鮑芳芳，高 威，馮 新，張愛斌，丁賢飛，南 海

(1. 中國航發(fā)北京航空材料研究院，北京 100095)(2. 北京市先進(jìn)鈦合金精密成型工程技術(shù)研究中心，北京 100095)

1 前 言

在高溫結(jié)構(gòu)材料中，鈦鋁合金密度低、耐熱性能好、比強度高、比剛度高，具有良好的抗高溫蠕變性能和抗氧化能力，是綜合性能最好的輕質(zhì)高溫合金[1]，被視為新型高推比航空發(fā)動機與航天推進(jìn)系統(tǒng)靜止件和轉(zhuǎn)動件極具潛力的候選材料。為促進(jìn)鈦鋁合金材料發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者從不同角度對鈦鋁合金進(jìn)行了諸多研究[2-4]。CiteSpace為Citation Space的簡稱，是由美國雷德賽爾大學(xué)陳超美教授研發(fā)的一款可視化文獻(xiàn)分析軟件，通過該軟件能夠從海量文獻(xiàn)數(shù)據(jù)中了解到鈦鋁合金研究中最重要、最關(guān)鍵的有效信息，識別最活躍的研究前沿及發(fā)展態(tài)勢，并能夠把鈦鋁合金研究領(lǐng)域浩如煙海的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)以一種多元、分時、動態(tài)的引文分析可視化語言展現(xiàn)在一幅引文網(wǎng)絡(luò)的知識圖譜上[5, 6]。2006年該軟件開始引入我國[7, 8]，已在不同領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其中，材料領(lǐng)域的應(yīng)用實踐包括儲熱技術(shù)[9]、3D打印技術(shù)[10, 11]、阻燃材料[12, 13]、PTC材料[14]、石墨烯材料[15]等，然而，目前從文獻(xiàn)計量角度對鈦鋁合金研究的揭示仍為空白?；诖?，本文借助CiteSpace軟件對國內(nèi)外鈦鋁合金的研究現(xiàn)狀及熱點進(jìn)行了可視化分析，深入挖掘鈦鋁合金領(lǐng)域的相關(guān)研究成果，以方便找到國內(nèi)外鈦鋁合金研究的差異，為推動我國鈦鋁合金材料的發(fā)展提供參考和借鑒。

2 數(shù)據(jù)來源與分析方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

國內(nèi)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)以CNKI數(shù)據(jù)庫為來源。CNKI數(shù)據(jù)庫是目前世界上最大的連續(xù)動態(tài)更新的中文期刊全文數(shù)據(jù)庫。在CNKI數(shù)據(jù)庫中，文獻(xiàn)檢索選擇高級檢索、文獻(xiàn)類型選擇期刊，將“主題=((鈦鋁OR鈦鋁基OR鈦鋁系OR鈦鋁金屬間OR TiAl OR Ti-Al OR Ti3Al OR TiAl3OR Ti2Al)AND(合金OR化合物))”組成布爾邏輯檢索式，時間范圍為2010年1月1日至2019年12月31日，數(shù)據(jù)更新時間為2020年5月27日，檢索時間為2020年5月28日，檢索獲得文獻(xiàn)1575篇。

國外文獻(xiàn)數(shù)據(jù)以Web of Science數(shù)據(jù)庫為來源。Web of Science數(shù)據(jù)庫是世界公認(rèn)的自然科學(xué)領(lǐng)域最為重要的評價工具。在Web of Science數(shù)據(jù)庫中，選擇Web of Scienc核心合集數(shù)據(jù)庫，文獻(xiàn)檢索選擇高級檢索，將“TI=((TiAl OR Ti-Al OR titanium aluminide OR titania-alumina OR Ti-Al based OR titanium aluminide based OR Ti-Al intermetallic OR titanium aluminide intermetallic OR titanium aluminum based intermetallic OR Ti-Al based intermetallic OR TiAl3OR Ti3Al OR Ti2Al) AND (alloy* OR compound*) )”組成布爾邏輯檢索式，勾選Document Types=(article)，Languages=(English)，More Settings=(science citation index expanded(SCI-expanded)-1900-present)，Custom Year Range=(20100101 to 20191231)，數(shù)據(jù)更新時間為2020年6月14日，檢索時間為2020年6月15日，獲得文獻(xiàn)1180篇。

2.2 分析方法

對鈦鋁合金研究的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析主要運用了Excel和CiteSpace兩款軟件。其中，檢索得到的CNKI數(shù)據(jù)庫和Web of Science數(shù)據(jù)庫文獻(xiàn)均以文本文件形式分別保存在Excel和CiteSpace中，通過Excel進(jìn)行文獻(xiàn)統(tǒng)計獲取中外文文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的基本信息，如文獻(xiàn)來源、高被引文獻(xiàn)等，通過CiteSpace獲取二維矩陣及具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的可視化圖譜，如機構(gòu)合作、作者合作、關(guān)鍵詞共現(xiàn)等。

3 基于CiteSpace對CNKI鈦鋁合金研究的可視化分析

3.1 文獻(xiàn)來源

在CNKI數(shù)據(jù)庫收錄期刊中，刊登鈦鋁合金材料的主要有：《稀有金屬材料與工程》、《中國材料進(jìn)展》、《中國有色金屬學(xué)報》、《Transaction of Nonferrous Metals Society of China》、《金屬學(xué)報》、《航空材料學(xué)報》、《焊接學(xué)報》、《材料工程》、《鈦工業(yè)進(jìn)展》?；饋碓粗饕校簢易匀豢茖W(xué)基金、國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃、國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃、航空科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金、高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金、黑龍江省自然科學(xué)基金等。

3.2 機構(gòu)合作

機構(gòu)合作共現(xiàn)圖能夠直觀顯示研究機構(gòu)及其之間的合作情況，詳見圖1，圖中圓圈越大表明該機構(gòu)在我國鈦鋁合金研究領(lǐng)域的出現(xiàn)頻次越高，字體越大表明該機構(gòu)在我國鈦鋁合金研究領(lǐng)域的影響力越大，圓圈之間的連接線揭示出兩機構(gòu)之間的聯(lián)系情況，連線越粗表明機構(gòu)之間聯(lián)系越緊密。圓圈為具有高中心性的節(jié)點，中心性是節(jié)點在整體網(wǎng)絡(luò)中所起連接作用大小的度量，中心性越大表示影響力和重要程度越大，一般而言，中心性大于0.1的節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中位置比較重要，在知識結(jié)構(gòu)演變中扮演著重要角色。圖1中出現(xiàn)頻次10次以上的機構(gòu)包括：中南大學(xué)粉末冶金國家重點實驗室(頻次61、中心性0.04)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院(頻次60、中心性0.05)、西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點實驗室(頻次50、中心性0)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)先進(jìn)焊接與連接國家重點實驗室(頻次41、中心性0)、中國科學(xué)院金屬研究所(頻次38、中心性0)、中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院(頻次33、中心性0.02)、北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點實驗室(頻次29、中心性0.05)、南京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院(頻次27、中心性0)、鋼鐵研究總院高溫材料研究所(頻次24、中心性0)、西北有色金屬研究院(頻次20、中心性0.01)等。合作共現(xiàn)圖揭示出：我國鈦鋁合金研究機構(gòu)集中在高校和專業(yè)研究院所，機構(gòu)之間合作力度不大。

圖1 CNKI數(shù)據(jù)庫鈦鋁合金研究機構(gòu)合作共現(xiàn)圖Fig.1 Institution cooperation co-occurrence map of titanium aluminum alloy in CNKI database

3.3 作者合作

作者合作共現(xiàn)圖(圖2)中的每位學(xué)者均從不同角度對鈦鋁合金進(jìn)行了深入思考與研究，并對后續(xù)研究產(chǎn)生了重要影響。圖2各節(jié)點中圓圈越大，表明作者文章的被引用頻次越高、影響力越大，其中，被引頻次較為突出的作者有：鋼鐵研究總院的張繼、中南大學(xué)的劉詠、哈爾濱工大學(xué)的陳玉勇、北京科技大學(xué)的林均品、鋼鐵研究總院的朱春雷和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的傅恒志，這些作者的論文引用頻次均在20次以上。從圖2可以看出，這些作者的合作情況整體呈現(xiàn)出既有分散又有連接的狀態(tài)，反映出我國鈦鋁合金研究領(lǐng)域已形成若干小規(guī)模合作群，其中，中心性最高值為0.01，中心性值為0.01的作者有：張繼(頻次52)、劉詠(頻次34)和朱春雷(頻次22)。

圖2 CNKI數(shù)據(jù)庫中鈦鋁合金研究作者合作共現(xiàn)圖Fig.2 Author cooperation co-occurrence map of titanium aluminum alloy in CNKI database

3.4 關(guān)鍵詞

關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖能夠揭示出該領(lǐng)域研究熱點及其發(fā)展脈絡(luò)，如果某一時期鈦鋁合金領(lǐng)域的某一關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次高，意味著該關(guān)鍵詞是該時期、鈦鋁合金領(lǐng)域的研究熱點。圖3給出了鈦鋁金合金領(lǐng)域的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖，圖中圓圈越大表明該關(guān)鍵詞在文獻(xiàn)中出現(xiàn)頻次越高，圓圈旁字體越大表明該關(guān)鍵詞中心性越強，圓圈間連線越粗表明兩者之間相關(guān)性越強。通過關(guān)鍵詞的頻率、中心性及相互之間的聯(lián)系，可以直觀地看出在某一時期內(nèi)研究者所共同關(guān)注的熱點。連線縱橫交錯，說明關(guān)鍵詞之間聯(lián)系非常緊密，可能經(jīng)常選擇性地被研究者放在同一個模型中進(jìn)行觀察。中心度較高的關(guān)鍵詞在共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中處于中心位置，是當(dāng)前學(xué)術(shù)研究者比較關(guān)心的問題，在研究方向的擴展中有重要作用，預(yù)示著未來的發(fā)展趨勢。具體來看，鈦鋁金合金材料的研究點主要包括：TiAl合金(頻次196、中心性0.09)、力學(xué)性能(頻次149、中心性0)、顯微組織(頻次86、中心性0.27)、鈦合金(頻次95、中心性0.13)、微觀組織(頻次86、中心性0.27)、TiAl基合金(頻次83、中心性0.31)、金屬間化合物(頻次66、中心性0.31)、熱處理(頻次64、中心性0.2)、晶粒細(xì)化(頻次33、中心性0.2)、高溫氧化(頻次31、中心性0.19)等方面。在這些關(guān)鍵詞節(jié)點中，TiAl合金的節(jié)點最大，引用頻次最高。

圖3 CNKI數(shù)據(jù)庫鈦鋁合金研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖Fig.3 Keywords co-occurrence map of titanium aluminum alloy in CNKI database

3.5 高被引文獻(xiàn)

高被引文獻(xiàn)即引用頻次較高的文獻(xiàn)，此類文獻(xiàn)的作者影響力較大、文獻(xiàn)中的發(fā)現(xiàn)可能是該研究領(lǐng)域的“關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點”。表1列出了鈦鋁合金研究領(lǐng)域在CNKI數(shù)據(jù)庫中至本文作者檢索之日總引用次數(shù)排名前10的高被引文獻(xiàn)，可以看出：被引頻次較高的文獻(xiàn)均發(fā)表于2010年及之后，表明在2010年及之后我國鈦鋁合金材料領(lǐng)域研究質(zhì)量明顯提升，具體文獻(xiàn)主題包括鈦鋁合金材料的研究進(jìn)展、制備技術(shù)及應(yīng)用情況。其中，排名第一位的為2010年林均品等[16]發(fā)表的《輕質(zhì)γ-TiAl金屬間化合物的研究進(jìn)展》，被引用126次，介紹了γ-TiAl基金屬間化合物的發(fā)展過程、成分-組織-性能-制備關(guān)系、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用，指出北京科技大學(xué)發(fā)展的高Nb-TiAl金屬間化合物為國內(nèi)外TiAl基金屬間化合物發(fā)展的重點方向。排名第二位的為2010年張建偉等[17]發(fā)表的《Ti3Al和Ti2AlNb基合金的研究與應(yīng)用》，被引用122次，介紹了鋼鐵研究總院Ti3Al和Ti2AlNb合金的研究與應(yīng)用進(jìn)展，包括系統(tǒng)的合金化和組織結(jié)構(gòu)的設(shè)計、建立具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高韌性合金體系、建立合金制備加工工藝技術(shù)等。排名第三位的為2015年楊銳[18]發(fā)表的《鈦鋁金屬間化合物的進(jìn)展與挑戰(zhàn)》，被引用118次，介紹了鈦鋁金屬間化合物的4個階段研發(fā)歷程、6個方面主要進(jìn)展和5個未來挑戰(zhàn)。

表1 CNKI數(shù)據(jù)庫鈦鋁合金研究高被引文獻(xiàn)

4 基于CiteSpace對Web of Science鈦鋁合金研究的可視化分析

4.1 文獻(xiàn)來源

在Web of Science收錄的數(shù)據(jù)庫期刊中，刊登鈦鋁合金的主要有：Intermatallics，MaterialsScienceandEngineeringA-structuralMaterialsProperitiesMicrostructureandProcessing，JournalofAlloysandCompounds，ActaMaterialia，Materials，Materials&Design，SurfaceandCoatingsTechnology，TransactionsofNonferrousMetalsSocietyofChina，RareMetalMaterialsandEngineering等?；饋碓粗饕校褐袊鴩易匀豢茖W(xué)基金(National natural science foundation of China)、中國國家基礎(chǔ)研究計劃(National basic research program of China)、中央大學(xué)基礎(chǔ)研究經(jīng)費(Fundamental research funds for the central universities)、中國博士后科學(xué)基金(China postdoctoral science foundation)、德國研究基金會(German research foundation DFG)、中國國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(National high technology research and development program of China)等。

4.2 國家合作

國家合作共現(xiàn)圖直觀顯示了鈦鋁合金研究國家及其之間的合作情況，如圖4，其中，頻次為10以上的國家包括：中國(頻次687、中心性0.07)、德國(頻次120、中心性0.14)、美國(頻次69、中心性0.07)、奧地利(頻次66、中心性0.31)、俄羅斯(頻次63、中心性0.07)、法國(頻次45、中心性0.21)、日本(頻次44、中心性0.02)、英國(頻次41、中心性0.41)、印度(頻次30、中心性0.07)、波蘭(頻次27、中心性0.14)、澳大利亞(頻次25、中心性0.79)、意大利(頻次23、中心性0.63)、韓國(頻次22、中心性0)、捷克(頻次21、中心性0.16)、伊朗(頻次20、中心性0)、西班牙(頻次19、中心性0)、加拿大(頻次19、中心性0.24)、斯洛伐克(頻次14、中心性0.1)、瑞士(頻次14、中心性0.95)、烏克蘭(頻次13、中心性0)、瑞典(頻次13、中心性0.38)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在鈦鋁合金研究的主要國家中，中國頻次最高但是缺乏與他國的合作力度，國外研究合作力度相對大、其頻次總和(704)比中國(687)略高。

圖4 Web of Science數(shù)據(jù)庫鈦鋁合金研究國家合作共現(xiàn)圖Fig.4 Country cooperation co-occurrence map of titanium aluminum alloy research in Web of Science database

4.3 機構(gòu)合作

研究機構(gòu)合作共現(xiàn)圖直觀顯示了鈦鋁合金研究機構(gòu)及其之間的合作情況，如圖5。圖中，頻次10次以上的研究機構(gòu)包括：哈爾濱工業(yè)大學(xué)(頻次166，中心性0.15)、西北工業(yè)大學(xué)(頻次82，中心性0.35)、北京科技大學(xué)(頻次78，中心性0.36)、中國科學(xué)院(頻次53，中心性0.28)、奧地利里奧本大學(xué)(頻次47，中心性0.39)、中南大學(xué)(頻次45，中心性0.17)、德國亥姆霍茲研究所(頻次36，中心性0.37)、北京航空航天大學(xué)(頻次23，中心性0.09)、俄羅斯科學(xué)院(頻次23，中心性0.02)、北京航空材料研究院(頻次21，中心性0.11)、南京航空航天大學(xué)(頻次14，中心性0)、英國伯明翰大學(xué)(頻次13，中心性0.05)、重慶大學(xué)(頻次11，中心性0)。此外，通過研究機構(gòu)的中心性數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，研究機構(gòu)之間的合作并不多，其中，合作較多的為奧地利里奧本大學(xué)和德國亥姆霍茲研究所，其他機構(gòu)間的合作明顯較少，反映出全球大部分專家學(xué)者還處于獨立研究狀態(tài)，這不利于鈦鋁合金研究科研效率與效果的提升。

圖5 Web of Science數(shù)據(jù)庫鈦鋁合金研究機構(gòu)合作共現(xiàn)圖Fig.5 Institution cooperation co-occurrence map of titanium aluminum alloy in Web of Science database

4.4 作者合作

研究作者合作共現(xiàn)圖(圖6)表明，鈦鋁合金研究領(lǐng)域相關(guān)論文中被引用頻次最高的作者為Clemens H，排名在其之后的幾位作者被引用的頻次相差并不大，詳見圖6。截止本文作者檢索之日，在Web of Science數(shù)據(jù)庫中，鈦鋁合金領(lǐng)域總被引頻次排名前10位的作者有：里奧本大學(xué)的Clemens H(頻次50、中心性0)、西北工業(yè)大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的傅恒志(頻次45、中心性0)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的陳瑞潤(頻次43、中心性0)、西北工業(yè)大學(xué)的李金山(頻次43、中心性0)、北京科技大學(xué)的林均品(頻次43、中心性0.02)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的郭景杰(頻次42、中心性0)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的丁宏升(頻次41、中心性0)、蒙塔納大學(xué)里奧本分校的Mayer S(頻次38、中心性0)、西北工業(yè)大學(xué)的寇宏超(頻次36、中心性0)、哈爾濱工大學(xué)的陳玉勇(頻次33、中心性0.02)。此外，作者合作中心性最高值為0.02，中心性為0.02的作者有林均品、陳玉勇、孔凡濤、肖樹龍和張來啟，反映出鈦鋁合金研究作者尚未在全球各國之間形成緊密聯(lián)系，總被引頻次排名前10位作者間的合作主要為中國作者之間的合作，即鈦鋁合金研究領(lǐng)域作者合作呈現(xiàn)出既有分散又有聚集狀態(tài)的特點。

圖6 Web of Science數(shù)據(jù)庫鈦鋁合金研究作者合作共現(xiàn)圖Fig.6 Author cooperation co-occurrence map of titanium aluminum alloy in Web of Science database

4.5 關(guān)鍵詞

關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖通過對鈦鋁合金研究文獻(xiàn)中作者提供的關(guān)鍵詞的分析，揭示出2010～2019年鈦鋁合金研究熱點，詳見圖7，主要包括：微觀組織(頻次555、中心性0.7)、力學(xué)性能(頻次379、中心性0.5)、鈦鋁合金(頻次269、中心性0.83)、行為(頻次248、中心性0.03)、合金(頻次168、中心性0.61)、變形(頻次140、中心性0.35)、鈦鋁合金(頻次140、中心性0.41)、相變(頻次125、中心性0.03)、鈦合金(頻次116、中心性0.26)、演變(頻次110、中心性0)等。

圖7 Web of Science數(shù)據(jù)庫鈦鋁合金研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖Fig.7 Keywords cooperation co-occurrence map of titanium aluminum alloy in web of science database

4.6 高被引文獻(xiàn)

表2列出了Web of Science數(shù)據(jù)庫鈦鋁合金研究被引頻次前10的文獻(xiàn)，可以看出除Bewlay等[26]的TiAlAlloysinCommercialAircraftEngines一文發(fā)表于2016年之外，其余被引頻次高的文獻(xiàn)都發(fā)表于2010～2014年，這些文獻(xiàn)介紹了鈦鋁合金的增材制造、鑄造和熱處理、高Nb鈦鋁合金、粉末冶金等方面的研究成果，具有較高參考價值。其中，排名第1位的為2010年Murr等[27]發(fā)表的CharacterizationofTitaniumAluminideAlloyComponentsFabricatedbyAdditiveManufacturingUsingElectronBeamMelting一文，被引頻次210次，反映出該文獻(xiàn)在全球具有高價值和高影響力，該文獻(xiàn)證明了采用電子束熔融沉積(electron beam melting，EBM)制造的Ti-6Al-4V組件在近凈成型和復(fù)雜鈦鋁產(chǎn)品中的潛力。

表2 Web of Science數(shù)據(jù)庫鈦鋁合金研究高被引文獻(xiàn)

5 結(jié) 論

采用CiteSpace軟件對鈦鋁合金研究進(jìn)行可視化分析，基于CNKI數(shù)據(jù)庫和Web of Science數(shù)據(jù)庫分別對中外文鈦鋁合金研究進(jìn)行分析，可以快速找出鈦鋁合金研究領(lǐng)域的機構(gòu)、作者、關(guān)鍵詞及其合作情況等信息。通過數(shù)據(jù)采集及分類分析，得出以下結(jié)論：

(1)鈦鋁合金研究機構(gòu)方面，國內(nèi)的研究機構(gòu)出現(xiàn)頻次最高，但是缺乏與他國的合作力度，國外各機構(gòu)之間合作力度相對更大。在我國，鈦鋁合金研究機構(gòu)集中在高校和科研院所，機構(gòu)之間合作力度也不大。

(2)對鈦鋁合金研究領(lǐng)域的高被引文獻(xiàn)的作者進(jìn)行分析，結(jié)果表明，全球各國作者之間尚未形成緊密合作關(guān)系，我國作者之間已形成若干小規(guī)模合作群。另外，我國研究作者的文獻(xiàn)引用頻次和影響力總體較國外更高。

(3)鈦鋁合金研究關(guān)鍵詞方面，國內(nèi)外鈦鋁合金研究關(guān)鍵詞較為一致，主要包括：微觀組織、力學(xué)性能、熱處理、行為、合金、變形等。

(4)盡管對中外文文獻(xiàn)檢索時間段和檢索模式設(shè)置不盡相同，但是高被引文獻(xiàn)的時間及內(nèi)容顯示，國內(nèi)外圍繞鈦鋁合金材料的研究中，高被引文獻(xiàn)發(fā)表主要集中在2010～2016年間。