近年來，全球交通運輸業(yè)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢，由簡易、單一模式轉(zhuǎn)向復(fù)雜、多元模式[1]。隨著能源需求與環(huán)境污染日益嚴峻，節(jié)能減排及提高運輸效率已成為交通運輸業(yè)的關(guān)注重點。減輕交通工具自重是實現(xiàn)汽車節(jié)能減排的有效措施之一，在保障安全系數(shù)的基礎(chǔ)上，鋁材料在交通設(shè)備中的使用可比鋼鐵材料減輕自重30%以上，這使其成為實現(xiàn)交通運輸輕量化的理想材料。交通用鋁合金主要包括車用鋁合金、航空用鋁合金、軌道交通用鋁合金及船舶用鋁合金等[2]。隨著鋁工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和進步，鋁合金在交通運輸業(yè)的應(yīng)用將越來越廣泛。

1.   研究方法與研究數(shù)據(jù)源

1.1   研究數(shù)據(jù)篩選

交通用鋁合金領(lǐng)域知識譜繪制的數(shù)據(jù)獲取源于Web of Science數(shù)據(jù)庫核心合集SCI-EXPANDED、CPCI-S、CPCI-SSH、ESCI，采用主題檢索方法，檢索策略為：主題=(aluminum alloy and (Traffic or automobile or bodywork or ship or vessel or aviation or rail))，檢索時間范圍為2010–01–01—2021–06–01，共檢索到交通用鋁合金領(lǐng)域相關(guān)論文1932篇，去除相關(guān)的綜述和報道，將數(shù)據(jù)集的范圍精煉到研究論文和會議論文，則交通用鋁合金領(lǐng)域相關(guān)論文數(shù)量為1851篇。

1.2   研究方法

文獻計量學(xué)能根據(jù)文獻體系和文獻計量特征等參數(shù)，利用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)等定量方法對文獻的分布規(guī)律、數(shù)量關(guān)系和文獻之間的內(nèi)在聯(lián)系進行統(tǒng)計分析，從而揭示科學(xué)技術(shù)的某些規(guī)律、特征和結(jié)構(gòu)[3]。CiteSpace知識圖譜能夠?qū)⒁粋€知識領(lǐng)域來龍去脈的演進歷程集中展現(xiàn)在一幅引文網(wǎng)絡(luò)圖譜上，并把圖譜上作為知識基礎(chǔ)的節(jié)點文獻和共引聚類所表征的研究前沿自動標識出來，具有“一圖譜春秋，一覽無余；一圖勝萬言，一目了然”兩大特征[4]。本研究通過文獻計量學(xué)方法，采用CiteSpace軟件對Web of Science數(shù)據(jù)庫中2010—2021年有關(guān)交通用鋁合金技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域的文獻進行統(tǒng)計分析，根據(jù)發(fā)文量、機構(gòu)、國家及關(guān)鍵詞等信息，繪制形成可視化網(wǎng)絡(luò)圖譜，梳理全球交通用鋁合金領(lǐng)域研究現(xiàn)狀、熱點和趨勢。

2.   分析與結(jié)果

2.1   論文基礎(chǔ)分析

檢索到交通用鋁合金領(lǐng)域論文1851篇，論文共被引頻次為12069次，平均每篇被引次數(shù)為6.52次。從數(shù)據(jù)上來看（圖1和圖2），近年來，針對交通用鋁合金的研究一直被業(yè)界關(guān)注。根據(jù)每年論文發(fā)表數(shù)量變化分析，2018年論文發(fā)表同比增長率最高，2019年、2020年同比增長率較低，但這3年的論文發(fā)表數(shù)在近十年間仍處于領(lǐng)先水平。每年的引文數(shù)呈指數(shù)級增長趨勢，表明業(yè)界對該領(lǐng)域保持著高昂的研究熱情，理論研究及成果轉(zhuǎn)化效果顯現(xiàn)，也說明每年都有新技術(shù)涌現(xiàn)，不斷完善和豐富該領(lǐng)域的研究內(nèi)容與成果，未來發(fā)展態(tài)勢較好。

對交通用鋁合金研究領(lǐng)域論文進行數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：2010—2021年發(fā)文量排名前10的國家分別是印度、中國、美國、韓國、日本、德國、波蘭、俄羅斯、土耳其和英格蘭（見表1）。

研究排名前10的機構(gòu)為：哈爾濱工業(yè)大學(xué)、印度國立理工學(xué)院、中國科學(xué)院、安娜大學(xué)（印度）、印度理工學(xué)院、西北工業(yè)大學(xué)、西南交通大學(xué)、中南大學(xué)、北京科技大學(xué)和印度韋洛爾理工大學(xué)（見表2）。

從文獻數(shù)據(jù)的分析來看，印度和中國在交通用鋁合金領(lǐng)域的發(fā)文數(shù)量占比超過了總數(shù)的50%，研究排名前10的機構(gòu)也多集中于中國和印度。中國是全球鋁主產(chǎn)國，對疫情的控制得當(dāng)，恢復(fù)生產(chǎn)迅速，而印度是亞洲除中國以外最大的鋁生產(chǎn)國家，國內(nèi)有三水鋁土礦資源，分布在奧利薩邦、安得拉邦、吉吉拉特邦等地區(qū)，且鋁工業(yè)上游產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對密切，擁有3家大型的上市鋁企業(yè)集團，分別是韋丹塔資源（Vedanta）、印度鋁工業(yè)公司（Hindalco）和印度國家鋁業(yè)公司（Nalco），這3家公司在疫情封鎖時期，上中游業(yè)務(wù)幾乎都在正常運轉(zhuǎn)，甚至有擴張計劃[5]。因此，鋁工業(yè)領(lǐng)域中，中國和印度的交通用鋁合金的研究均相對比較集中。此外，美國、德國、俄羅斯等老牌工業(yè)強國在該領(lǐng)域的研究仍保持優(yōu)勢地位。

2.2   技術(shù)主題聚類分析

基于Web of Science文獻引擎，使用CiteSpace對2010—2021年區(qū)間內(nèi)搜索出的1851篇交通用鋁合金領(lǐng)域的文獻進行可視化分析，為了保證聚類結(jié)果明顯，盡可能地將數(shù)據(jù)集中的文獻納入分析范疇，將數(shù)據(jù)集分為11個切片，以每1年為一個切片，將交通用鋁合金領(lǐng)域文獻按被引次數(shù)排序，保留每年被引頻次最高的45篇文獻（topN 45），進行關(guān)鍵詞共現(xiàn)聚類分析，以分析相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)的研究重點和演化過程，推測技術(shù)發(fā)展方向。

從技術(shù)主題聚類圖譜（圖3）中可以看出，所示的幾個大聚類分別為：#0有限元模擬；#1金屬基復(fù)合材料；#2摩擦攪拌焊；#3極限強度；#4鑄壁厚度；#6碳纖維增強鋁；#7激光；#8雙金屬擠壓；#9元件（聚類標簽編號越小，聚類技術(shù)主題涵蓋技術(shù)布局越完整）[6]。幾大聚類反應(yīng)出在2010—2021年間，交通用鋁合金的相關(guān)文獻主要研究及應(yīng)用的方向。

為分析技術(shù)的演化過程，在生成關(guān)鍵詞和主題詞共現(xiàn)聚類圖譜之后，將聚類編號作為Y軸，引文發(fā)表年份作為X軸，得到共現(xiàn)詞網(wǎng)絡(luò)的時間線圖譜（圖4）。

時間線圖譜，可以展現(xiàn)各個聚類（即子領(lǐng)域）發(fā)展演變的時間跨度和研究進程。從圖4可以看出，4個聚類（#1金屬基復(fù)合材料、#3極限強度、#4鑄壁厚度、#7激光）的研究從2010年一直持續(xù)到了2021年；1個聚類（#2摩擦攪拌焊）研究持續(xù)到2020年；1個聚類（#0有限元模擬）研究持續(xù)到2019年，說明這些技術(shù)一直是該領(lǐng)域研究熱點。而聚類#9元件研究、#8雙金屬擠壓、#6碳纖維增強鋁研究分別停止于2010年、2014年、2017年，說明業(yè)界對這些技術(shù)研究熱情減退，不再是該領(lǐng)域研究重點。關(guān)鍵詞的頻次（Frequency）、中心度（Centrality）在一定程度上能夠顯示該領(lǐng)域的研究熱點。頻次表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)，中心度表示一個關(guān)鍵詞連接另外兩個關(guān)鍵詞之間最短路線的次數(shù)，中心度越高，表示該關(guān)鍵詞越重要。對Web of Science數(shù)據(jù)庫中交通用鋁合金領(lǐng)域文獻相關(guān)技術(shù)主題聚類進行統(tǒng)計分析，將技術(shù)點關(guān)鍵詞按中心度，從高到低的順序排列保留與交通用鋁合金領(lǐng)域關(guān)聯(lián)較大的技術(shù)點，得到表3。

根據(jù)上表統(tǒng)計出的研究熱點分析，2010—2021年間，Web of Science數(shù)據(jù)庫中，關(guān)于交通用鋁合金研究熱點主要集中在鋁合金及其復(fù)合材料焊接（1.金屬基復(fù)合材料、3.攪拌摩擦焊接、12.攪拌鑄造、19.粉末冶金、23.基體復(fù)合材料）、力學(xué)性能（2.機械性能、5.抗拉強度、6.回彈、8.數(shù)值模擬、9.有限元分析、10.擠壓、13.拉伸性能、14.摩擦）、微觀結(jié)構(gòu)（4.優(yōu)化、7.微觀結(jié)構(gòu)、17.成形性、20.石墨）、耐蝕性及表面處理（11.腐蝕、15.熱處理、16.圖層、18.電阻、21.表面處理、22.表面粗糙度）等方面。

2.3   研究現(xiàn)狀分析

結(jié)合共現(xiàn)詞網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)熱點關(guān)鍵詞分析近10年交通用鋁合金相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，可分為以下4類：

（1）汽車用鋁合金研究

汽車輕量化是全球汽車工業(yè)的發(fā)展方向，而鋁合金具有密度小、成形性好、耐腐蝕性能優(yōu)良等特點，成為實現(xiàn)汽車輕量化的重要途徑[7]。汽車用鋁基復(fù)合材料和鋁合金焊接技術(shù)優(yōu)化是該領(lǐng)域研究的兩個重點。汽車用鋁基復(fù)合材料的研究熱點主要包括：二硼化鋁鈦復(fù)合材料的制備、組織和力學(xué)性能研究；碳化硅增強鋁基納米復(fù)合材料研究；碳納米管增強鋁基復(fù)合材料拉伸性能研究；陶瓷粉末增強鋁合金復(fù)合材料力學(xué)性能研究；攪拌鑄造鋁基復(fù)合材料的硬度和磨損特性研究；攪拌鑄造石墨顆粒增強鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能研究等[8−13]。汽車用鋁合金焊接技術(shù)優(yōu)化的研究熱點主要包括：車用鋁與鋼的超聲波點焊研究；工藝參數(shù)對鋁合金攪拌摩擦焊接頭抗拉強度的影響研究；攪拌摩擦焊（FSW）連接鋁和鎂合金研究；焊接時間對鋁–碳纖維增強塑料攪拌摩擦點焊疲勞性能的影響研究；異種鋁合金攪拌摩擦焊工藝參數(shù)的建模與優(yōu)化研究等[14−18]。

（2）航空用鋁合金研究

在航空工業(yè)中，鋁材是首選的輕量化結(jié)構(gòu)材料，用量達到80%以上，其中常用的鋁合金為2xxx系和7xxx系，廣泛應(yīng)用于航空飛行器結(jié)構(gòu)的制造，機身的蒙皮、框架、壁板、油箱、發(fā)動機和起落架等部件[19−20]。從發(fā)表的研究論文來看，航空用鋁基復(fù)合材料優(yōu)化和焊接改進是該領(lǐng)域的研究重點。航空用鋁基復(fù)合材料優(yōu)化的研究熱點包括：航空航天用鋁鋰基復(fù)合材料研究；7075鋁基復(fù)合材料性能研究；TiB2顆粒的分布及其對A390合金力學(xué)性能的影響研究；氮化鋁合金基復(fù)合材料合成及力學(xué)性能評價研究；B4C和SiC含量對航空用鋁基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響研究等[21−25]。航空用焊接過程改進的研究熱點包括：7050鋁合金攪拌摩擦焊焊縫溫度分布及力學(xué)性能的改善研究；無涂層激光沖擊強化對A6061鋁合金攪拌摩擦焊接頭疲勞性能的改善研究；新型鋁鋰合金光纖激光焊接組織與力學(xué)性能研究；鋁合金機身面板用雙面激光束焊接T型接頭的工藝、微觀結(jié)構(gòu)和機械性能研究；航空級鋁合金攪拌摩擦焊的熱循環(huán)、力學(xué)和冶金性能研究等[26−30]。

（3）軌道交通用鋁合金研究

軌道交通裝備輕量化是現(xiàn)代高速列車升級的必由之路。目前，各國的高速列車車體已基本采用鋁合金構(gòu)架。此外，車體頂蓋、齒輪箱箱體等諸多部件也已采用鋁材制造[31]。軌道交通用鋁合金焊接技術(shù)一直是該領(lǐng)域的研究重點，其主要研究內(nèi)容涉及：6005A-T4鋁合金薄板攪拌摩擦焊接頭的組織與力學(xué)性能研究；不同形狀工具和工藝參數(shù)對6061鋁合金攪拌摩擦焊接缺陷和力學(xué)性能的影響研究；鋁夾層激光焊接力學(xué)性能研究等[32−34]。

（3）船舶用鋁合金研究

鋁合金除了具有密度低、比強度高、良好的加工及焊接性能成為造船工業(yè)很有發(fā)展前景的材料之外，其具有比鋼更優(yōu)異的耐腐蝕性能使其在船舶工業(yè)中成為主要結(jié)構(gòu)材料之一[2]。近10年，船體材料選擇和船舶用鋁合金表面涂層是該領(lǐng)域的研究重點。船體材料選擇研究熱點包括：SiC、Al2O3和赤泥增強6061鋁合金基復(fù)合材料磨損行為的比較研究；陶瓷增強體對Al–Cu合金–金屬基復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)和摩擦學(xué)性能的影響研究；船用鋁合金在海水中的力學(xué)和電化學(xué)特性研究等[35−37]。船舶用鋁合金表面涂層研究熱點包括：鋁合金保護用鎂基犧牲陽極（富鎂底漆）的研制及其性能研究；船用Al5083鋁合金超疏水涂層的空蝕行為研究；Al2O3氧化涂層用于鋁合金船體耐腐蝕性研究；WC–Co–Cr熱噴涂層對Ni–Al青銅合金腐蝕性的影響研究；使用等離子體電解氧化(PEO)涂層鋁合金在海洋環(huán)境中的抗腐蝕性研究等[38−42]。

2.4   研究趨勢分析

為繼續(xù)分析本數(shù)據(jù)集中交通用鋁合金的研究熱點持續(xù)度，進行了Burstness分析，得到圖5。

Web of Science數(shù)據(jù)庫中，取Minimum Duration為3，得到23個突變詞（Keywoeds），表示交通用鋁合金研究領(lǐng)域熱度持續(xù)3年以上的研究點有23個，而近5年的研究，主要集中于鋁合金的制造（Frabrication）、數(shù)學(xué)方差分析（Anova）和碳纖維增強鋁（Graphite）3個方面，表明鋁合金和新型納米碳纖維結(jié)合，制造新型實用鋁合金復(fù)合材料已成為目前交通用鋁合金技術(shù)發(fā)展的一個研究熱點。

3.   結(jié)束語

本文通過文獻計量學(xué)方法，以Web of Science數(shù)據(jù)庫核心合集為數(shù)據(jù)源，對全球交通用鋁合金領(lǐng)域的發(fā)文量進行統(tǒng)計與分析，在研究該領(lǐng)域技術(shù)整體發(fā)展態(tài)勢的基礎(chǔ)上，采用CiteSpace軟件繪制形成交通用鋁合金領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展態(tài)勢和研究熱點可視化網(wǎng)絡(luò)圖譜。綜上分析，交通用鋁合金的研究主要集中在汽車和航空領(lǐng)域，包括鋁基復(fù)合材料和焊接技術(shù)研究，以期提高鋁合金材料性能；船舶用鋁合金的研究重點為鋁合金表面涂層的研究，用以提高船體對海洋微腐蝕環(huán)境的耐受性；而軌道交通用鋁合金的研究數(shù)量相對較少，且與汽車、航空領(lǐng)域的文獻有較多交叉，表明其部分技術(shù)與汽車、航空用鋁合金具有通用性。

在“碳達峰”、“碳中和”指引下，我國力爭于2030年前控制二氧化碳的排放達到峰值，2060年前實現(xiàn)碳中和，交通運輸業(yè)是推動節(jié)能減排的重要產(chǎn)業(yè)。而鋁合金材料作為交通工具輕量化的理想材料，可有效降低油耗、提高運輸效率，對減輕環(huán)境污染有著重要意義。近年來，我國交通用鋁合金技術(shù)和產(chǎn)業(yè)得了到迅速發(fā)展，論文發(fā)表數(shù)量及發(fā)文機構(gòu)占比，皆居世界前列。但與歐美等發(fā)達國家相比，我國鋁合金材料技術(shù)研發(fā)水平仍存在一定差距。因此，我國應(yīng)從國家層面加強宏觀指導(dǎo)，繼續(xù)加大鋁合金材料科研投入，積極開展基礎(chǔ)研究及前沿研究，深化國際間科技合作與交流，加強人才培育與引進，推動我國交通用鋁合金材料高質(zhì)量發(fā)展。

文章來源——金屬世界