.综述.
杜全斌1胡崇林1陈超1王星星S纠永涛彳，李帅彳
(1.河南机电职业学院河南省超硬材料智能制造装备集成重点实验室，河南新郑451191；
2.华北水利水电大学机械工程学院，河南郑州450045；
3.郑州机械研究所有限公司新型钎焊材料与技术国家重点实验室，河南郑州450004)
摘要：阳极钢爪是预培槽电解工艺阳极组中的重要装置。为使铝电解技术人员直观掌握阳极钢爪技术国内研究现
状，检索了阳极钢爪技术的中国专利申请状况，对专利申请类型、专利申请人、专利申请趋势和热点技术领域等进行分 析。结果表明，样本库中，阳极钢爪技术实用新型专利申请占比为61.03%，发明专利申请数量占比为38.97%；企业
是阳极钢爪技术专利的主要申请人，在阳极钢爪技术上具有一定的技术优势；阳极钢爪制造技术、保护技术和焊接修
复技术是阳极钢爪技术中三个热点技术。
中图分类号：TG442；F447.3文献标识码：A文章编号：1902-1772(2222)19-0001-04
DOI：19.19362/jki.qjs.2022.10.301
Patent analysis of anode stub technology in China Du Quankin1,Hu Chonglik,Chen Chao1,Wang Xingxing2,Jiu Yonktao3and Li Shuai2
(1.Henan Key Laboratory of Intelligent Manufacturing Equipment Integration for Superhard
Materials,Henaa Mechanicai and Electrical Vocationai Cofegr,Xinzheng451191,China;
2.Schooi of Mechanicai Engpenag,NortO ChPa UnPersip of Watnr Resourcns ang Electric P occt,
Zhengzhoc450045,ChPa;
3.State Kg LaboraOra of Adveacel BrazPg FPlec Metaio ang Technology,Zhengzhoc Research
Institute of MechanPai Engineering C o.,LtO.,Zhengzhof450000,ChPa)
Abstract：The anode stub is an important device in the anode assembly of the renuction process of the prebaied cell.Ik ordnr that alumikum technicians can direchy uukerstank the domesec research statue of auoCc stub technology,is searcheb the pateni application statue of auoCc stub technology in China, and analyzeb the patenh auplication types,patenh applicants,patenh auplication trends ank hoh techkoloyy fields.Thc resulu show thai the applicanons pre-portioo of utility moOel patent for stub is61.33%,ank that of ikvenUon patentis38.97%in thc sampie database.The enterprise is thc main patent appd-cant for theanoOe stuu technoloyp ank has ceeain technical aPvantaycs in thc technoloyp.ManufactuPng technoloyp,protection technoloyp ank weldinn re- pa-p technoloyp of anoOc stui are threc hot technolooics in anoOc stuu technoloop.
Key words inoOe stuu；aluminum renuction；patent analysis;weldinn repair
前言
在铝电解工业中，阳极钢爪作为重要的导电体连接炭阳极和铝导杆，不仅输送强大的电流，还承担阳
极炭块的重量。阳极钢爪的工作环境十分恶劣，长期处于酸性及高温的腐蚀气氛中，容易受到极上料、电解烟气，以及液态高温电解质的侵蚀和烧损，同时还承受热应力、电磁力和碰撞力的破坏，很容易受到腐蚀，产生“细腰”现象。阳极钢爪的侵蚀、烧损和腐蚀等现象对阳极电流分布、电解原铝质量、生产成本及其使用寿命产生危害，因此，阳极钢爪的防护与修复成为众多电解铝企业和研究者关注的对象，并致力于改进阳极钢爪的设计、制造工艺或修复方式，以延长钢爪的使用寿命，降低生产成本。
为使铝电解技术人员全面了解阳极钢爪技术的国内研究现状，检索了阳极钢爪技术的中国专利申请状况，对专利申请类型、专利申请人、专利申请趋势和热点技术领域等作了简要分析［°0以期为阳极钢爪相关技术的研究提供技术参考。
基金项目：河南省2019年科技公关项目(192102210059)；河南省202。年科技攻关项目(202102210067)
作者简介：杜全斌(1983-)，男，河南虞城人，讲师，博士，主要研究方向：新型钎焊材料与工艺、轻量化连接、微细电化学加工、表面修复再制造o E-maii•paperPuqb@126
收稿日期：2020-08-06
1数据来源
本文数据源于中国专利局专利检索及分析网（v/sipopublicsearch/ patentsearch/s earchHomeln/ea一searchHomeln/ex. shtmi），数据检索截止日期为2020年7月10日。检索方式采用专利名称关键词，具体的检索式为：（1）主题词=阳极钢爪（电渣焊或熔焊或碰焊或爆炸焊或摩擦焊或焊接或钎焊或修复或维修）；（2）主题词=阳极钢爪（保护环或保护半环）;（3）主题词=阳极钢爪（涂料或涂层）。
检索完成后，将上述3个检索式得到的专利数据合并，作为本文分析的原始样本库。仔细审查样本库中，将申请号相同的申请文本、公开文本、以及同日申请文本视为一件专利申请，起到合并去重的目的，最终得到样本库文本数量为200件。另外，需特别声明：（1）相关保密专利不在样本库中；（2）采取非常规命名的一些专利在命名时没有相关阳极钢爪关键词不在样本库中。因此文本库中数据与真实的数据存在一定偏差。
0专利类型分析
由《专利法》第二条规定知，专利类型分为发明专利、实用新型专利和外观专利3种。图1为阳极钢爪样本库的专利类型比例图。可以看出，实用新型专利占有比例为61.23%，发明专利为3&97%。阳极钢爪的防护与修复技术涉及较多的是防护装置、防护材料、高效修复方法及其修复装置等，是基于实用性的技术改进方案，因此，样本库中实用新型专利占据多数，发明专利次之，未检索到相关的外观专利。
图1专利类型分析3申请人分析
3.1申请人机构属性分析
机构属性又称机构性质、单位性质，是指机关、团体、企业等非自然人的实体或其下属部门的性质。分析专利申请人机构属性，可体现出阳极钢爪在不同性质企事业单位中的重视程度，也能体现相关行业的发展状况，一般来说企业占比越高表明相关产业在国内发展越完善。图2为申请人机构属性分析。可以看出，各类企业对阳极钢爪技术的专利申请占比为59.63%，科研单位和大专院校及其他占比42.37%。阳极钢爪技术属于传统技术领域，注重实用性，不属于前沿技术，因此，各类企业比较注重阳极钢爪的研究，其专利申请量占据整个行业中的绝大部分。
未知34.78%
86%
图2申请人机构属性分析
3.2重要申请人统计
图3为前16名重要申请人专利申请数量分布，专利申请数量共15件。由图3可知，前16名重要申请人中，
企业0名，其专利申请数量为67件，占前16名重要申请人专利总数的58.22%，表明企业更关注阳极钢爪技术，随着长期的研发投入，积累了一定的技术优势，标志着企业具有了较成熟的自主研发能力。
12
10
8
6
4
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图3重要申请人分析
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4部分技术热点分析
4.0阳极钢爪技术专利申请年代趋势
图4为阳极钢爪技术专利申请年代趋势，可以看出，阳极钢爪技术专利的申请数量整体呈上升趋势。我国于1296年申请第一个阳极钢爪专利，在1997年至2000年之间，阳极钢爪技术的专利申请量较少，直到2201年，申请量逐年微升,2004年、2006年出现了阳极钢爪技术专利申请的第一次小高潮。随后阳极钢爪技术专利申请量回落，并于2219年专利申请量开始逐年大幅度提高，直到2219年,2215年达到第二次高潮，随后申请量再次回落, 2017年专利申请量再次显著升高,2018年申请量达到55件。由于专利申请提交后存在一定时间的不公开阶段，因此，检索到的2219年阳极钢爪技术专利申请数据不完整，在此不作分析。
图4阳极钢爪技术专利申请年代趋势
专利申请数量增加的原因：1）随着中国制铝的崛起，企业的技术实力不断增强，有了独立的研究能力；（2）国家进行了大规模的知识产权普及，提高了人们知识产权保护的意识。
4.2阳极钢爪制造技术专利分析
表1为阳极钢爪部分热点技术专利申请数量及其所占比例，根据表1可知，在样本库中制造技术相关专利技术的专利申请达123件，占整个样本库42.21%°
表1部分热点技术专利申请数量及其所占比例
领域制造技术保护技术修复技术
数量1232253
比例/%42.2122.2718.27
图5为阳极钢爪制造技术专利申请年代趋势，可以看出，1996年至2209年之间，阳极钢爪制造技术专利申请数量很少，说明2209年以前，阳极钢爪的制备技术多保持传统制造技术，技术革新较少；自2219年以来，整体上呈递增趋势，且申请数据在样本库中占有比例较大，阳极钢爪的制造技术开始引起相关技术人员的关注，制造技术有较大的突破。
年份
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图5阳极钢爪制造技术专利申请年代趋势铝电解法生产是一种高能耗过程。根据调查，而我国原铝生产成本的组成当中，电能消耗占33% ~40%，我国电解铝市场节能潜力巨大。因此，阳极钢爪的节能设计改造引起了工程师们的重视，阳极钢爪的制造主要是普通铸钢和铝钢复合爆炸焊片两种方式，但普通铸钢阳极钢爪在生产中局部电压降值较大，电流损耗较大；铝钢复合爆炸焊片在生产中脱极事故常有发生，内勾变形现象严重[2]0为解决这一问题工程师们不断地从结构设计、制造方法、制造材料等方面寻求解决方案，现已出现抗弯、抗腐蚀、高导电等多种类型的阳极钢爪。
4.3阳极钢爪防蚀保护技术专利分析
由表1可知，阳极钢爪防蚀保护技术的相关技术专利共82件，占总样本库的28.27%°图6为阳极钢爪防蚀保护技术专利申请年代趋势，可以看出,
图6阳极钢爪防蚀保护技术专利申请年代趋势2012年前，阳极钢爪防蚀技术已经开始采用，但关注度不高，专利申请量较少；从2212年起，阳极钢爪防蚀保护技术受到相关技术人员的深度关注，该技
术的专利申请量显著增多,2214年为近年来热度最高的年份，申请专利数量达1件。
阳极钢爪防蚀保护技术主要方式为：保护环、涂料和涂层。保护环不仅能防止电解质浸蚀阳极钢爪，还能使换极周期延长，减少阳极消耗⑶，且制造成本低，现已研发出自焙型碳素、铝灰保护环、预焙
型碳素、保护套、保护罩等多种类型。此外，为防止阳极钢爪的侵蚀，相关技术人员提出了涂料与涂层技术，如李东等⑷采用等离子喷涂技术将A12O3涂料喷涂在阳极钢爪的易腐蚀位置，制备陶瓷涂层以达到防护作用。在不改变钢爪材质的情况下，防腐涂层可以提高阳极钢爪的使用寿命3~59倍⑸。
4.2阳极钢爪焊接修复技术专利分析
由表1可知，在样本库中，阳极钢爪焊接修复技术的专利申请为64件，占整个样本库的18.27%。图9为阳极钢爪焊接修复技术专利申请年代趋势。可以看出,2211年起，阳极钢爪焊接修复技术引起相关技术人员的重视，并在随后的几年内，提出了较多的修复方法,2215年,2218年阳极钢爪焊接修复技术专利申请分别为1件和1件，占比近59%。
图7阳极钢爪焊接修复技术专利申请年代趋势
阳极钢爪在服役过程中极易被腐蚀，消耗量大，为降低成本，延长更换周期，企业多采用焊接修复技术。长期以来，国内铝电解企业对阳极钢爪的焊接修复均采用围焊法，但该方法制备的焊接接头存在焊接面积小，电阻率大，接头强度低等缺点，严重影响铝电解企业生产成本的控制。针对阳极钢爪焊接修复围焊法的诸多缺陷，近几年有些机构研发了熔铸技术⑷、熔化极自动焊技术切、电渣焊技术⑻、熔钎焊技术[0]等修复方法。上述技术在一定程度上提高了焊接接头焊合率2降低了电阻率和耗电量延长了阳极钢爪使用寿命2降低企业生产成本。
5结论
(1)阳极钢爪技术的专利申请中，在样本库中实用新型专利申请占比为61.23%；发明专利申请数量占比为3&27%0
(2)各类企业是阳极钢爪技术专利的主要申请人。
(3)重要申请人中企业占有着大多数，各类企业在阳极钢爪技术上有着长期投入并积累了一定的技术优势。
(4)阳极钢爪制造技术、保护技术和焊接修复技术占总样本库比例分别为42.21%、28 27%和1.27%，是阳极钢爪技术中三个热点技术。
参考文献：
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复方法：中国,221126758.6[P].2217-29-29.
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方法：中国,221187958.5[P].2217-08-29.
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(责任编辑杜雅君)
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