超級合金(Super Alloys) 是鉬的重要終端產品之一。通常包括：含鉬等難熔金屬的鈦基合金、鎳基合金、鈷基合金和鐵基合金等。有人也把鉬基合金歸為超級合金。超級合金具有高強度、高硬度、高耐蝕、高熱穩定性和良好的可加工性，廣泛用於航空、航天、汽車、醫學、化學、石化、煤化工和高溫等工業領域。
基本介紹
- 中文名：超級合金
- 外文名：Super Alloys
- 類型：是鉬的重要終端產品之一
- 特點：高強度、高硬度、高耐蝕等
- 套用：航空、航天、汽車、醫學
- 學科：冶金工程
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介紹
套用
超級合金具有高強度、高硬度、高耐蝕、高熱穩定性和良好的可加工性，廣泛用於航空、航天、汽車、醫學、化學、石化、煤化工和高溫等工業領域。
越來越多的研究表明，超級合金可以滿足日臻發展的各種工業、醫學、體育事業等對高性能材料的要求，從而成為鉬冶金學者和研發人員關注的熱點。
據世界金屬統計報導，世界工業已開發國家對超級合金的需求呈增長態勢。2000 年，美國超級合金消費鉬1 880t ，2001 年消費鉬2229 t ，2002 年消費鉬1880t，2003 年消費鉬1870t ，年平均消費量約占鉬總消費量的8 %～12 %。
鉬基超級合金主要套用在高溫領域，各類鉬錸合金消費約占鉬總消費量的0. 7 %～1. 0 %。
燃氣渦輪機葉片
關西電力公司與名古屋大學、日立製作所開發了一種新型燃氣渦輪機葉片用鎳基單結晶超級合金，該材料的耐高溫數值創下了全球最高紀錄為1400℃，發電時多用於1300℃左右。如果使用新型合金就可以耐得住1500℃以上的高溫，因此可以提高渦輪入口處的溫度，提高熱效率。為了製作出耐高溫、高強度及抗腐蝕性的合金，名古屋大學在全球首次將分析物質分子結構的“分子軌道法”套用到合金的設計中，對各種金屬元素的組合進行設計。通過以鎳為基礎修改鈷、鉻、鎢、鋁、鈦、鉭、鋏、鉿等合金元素的構成比率，開發出了最佳的合金材料。如果將這一超級合金用於燃氣渦輪葉片，可以在大幅度超過1300℃的燃燒溫度下，實現1500℃燃燒。由此，可以將發電效率（最高發熱量標準）由最高的49%提高到55%，並將基於燃料費的發電成本減少約11%左右。如果將利用率設定為50%，推算60萬KW級火力發電所每單元發電，金額上每年可以節省10億日元左右、CO2排放量較以前減少約11%，每年可以減少10萬噸左右。
分類
鈦基合金
James A.Davidson等研製出一系列新型鈦鉬鉿鈦基合金。該合金含鉬5%～ 11%(質量分數，下同)鉿6%～ 15%、鈦、鉻和矽至少一種，含量2%～ 3%，氧、氮、氫和碳為痕量，其餘為鈦。上述組分的鈦基合金顯示高強度、高硬度、低彈性模量、高耐蝕和硬化的表面，可熱加工也可以冷加工。
在鈦基合金中之所以要加鉬，是因為一則加鉬可有效地降低合金的彈性模量，加6%的鉬與加16%的鈮效果等同。此外加鉬可以明顯提高鈦基合金的耐蝕性能，特別是在還原酸環境下和低pH環境下尤其有效。因為可產生鈍氧化鉬薄膜。鋯也可以提高合金的耐蝕性，但不如鉿好，鉿、鉬匹配則更好。
這種新型鈦鉬鉿合金特別用於醫學植入物和醫療設備。如牙種植入物、骨內植入物、骨膜內種植體、內膜植體、永久性植入物、頜骨膜種植物、血管脈管植入物、動脈夾、脈腔過濾器、瓣環、心閥、人工心臟、室肌裝置、盤管和骨夾片等等。在非醫學領域廣泛用作石油鑽探設備、高爾夫球桿、各類扣件等等。
鎳基合金
鎳基合金是最重要、最常用的超級合金。早在20世紀中葉就廣泛套用於化學工業和化工工業領域。鉬能明顯提高鎳的耐蝕性和機械性能，特別是在還原酸類中，如在醋酸、鹽酸或磷酸中特別耐蝕。但為了進一步提高鎳基合金的耐蝕性和合金的熱穩定性，要加鉬20%～ 25%(原子分數，下同)。長期以來，在鎳中加鉬增至19%時，作業十分困難，且這種鎳鉬合金幾乎不能加工成商業上可以利用的型材(厚板、薄板和管材)。Haynes國際公司的研發人員經過多年的努力研發出一種高鉬、幾乎不含銅的新型鎳基合金。
新型鎳基合金的製法是，將上述合金元素鑄成電極，再將電極電渣重熔成錠，使合金錠熱鍛成板鋼、熱軋成中厚板材、最後冷軋成薄板。新型鎳基合金的熱穩定性、強度、硬度、耐蝕性較現用鎳基合金性能明顯改善。廣泛用於製造化工設備、管材和閥門等，是一種優質、高級合金新材料。
鐵基合金
鐵基合金通常含鉬6%～ 10%(質量分數)、它高耐蝕、高溫下強度高、高硬度，廣泛用於工業領域，如汽車、船舶、軍事工業等。眾所周知，由於對生態環境保護日趨重要，對汽車等廢氣排放的法規越來越苛刻，從而要求發動機，特別是大型柴油發動機作業溫度高，很高的燃燒壓力，未來的柴油發動機要強行執行廢氣循環作業(即採用EGR作業)。因此對發動機的某些部件，如閥座墊片(valve seat inserts)耐高溫、耐高壓、耐腐蝕。L.E.Junes公司推出一種新型鐵基合金。該合金含硼0.005%～ 0.5%(質量分數，下同)，碳1.2%～ 1.8%、釩0.7%～ 1.5%、鉻7%～ 11%、鈮1.0%～ 3.5%、鉬6%～ 11%、其餘為鐵。鈮可被鈦、鋯、鉿和鉭取代。
鉬基合金
鉬基合金在高溫下顯示高強度和十分穩定的力學性能，廣泛用於高溫工業領域。如高溫加熱元件、輻射加熱禁止、感受爐感應環、旋轉X-射線陰極、玻璃熔煉爐電極、燒結用抗蠕變舟、高溫彈簧、高強度增強纖維、高強度彈道管、流道濺射塗層、積成線路塗層和高檔汽車活塞環塗層等。由於鉬基合金優異的高溫熱性能，其價格比其他難熔金屬，如鉭、鈮和鎢要便宜得多。因此研製性能更好的鉬基合金更受業界人士的關注。近年來美國能源部的研發人員研發出幾種新型鉬錸合金產。
一般地，在銅鉬分離工藝中，最大的難題是銅礦物與鉬礦物的，一是因為銅礦物與鉬礦物緊密連生，需要再，二是因為銅礦物與鉬礦物的可浮性較近。造成的後果是硫化鈉用量大,還有是鉬精礦中含銅較高,正因為如此,所以在鉬精礦產品質量國標中，單一鉬礦產的鉬精礦和銅鉬礦石副產的鉬精礦中含銅等雜質元素的要求是不一樣的。從銅精礦中回收的鉬精礦一般地含銅德興銅礦產的鉬精礦含銅一般為1%～ ，有時更高。對於本礦樣而言，鉬精礦含銅低的原因是鉬礦物主要與脈石礦物連生，與金屬礦物關係不密切。
