基于文献计量分析的钛合金研究进展

基于文献计量分析的钛合金研究进展

王磊

（西安庄信新材料科技有限公司，陕西 西安 710000）

摘要：为深入了解国内钛合金研究现状及前沿动态，运用CiteSpace软件对CNKI数据库中刊载的钛合金研究文献进行统计分析。结果表明：1957—2023年，CNKI数据库中关于钛合金研究的论文发文量随时间总体呈先上升后下降的趋势。在研究领域，主要集中在钛及钛合金、医用、国防与航天等方面。此外，钛基复合材料、性能优化方面是当前的研究热点。

关键词：钛；钛合金；文献计量分析；CiteSpace

我国钛工业经过长期的技术引进、自主研发与应用推广，自21世纪以来，已进入高速发展阶段，产量稳定增长，消费需求旺盛，成为名副其实的世界钛工业大国[1]。钛及钛合金具有高的比强度、优异的抗疲劳性能、耐蚀性等及其优良的综合性能，在航空、航天、船舶、石油化工等行业获得广泛应用[2]。新合金的设计与开发，相变、组织和性能研究以及钛合金近净成形技术等一直是相关研究的重点[3]。可见，当前我国钛合金取得了良好的成果和效益。

   文献计量分析可表征某项研究的分布情况，系统的评估科研成果的相对重要程度，预测发展方向[4]。近年来，知识图谱作为科学计量学的新方法逐渐兴起，其中CiteSpace软件作为其中之一，能够从众多的文献中分析出研究前沿及热点[5]。目前，CiteSpace软件主要应用的领域有图书情报、计算机和教育理论等，但针对钛合金研究态势进行的定量分析较少。基于此，本文借助 CiteSpace 软件，对国内钛合金相关研究的文献进行计量分析，以便掌握我国钛铝合金的研究现状及前沿动态，旨在为推动我国钛合金的发展提供参考和借鉴。

1  文献来源与研究工具

1.1 文献来源与处理

中国知网（CNKI）数据库是目前世界最大的连续动态更新的中文期刊全文数据库，是进行科学统计与科学评价的主要检索工具[6]。本研究以中国知网（CNKI）数据库为数据源，文献检索选择高级检索，文献类型选择期刊，将“主题 =（钛AND钛合金）”组成布尔逻辑检索式，检索条件=精确，时间跨度=1957—2023，共检索出文献3821篇（2023年6月20日检索）。剔除会议报告、标准等非研究型文献后，共获得3192篇有效文献。

1.2 分析方法与工具

CiteSpace知识图谱是由美国德雷塞尔大学陈超美团队开发，是用来分析、挖掘及进行科研文献可视化的应用软件，也是文献计量学的重要研究手段[7]。本文借助Excel和CiteSpace 6.2.2软件，对检索得到的CNKI数据库进行动态的可视化图谱分析，科学展示知识的宏观结构及其发展脉络，探寻钛合金研究的热点与发展趋势。

2 钛合金研究的时间分布图谱

    时间是投射客观存在的一个普遍维度，许多问题都可以放在时间维度内进行讨论[8]。从时间上来看，在1957—2023年的66年间，CNKI数据库中有关钛合金研究的论文发表数量呈先上升后下降的趋势（图1）。关于钛合金相关研究的首篇论文出现于1957年，而当年仅有1篇钛合金相关研究，此后至1993年文章数呈缓慢波动增长，最大差幅28篇/年，年均论文数量约为11篇；1994—2017年间，发文量增长迅速，最大值出现在2017年，发文量为179篇；2018-2023年间，发文量逐步减少。

图1 钛合金相关研究发文量时间序列变化

3 钛合金研究热点主题

关键词是作者对文章核心内容的高度提炼与概括，体现着文章的研究价值与方向，出现频次高的关键词常常被用来确定一个研究领域的热点问题。通过对钛合金研究文献中的关键词进行分析，得到关键词聚类知识图谱（图2）。主要包括：钛合金（频次314，中心度0.50）、力学性能（频次110，中心度0.07）、镍钛记忆合金（频次92，中心度0.14）等15个聚类标签，这些聚类可折射出我国钛合金研究领域的热点问题现状。

图2 关键词聚类知识图谱

   基于关键词聚类知识图谱，在“Cluster Explorer”中得到关键词共现网络聚类表（表1 ）。对聚类中的关键词进行分析发现，各聚类研究内容存在相互交叉现象，因此可将钛合金的研究归纳为“钛及钛合金”“医用”“国防与航天”三个主题领域。

1）“钛及钛合金”研究主题。共现标识词为：钛、钛合金、力学性能、粉末冶金。钛和钛合金具有高的比强度、优异的抗疲劳性能、耐蚀性等及其优良的综合性能，但其也存在一定的缺陷。如耐磨性较弱，通过表面改性技术进行研究[9]，还可通过大塑性变形技术，提升合金的强度[10]。由于钛的金属特性，加工过程中成本较高，粉末冶金技术具有效率和成本的优势[11]。

2）“医用”研究主题。共现标识词为：镍钛记忆合金、生物材料、合金支架。针对镍钛记忆合金传统加工成本高、表面完整性差等问题，张颢等[12]采用电火花线切割工艺，对超弹镍钛合金Ni55.9Ti的材料去除率、表面完整性、形状恢复能力进行了研究；此外，镍钛记忆合金材料拥有较好的生物相容性，其较好的弹性且不易磨损、抗腐蚀的优点，在骨科骨折的治疗上得到广泛的应用

[13]。

3）“国防与航天”研究主题。共现标识词为：高温钛合金、钛基合金、金属温度。耐热钛基复合材料通过向高温钛合金中原位引入多元多尺度的陶瓷增强相，精准控制其形成特定构型结构而成，其使用温度较传统钛合金可提高50~200℃[14]。钛基复合材料的力学性能往往与增强相组织有关，增材制造技术的快速凝固可以使颗粒增强钛基复合材料中晶粒细化，力学性能得到提升[15]。

表1  关键词共现网络聚类表

4 钛合金研究的前沿演进

研究前沿的识别与追踪能够为研究者提供学科研究的最新演化动态，预测研究领域的发展趋势并识别需要进一步探索的问题[16]。运用CiteSpace软件得到具有高突现值的15个节点突现词，探测钛合金研究所关注的前沿问题及其演进趋势。

早期前沿的突现时间为1975-1994，该阶段的研究前沿主要为“钛合金”。德炳论述了钛及钛合金的主要特殊功能[17]；黄述哲研究了钛及钛合金的表面氮化后，其耐腐蚀性能有了进一步提高[18]。总体来看，这一时期的研究主要围绕钛合金的性能，以及对基础工艺的论述。

中期前沿的突现时间为1995-2018，该阶段的研究前沿主要为“镍钛记忆合金”“生物材料”等方面。镍钛记忆合金凭借弹性强、生物整合性好等优势广泛应用于骨科[19]。此外，利用机械合金化和等离子烧结工艺制备了复合材料，获得了与人体骨骼表面相近的多孔生物材料[20]。可以看出，该时期对于钛合金的研究主要以医学方面的研究应用为主。

近期前沿的突现时间为2017-2023，该阶段的研究前沿主要为“钛基复合材料”“力学性能”“微观组织”等方面。朱磊[21]发现了在低体积分数N2气氛（10%）下制备的复合材料强度和塑性均会提高；朱钰玲[22]认为随着氢化钛含量增加，合金中强度和抗拉强度均增加，样品空隙减少，显著提高了合金性能。综上，该时期的研究主要通过新工艺、新技术开发，改善、优化合金性能，发展“高、精、尖”产品，满足应用需求。

图3 钛合金研究突现节点词汇图

5 结论与展望

1957—2023年，CNKI数据库中关于钛合金研究的论文发文量随时间总体呈先上升后下降的趋势。尽管有关钛合金研究的文献已有很多，但通过分析发现，主要集中在钛及钛合金、医用、国防与航天等领域。目前的研究热点和新兴研究前沿多集中在钛基复合材料、性能优化等方面。加强理论研究与应用基础研究，通过新工艺、新技术开发，改善、优化合金性能，开展新合金、新技术、新材料、新产品研发，助力高端装备制造等产品的精加工，推动本领域不断发展。

此外，利用CiteSpace软件，可以直观地表达钛合金研究的发展路径与发展趋势，结合具体分析方法，为本领域的科学研究提供了有益参考。但以“钛AND钛合金”为主要检索主题，仅以CNKI数据库为文献数据源，加之数据库的不断更新，尽管有一定的研究局限性，但分析结果基本能够反映钛合金研究的问题导向和社会需求导向。结合本文分析结果，建议今后进一步加强理论研究与应用研究，促进科学技术成果转化落地，进一步完善钛合金的相关研究。

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