高峰，這期間我國(guó)切削液領(lǐng)域研發(fā)和生產(chǎn)越來(lái)越受到重視，這也與在中國(guó)切削液的應(yīng)用需求迅速增加的市場(chǎng)環(huán)境有關(guān)。

圖1　金屬切削液的全球?qū)＠暾?qǐng)量及其中中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)

1.2地域分布

1.2.1全球申請(qǐng)量地域分布。圖2顯示了全球范圍內(nèi)金屬切削液的專(zhuān)利申請(qǐng)量的地域分布，其中日本、中國(guó)、美國(guó)分別占了申請(qǐng)量的32%、22%和21%，其余部分的申請(qǐng)主要集中在歐洲國(guó)家。可見(jiàn)，日本、中國(guó)和歐美是該領(lǐng)域的主要市場(chǎng)國(guó)家，這與日本、歐美的金屬加工業(yè)較為發(fā)達(dá)以及中國(guó)近幾十年經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展對(duì)于金屬加工相關(guān)行業(yè)的需求有關(guān)。圖3對(duì)比了日本、中國(guó)、美國(guó)和德國(guó)從1991年至2015年期間每5a申請(qǐng)總量的變化情況。其中，1990年以后日本的申請(qǐng)量已呈比較平穩(wěn)的狀態(tài)，美國(guó)和德國(guó)的申請(qǐng)量呈遞減趨勢(shì)，同時(shí)這也顯示了在金屬切削液技術(shù)領(lǐng)域，發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)在總體上已經(jīng)趨于成熟，市場(chǎng)已趨于穩(wěn)定，專(zhuān)利布局比較完善。而中國(guó)申請(qǐng)量則自21世紀(jì)開(kāi)始急劇增長(zhǎng)，反映中國(guó)該領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)起步晚，但還擁有較大的市場(chǎng)空間。

圖2　金屬切削液領(lǐng)域全球?qū)＠暾?qǐng)量的地域分布

圖3　日本、中國(guó)、美國(guó)和德國(guó)的金屬切削液的專(zhuān)利申請(qǐng)量的年度變化情況

1.2.2全球申請(qǐng)人地域分布。圖4顯示了全球范圍內(nèi)金屬切削液的專(zhuān)利申請(qǐng)量的地域分布，其中日本、中國(guó)、美國(guó)分別占了申請(qǐng)量的33%、24%和20%，其余部分的申請(qǐng)主要來(lái)自于歐洲國(guó)家?？梢?jiàn)，日本、中國(guó)和歐美也是該領(lǐng)域的主要研發(fā)和生產(chǎn)國(guó)家，這反映了日本、歐美的材料加工業(yè)較為發(fā)達(dá)，也體現(xiàn)了在對(duì)于金屬加工行業(yè)的需求迅速增長(zhǎng)的刺激下，中國(guó)對(duì)于金屬切削液領(lǐng)域的研發(fā)和生產(chǎn)也越來(lái)越重視。從申請(qǐng)內(nèi)容看來(lái)，近年來(lái)日本和歐美的研究熱點(diǎn)集中在新型合成添加劑、納米技術(shù)和生物技術(shù)等在切削液中的應(yīng)用，而中國(guó)的研究主要集中在各種添加劑的配伍規(guī)律。

圖4　金屬切削液領(lǐng)域的全球?qū)＠暾?qǐng)人的全球地域分布

圖5　金屬切削液領(lǐng)域全球?qū)＠暾?qǐng)前十位申請(qǐng)人

1.3全球重要申請(qǐng)人

圖5列出了金屬切削液領(lǐng)域的申請(qǐng)量位于前10的全球重要申請(qǐng)人。從圖5可以看出，重要申請(qǐng)人分布在美國(guó)、德國(guó)和日本，僅有尤希路化學(xué)工業(yè)有限公司一家為中日合資的公司。可見(jiàn)，中國(guó)在金屬切削液領(lǐng)域的技術(shù)還比較薄弱。申請(qǐng)量占第一位的申請(qǐng)人路博潤(rùn)公司，其在金屬切削液領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)主要集中在20世紀(jì)80年代后期到21世紀(jì)初，2008年后就再也沒(méi)有提出過(guò)相關(guān)專(zhuān)利申請(qǐng)，這與近年來(lái)各行業(yè)對(duì)綠色環(huán)保的要求不斷提升，無(wú)需使用切削液的干切削技術(shù)的發(fā)展有一定關(guān)系。

1.4技術(shù)構(gòu)成

金屬切削液按其化學(xué)組成分為油基切削液和水基切削液兩大類(lèi)。圖6是水基切削液和油基切削液的專(zhuān)利申請(qǐng)量發(fā)展態(tài)勢(shì)。一般油基切削液的潤(rùn)滑、防銹性能好，但是冷卻性能較差，易產(chǎn)生油霧，存在一定的不安全因素；水基切削液的冷卻性能好，但是存在容易滋生細(xì)菌產(chǎn)生腐敗、防銹性較差和使用周期短等缺點(diǎn)。根據(jù)油基切削液和水基切削液上述特點(diǎn)的不同，在不同的金屬加工過(guò)程中得以利用。而20世紀(jì)70年代油價(jià)的沖擊促進(jìn)了對(duì)無(wú)油合成切削液的研發(fā)，使水基切削液的應(yīng)用得到提高。從圖6可以看出，20世紀(jì)70年代中后期水基切削液的專(zhuān)利申請(qǐng)量超過(guò)了油基切削液。而隨著社會(huì)對(duì)各行業(yè)綠色環(huán)保要求的不斷提高，水基切削液一直是該領(lǐng)域的研發(fā)熱點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外使用的水基切削液主要分為乳化型切削液和水基合成切削液。前者主要由水、礦物油和乳化劑組成，其特點(diǎn)是潤(rùn)滑性能好，但在冷卻性、滲透性、穩(wěn)定性上較差，使用周期短，排放時(shí)存在環(huán)保問(wèn)題，不可生物降解，易產(chǎn)生發(fā)霉、發(fā)臭等現(xiàn)象；后者主要由各種水溶性添加劑（如潤(rùn)滑、抗磨、抗壓、防銹和表面活性劑等）和水組成，其特點(diǎn)是不含礦物油，在性能上具有良好的冷卻性、清洗性、穩(wěn)定性，從環(huán)保、節(jié)約油料資源等方面具有積極的意義，是金屬切削液發(fā)展的主流。

圖6　水基切削液和油基切削液的專(zhuān)利申請(qǐng)量發(fā)展態(tài)勢(shì)

2　結(jié)論與展望

2.1專(zhuān)利分布狀況

截至2015年，金屬切削液領(lǐng)域全球申請(qǐng)量為5 434項(xiàng)，其中中國(guó)申請(qǐng)占1 154件。在20世紀(jì)70年代初期相應(yīng)的全球?qū)＠暾?qǐng)量有了顯著的增加；20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)初期，該領(lǐng)域的專(zhuān)利申請(qǐng)量趨于穩(wěn)定，年均在100件左右；隨后進(jìn)入申請(qǐng)量開(kāi)始減少，直至2010年左右，隨著中國(guó)申請(qǐng)量的劇增，該領(lǐng)域的全球申請(qǐng)量開(kāi)始迅速增長(zhǎng)。該領(lǐng)域全球?qū)＠暾?qǐng)量中日本、中國(guó)、美國(guó)的申請(qǐng)量分別占了全球申請(qǐng)總量的32%、22%和21%，其余基本集中在歐洲。全球?qū)＠暾?qǐng)申請(qǐng)人前十位，日本和歐美占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，僅有一家為中日合資公司，中國(guó)獨(dú)資的公司未能進(jìn)入前十位。而就專(zhuān)利申請(qǐng)涉及的金屬切削液技術(shù)構(gòu)成而言，自20世紀(jì)70年代末以來(lái)，水基切削液的申請(qǐng)量從整體上都多于油基切削液。

2.2展望

在金屬切削液技術(shù)領(lǐng)域，發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，新的專(zhuān)利申請(qǐng)主要趨于綠色環(huán)保類(lèi)產(chǎn)品，而中國(guó)目前與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距還比較大，在深入研究各種添加劑的配伍規(guī)律的同時(shí)，也應(yīng)結(jié)合納米材料技術(shù)、生物技術(shù)等新興技術(shù)推進(jìn)高性能助劑的研發(fā)，以提高金屬切削液的加工性能及綠色環(huán)保性。

［1］張自衛(wèi).金屬切削液（一）［J］.精密制造與自動(dòng)化，1994（3）：28-36.

［2］王寶中，賈曉鳴，張秀玲.切削液技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展［J］.機(jī)械工人（冷加工），2002（5）：6-8.

［3］張欣.綠色切削是現(xiàn)代制造業(yè)的必然選擇［J］.中國(guó)貿(mào)易救濟(jì)，2011（12）：20.

［4］楊鶴，高永建，張治軍，等.水基金屬切削液添加劑的研究進(jìn)展［J］.化學(xué)研究，2000（4）：54-59.

［5］伏滿(mǎn)祥.水基金屬切削油近況及發(fā)展［J］.潤(rùn)滑油與燃料，2004（4）：1-5.

［6］吳志橋.綠色環(huán)保型金屬切削液研究進(jìn)展［J］.上?；?，2011（8）：29-33.

Review of Patents about Metal Cutting Fluid

Chi XueqinYe KunWang Peng
（Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office，SIPO，Sichuan，Chengdu Sichuan 610213）

Metal cutting fluid is one of the most important fluids used in industrial processes.Based on this，this pa?per focused on the statistics and analysis of the global patent application status of metal cutting fluid，the status of China's patent application，the key technologies of the applicant and its key technologies，in order to grasp the devel?opment status and research focus of the lubrication composition for metal cutting processing，and to provide referenc?es for the domestic applicants for the layout and development of metal cutting fluid.

metal cutting fluid；lubrication；patent

TG501

A

1003-5168（2016）08-0123-03

2016-07-16

池雪琴（1988-），女，博士，研究方向：潤(rùn)滑組合物；葉坤（1983-），男，碩士，研究方向：高分子材料（等同第一作者）；汪澎（1987-），女，碩士，研究方向：塑性材料加工。