钼铼合金

钼铼合金什么是钼铼合金?

钼铼合金是以金属钼为基体元素同合金元素铼组成的合金。合金呈现提高塑性的铼效应,合金中铼含量一般为11%~50%(质量分数)。

难熔金属钼不但具有优良的导热、导电、耐腐蚀性能,而且具有低的热膨胀系数、较高的硬度、很好的高温强度,因而钼在电子工业、宇航工业、能源工业等领域有很广阔的用途。然而,纯金属钼在常温时比较脆、加工性能差、焊接性能差、容易氧化、具有再结晶脆性等点,所有这都限制了纯金属钼的应用。加入一定量的合金元素如C、 B、K、 Si、 Al、 Re和稀土元素等都是改善金属钼脆性的有效方法。其中,合金元素铼的作用最为突出,铼元素的加入,不但可以改善钼的常温性能、焊接性能,而且可以提高钼的高温性能。

自从1955年发现Mo50Re合金比钼具有更好的塑性和强度以来,很多研究者对钼铼合金的组织性能、加工工艺进行了详细而深入的研究。在早期的研究中,俄罗斯萨维茨基做出了重大的贡献,在其专著中提供了自己的研究成果。Davidson等系统地研究了钼铼合金的弹性常数。

近几年来, Garin等用中温烧结的粉末冶金方法制备出钼铼合金,随后Mannheim等对其加工硬化现象进行了研究。Todd等研究了各种钼铼合金的机械性能和组织状况。Bernd等将工作重点放在钼铼合金的高温疲劳性能。因为铼价格的昂贵,邢英华等系统地研究了添加少量铼对钼组织性能的影响。 钼铼合金的制备 美国铼合金公司(Rhenium Alloys,Inc.)生产的钼铼合金,包括钼铼合金粉末、丝材、板材、管材和棒材。其成份主要有Mo41Re, Mo44.5Re和Mo47.5Re。但是因为铼价格昂贵,近年来很多研究人员致力于含铼量低的合金。

钼铼合金钼铼合金制备方法 - 粉末冶金
粉末冶金方法是制备钼铼合金坯锭最常用的方法,其常用的制备路线如下:

钼粉+铼份—混合—>钼铼合金混合粉末—预结—>钼铼合金预结锭—烧结—>钼铼合金烧结锭

首先将钼粉和铼粉混合均匀,再进行模压或者等静压,然后经过预结和大于2000℃的高温烧结就可以制出相对密度为90%左右的钼铼合金。 制备钼铼合金所用的钼粉纯度一般大于等于99.95%,铼粉纯度一般大于等于99.98%,这两种粉末的平均粒度一般小于5μm。

钼铼合金制备方法 - 中温烧结
与上法比较,中温烧结的区别首先在于所用的原材料不同,其所用的材料为MO3和NH4ReO4,经过混合后,共还原制备出钼铼合金粉末,然后经过压制、预结和1700℃的中温烧结而制备出钼铼合金锭。 用粉末冶金办法制备钼铼合金工艺简单、成本低,但是锭子的杂质含量往往偏高,当铼含量较高时,合金锭也容易形成脆性的σ相。

钼铼合金制备方法 - 真空熔炼法
为了克服以上的缺点,将真空熔炼提纯技术应用于钼铼合金的制备,相比较而言,真空熔炼制备的钼铼合金锭杂质含量低,特别是气体元素降低非常明显,并且第二相也不容易析出,这些都有利于钼铼合金的后续加工;但是这种办法制备的钼铼合金锭晶粒通常非常粗大,这一点不利于合金的开坯。纯钼的塑脆转变温度在常温附近,所以在常温无法对钼锭进行塑性加工。添加铼大大降低了钼合金的塑脆转变温度,使得钼在常温时表现出良好的加工性。

钼铼合金Mannheim等的研究表明,粉末冶金的MO25Re和Mo50Re合金锭在常温经过25%的变形后没有发现明显的裂纹。还有报道指出:含有35% Re的钼铼合金锭在室温可以变形90%以上而不出现裂纹。尽管如此,钼铼合金的开坯一般选用热加工,初道次的变形温度大于1400℃,变形率大于20%。经过开坯之后的钼铼合金一般选用冷加工,甚至是在室温时进行加工。总变形率达到50%~90%时进行再结晶退火。

钼铼合金的机械性能 - 弹性性能
纯铼的弹性模量仅次于锇,其数值为468 GPa,纯钼的弹性模量为330 GPa。钼铼合金的弹性模量介于二者之间,当铼含量小于52%时,随着铼含量的增加,钼铼合金的杨氏模量、切变模量和泊松比均增加,在铼含量达到43%时杨氏模量和切变模量有一极大值。铼元素可以改变钼合金的各向异性,随着铼含量的增加,(100)方向的弹性常数降低,而(110)和(111)方向的弹性常数升高,当铼含量为50%时,钼铼合金表现为各向同性,在不同的方向上弹性常数相同。

钼铼合金的机械性能 - 强度和延伸率
铼不但能提高钼的常温和高温强度,而且可以改善钼的塑性。纯钼在常温的抗拉强度为650 MPa左右,而添加高铼的钼铼合金其抗拉强度可以达到1000MPa以上;纯钼在常温时的延伸率为0,而钼铼合金的延伸率可达到20%以上。在1473 K时,Mo47.5Re的抗拉强度230 MPa,延伸率为8%,而纯钼此时的抗拉强度只有100 MPa。随着铼含量的增加,应力因子和硬化指数均升高,但是钼铼合金的应力因子远小于纯铼的应力因子。因此钼铼合金的加工硬化现象要比纯铼的加工硬化小的多,钼铼合金的加工性能要好于纯铼。

钼铼合金钼铼合金的机械性能 - 蠕变性能
高温蠕变性能是衡量金属高温性能的一个重要指标,Bernd等对各种成份的钼铼合金在1600℃,25 MPa所做的工作。相比较于其它钼铼合金, Mo51Re合金有较高的塑性,较高的蠕变速率,因而其断裂时间较短。

钼铼合金应用
钼铼合金可用做高速旋转的X光管靶材、微波通讯的长寿命栅板、空间反应堆堆芯加热管、高温炉发热体、高温热电偶等。钼铼合金的室温拉伸强度延展性电阻率随铼含量增加而增加。通常用Mo-5%Re和Mo-41%Re作热电偶丝材,作航空航天中结构材。Mo-50%Re作高温结构材料。

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