池雪琴　葉坤　汪澎

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心，四川成都　610213）

金屬切削液專利分析綜述

池雪琴葉坤汪澎

（國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作四川中心，四川成都610213）

金屬切削液是工業(yè)生產(chǎn)過程中最重要的流體之一，基于此，著重統(tǒng)計與分析金屬切削液的全球?qū)＠暾垹顩r、中國專利申請狀況以及重點申請人及其關(guān)鍵技術(shù)分布情況，以期掌握金屬切削加工用潤滑組合物的發(fā)展狀況及研究熱點和重點，為國內(nèi)申請人對金屬切削液的專利布局和研發(fā)提供借鑒。

金屬切削液；潤滑；專利

金屬切削液是指用于金屬切、削、磨、銑等加工過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，并及時帶走加工區(qū)內(nèi)因摩擦、材料形變產(chǎn)生的熱量，從而達到提高加工效率、提高工件精度、降低工件表面粗糙度以及延長刀具壽命的效果［1，2］。由于切削加工工藝是機械制造業(yè)的主要支柱之一，約占機械加工總勞動的30%～40%［3］，金屬切削液的重要性可見一斑。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象，著重對金屬切削液的全球?qū)＠暾垹顩r、中國專利申請狀況以及重點申請人及其關(guān)鍵技術(shù)分布情況進行了統(tǒng)計與分析。

1　研究內(nèi)容

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

1.1總體專利申請狀況

截至2015年年底，金屬切削液領(lǐng)域全球申請量為5 434項，其中中國申請量為1 154項。圖1是金屬切削液的全球和中國專利申請量的發(fā)展態(tài)勢對比情況。作為用于傳統(tǒng)金屬加工工藝的潤滑劑組合物，人類使用切削液的歷史可以追溯到遠古時代，使用水、天然動植物油脂等作為加工金屬時的冷卻劑和潤滑劑，直到19世紀中期，隨著刨、磨、銑等各種機床的相繼出現(xiàn)，金屬切削液得到了大規(guī)模應(yīng)用，有關(guān)金屬切削液的專利申請也開始出現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫中收錄最早的金屬切削液的專利申請出現(xiàn)在1909年。20世紀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)金屬切削液的申請量開始穩(wěn)定增長，在20世紀80年代末90年初達到迎來了第一個高峰期，然后趨于穩(wěn)定，反映出此期間全球范圍內(nèi)對于金屬切削液的研發(fā)已經(jīng)達到一個較為成熟的階段，年均申請量為100件左右。而中國在金屬切削液領(lǐng)域早期的申請量很少，說明在該領(lǐng)域的起步較晚，開發(fā)應(yīng)用水平較低。進入21世紀以后，隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，金屬切削液的中國專利申請量開始迅速增多，并直接促成了全球范圍內(nèi)關(guān)于金屬切削液的申請量在2013年達到第二個高峰，這期間我國切削液領(lǐng)域研發(fā)和生產(chǎn)越來越受到重視，這也與在中國切削液的應(yīng)用需求迅速增加的市場環(huán)境有關(guān)。

圖1　金屬切削液的全球?qū)＠暾埩考捌渲兄袊鴮＠暾埖陌l(fā)展態(tài)勢

1.2地域分布

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

圖2　金屬切削液領(lǐng)域全球?qū)＠暾埩康牡赜蚍植?/p>

圖3　日本、中國、美國和德國的金屬切削液的專利申請量的年度變化情況

1.2.2全球申請人地域分布。圖4顯示了全球范圍內(nèi)金屬切削液的專利申請量的地域分布，其中日本、中國、美國分別占了申請量的33%、24%和20%，其余部分的申請主要來自于歐洲國家。可見，日本、中國和歐美也是該領(lǐng)域的主要研發(fā)和生產(chǎn)國家，這反映了日本、歐美的材料加工業(yè)較為發(fā)達，也體現(xiàn)了在對于金屬加工行業(yè)的需求迅速增長的刺激下，中國對于金屬切削液領(lǐng)域的研發(fā)和生產(chǎn)也越來越重視。從申請內(nèi)容看來，近年來日本和歐美的研究熱點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)＠暾埲说娜虻赜蚍植?/p>

圖5　金屬切削液領(lǐng)域全球?qū)＠暾埱笆簧暾埲?/p>

1.3全球重要申請人

圖5列出了金屬切削液領(lǐng)域的申請量位于前10的全球重要申請人。從圖5可以看出，重要申請人分布在美國、德國和日本，僅有尤希路化學工業(yè)有限公司一家為中日合資的公司?？梢姡袊诮饘偾邢饕侯I(lǐng)域的技術(shù)還比較薄弱。申請量占第一位的申請人路博潤公司，其在金屬切削液領(lǐng)域的專利申請主要集中在20世紀80年代后期到21世紀初，2008年后就再也沒有提出過相關(guān)專利申請，這與近年來各行業(yè)對綠色環(huán)保的要求不斷提升，無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組成分為油基切削液和水基切削液兩大類。圖6是水基切削液和油基切削液的專利申請量發(fā)展態(tài)勢。一般油基切削液的潤滑、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菌產(chǎn)生腐敗、防銹性較差和使用周期短等缺點。根據(jù)油基切削液和水基切削液上述特點的不同，在不同的金屬加工過程中得以利用。而20世紀70年代油價的沖擊促進了對無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70年代中后期水基切削液的專利申請量超過了油基切削液。而隨著社會對各行業(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。目前，國內(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，其特點是潤滑性能好，但在冷卻性、滲透性、穩(wěn)定性上較差，使用周期短，排放時存在環(huán)保問題，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（如潤滑、抗磨、抗壓、防銹和表面活性劑等）和水組成，其特點是不含礦物油，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利申請量發(fā)展態(tài)勢

2　結(jié)論與展望

2.1專利分布狀況

截至2015年，金屬切削液領(lǐng)域全球申請量為5 434項，其中中國申請占1 154件。在20世紀70年代初期相應(yīng)的全球?qū)＠暾埩坑辛孙@著的增加；20世紀80年代至21世紀初期，該領(lǐng)域的專利申請量趨于穩(wěn)定，年均在100件左右；隨后進入申請量開始減少，直至2010年左右，隨著中國申請量的劇增，該領(lǐng)域的全球申請量開始迅速增長。該領(lǐng)域全球?qū)＠暾埩恐腥毡尽⒅袊?、美國的申請量分別占了全球申請總量的32%、22%和21%，其余基本集中在歐洲。全球?qū)＠暾埳暾埲饲笆?，日本和歐美占據(jù)絕對的優(yōu)勢，僅有一家為中日合資公司，中國獨資的公司未能進入前十位。而就專利申請涉及的金屬切削液技術(shù)構(gòu)成而言，自20世紀70年代末以來，水基切削液的申請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)達國家的技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，新的專利申請主要趨于綠色環(huán)保類產(chǎn)品，而中國目前與發(fā)達國家的差距還比較大，在深入研究各種添加劑的配伍規(guī)律的同時，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］.中國貿(mào)易救濟，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展［J］.化學研究，2000（4）：54-59.

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

［6］吳志橋.綠色環(huán)保型金屬切削液研究進展［J］.上海化工，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。