鎢錸合金

鎢錸合金是以鎢元素為基體且與錸元素組成的固溶強化型合金。合金中常用的錸含量(質量分數，%)為3，5，10，25和26。分低含量W-Re合金(Re≤5%)和高含量W-Re合金(Re≥15%)。

基本介紹

• 中文名：鎢錸合金
• 外文名：tungsten-rhenium alloy
• 拼音：wu lái hé jīn
• 定義：鎢元素為基體與錸元素組成合金
• 性能：高熔點、高強度、高硬度等
• 套用學科：冶金術語

概念

鎢錸合金是以鎢元素為基體且與錸元素組成的固溶強化型合金。合金中常用的錸含量(質量分數，%)為3，5，10，25和26。分低含量W-Re合金(Re≤5%)和高含量W-Re合金(Re≥15%)。當合金中Re含量超過26%時，W-Re合金將析出脆性相。

根據製取方法、強化方式和選用的鎢基原料，鎢錸合金分類如右圖所示。

鎢錸合金的主要加工材有絲材、片材。絲材占絕大多數．主要用作高溫結構材料。

鎢錸合金比純鎢有更好的機械性能和延展性，而且電阻率高，因此具有較好的加工性及焊接性。含錸3%的鎢錸合金可用作電子管燈絲、柵絲和直熱式陰極的芯金屬。含釷的鎢錸合金，即釷鎢錸合金，用作大型發射管的直熱式陰極，其性能比釷鎢陰極好，高溫時不易變形。

鎢錸合金廢料主要是鎢錸合金，也包含鉬錸合金在內。廢鎢錸合金回收錸的方法有氧化生華法和硝石熔融分解一離子交換法。

製取

製取鎢錸合金有粉末冶金法和熔煉法兩種，其生產流程如右圖所示。在實際生產中粉末冶金法占主導地位。等靜壓壓制和中頻感應加熱燒結可得到均勻性和一致性最佳的優質合金坯。

鎢錸粉製備

製取鎢錸預合金粉末的方法是影響合金成分均勻性的關鍵，各種預合金化方法的比較如右圖所示。

錠坯製備

可採用鋼模成形或冷等靜壓成形製得合金壓坯，在通氫垂熔爐或通氫中頻爐或通氫電阻爐中把壓坯燒結成相對密度為85%～95%的緻密錠子，也有採用熱等靜壓法制錠。

加工

燒結錠經不同加工方法(旋鍛、軋制、拉拔等)製成不同類型加工材，棒材、絲材、板材、箔材和帶材等。具有良好加工性能的鎢錸合金組成是W-(18～26)Re，合金加工時推薦的最佳鍛造溫度為1500℃和退火溫度為1600～1800℃。Re含量>26%的合金，可允許的相的含量是有限的。雖然這種第二相的沉澱導致材料強化，但其加工性能仍然很好。Re含量<18%的合金可以順利進行加工，但要求起始加工溫度較高。

絲材是w—Re合金的主要加工材，我國鎢錸絲各牌號按不同性能進行分類，以及化學成分如右圖所示。

顯微組織

W-Re合金經變形加工的組織呈細長的纖維狀組織。經不同制度熱處理後，組織發生顯著變化，如W-3Re合金絲的一次再結晶溫度為1300~1900℃，二次再結晶溫度為2500℃，W-25Re合金絲的一次再結晶溫度為1000～1500℃，二次再結晶溫度為1800℃。一次再結晶時，絲材內部出現了“鋸齒狀邊界”，即所謂的晶界邊緣的再結晶，但其金相組織仍為退火前的纖維狀組織，如右圖冊(a)(b)所示。右圖冊(c)和(d)是一次再結晶完成時的金相組織，可以看到其組織仍為纖維狀，只是纖維變粗短。二次再結晶時，絲材內部組織逐漸由纖維狀聚集為粗長的二次再結晶組織(如右圖冊(e)(f)所示)。

複合強化法是進一步提高W-Re合金高溫力學性能的有效方法。向合金中添加 粒子或添加 粒子是最常見的複合法，所製得的合金體系有系和系。合金內的粒子分布隨加工過程不斷發生變化，右圖冊(a)展示了合金棒材中粒子分布變化的顯微組織。該合金經熱等靜壓後(棒材)相對密度達99%，壓坯組織中顆粒分布在晶界和晶內(如右圖冊(a))，在隨後的熱旋鍛過程中，當變形率達62%，組織中出現了相，顆粒向晶界集中(如右圖冊(b))。合金的高溫力學性能提高情況如右圖冊(c)所示。右圖冊(d)和(e)為合金、合金和合金經2500K很火後的顯微組織的比較，由此可以看出，不同的添加顆粒所呈現的形貌是不一樣的。

性能

鎢錸合金具有一系列優良的性能，諸如高熔點、高強度、高硬度、高塑性、高再結晶溫度、高電阻率、高熱電勢值、低蒸汽壓、低電子逸出功和低的延一脆性轉變溫度。典型鎢錸合金的性能如右圖冊(a)所示。從右圖可以看出，摻雜錸的再結晶溫度遠高於純鎢錸的再結晶溫度。

幾種鎢錸合金的高溫拉伸性能如右圖冊(b)所示，由圖可見，這些合金的拉伸性能在1500℃左右時遠高於純鎢。添加提高鎢錸合金高溫力學性能實例如上文顯微組織部分的圖冊(c)所示。

套用

鎢和錸都是高熔點金屬，它們廣泛套用於高溫領域。但它們還有缺點，純鎢性脆，再結晶溫度很低；純錸加工性能很差，價格昂貴。使它們的套用範圍均受到很大的限制。鎢與錸製成各種成分鎢錸合金，這些合金克服了純鎢和純錸的缺點，具有很多優良性能，像高熔點、高強度、高硬度、高塑性，電阻率高、高的再結晶溫度、高的熱電勢值、低的蒸氣壓、低的電子逸出功和低的塑一脆性轉變溫度等，同時它們還有優良的抗“水循環"反應性能，價格也比純錸低75～95%。

所以鎢錸合金在電子技術、熱力控制、現代核子技術和宇宙航行技術、測溫領域、儀器儀表、電器和其它尖端科學技術部門都得到了廣泛的套用。特別是鎢錸合金絲匹配成熱電偶，具有很高的熱電勢和靈敏度，而且測溫範圍廣，反應速度快，抗腐蝕性好，是測溫領域中良好的熱感測材料。由於鎢錸熱電偶代替鉑銠熱電偶是大勢所趨。

在電真空技術方面的套用

電子管、顯像管和燈泡熱絲的主要性能要求是：

①低溫延性好(即一次繞絲成形性好)。加工態絲材經過繞制、摺疊或扭曲成各種形狀和各種尺寸的燈絲，相互之間要有良好的絕緣性，低的塑一脆性轉變溫度，良好的均勻性和一致性；

②低溫退火延性好(即二次繞絲成形性好)。一次繞絲後的燈絲零件，均要進行退火以固定零件形狀和尺寸。一般在絲材一次再結晶溫度範圍內進行退火。只有低溫退火延性好的絲材，才能滿足二次繞壘(制雙螺旋燈絲)或多次繞絲和摺疊的要求；

⑧高溫延性好(即二次再結晶後的延性)。去芯線、運輸、裝管等過程中都要受振兩和衝擊，延性差的燈絲就會被破壞。製成的燈絲要在高溫下使用，在使用過程中要使燈絲保持所要求的形狀；

④高溫抗下垂性能好。由於燈絲大部分以螺旋狀存在，燈絲較長，而且有一定的質量。在使用過程中要保持螺距不發生變化，高溫抗下垂性是關鍵。

用作電接點材料

電器開關常用許多觸點材料，如汽車喇叭觸點和點火觸點、電壓調節器觸點、電話機觸點、各種電器開關觸點等。在工作時，各對觸點相互摩擦和電火花腐蝕及高頻次接觸等特點，因此，製作觸點材料應滿足下列要求：①材料的接觸電阻小，②電弧的伏安特性小，⑧浸蝕率小等。

能作為觸點材料套用的金屬有：銅、銀、鉑、銠、銥、鎢、鉬、錸、鎢一銅合金、鎢一銀合金、鎢一欽合金和高比重合金等。目前，鎢、鉬、錸和它們的合金已廣泛用於汽車喇叭觸點和點火器觸點。鎢錸合金用於觸點材料還是近幾年開發的產晶，它可以和鉑、銥、銠等貴重金屬觸點比美。

用作熱電偶材料

各種成分鎢錸合金絲均可配對成鎢錸熱電偶。在工業實踐中套用較廣泛的鎢錸熱電偶有：、摻雜、和 等鎢錸熱電偶。它們有高的熱電勢值和高的靈敏度，熱電勢——溫度對應關係線性好，測量溫度高(可達2800 ℃)，精度高(其允許偏差為±0.25%t、±0.5%t和±1%t等三種)。

鎢錸熱電偶主要套用於真空、還原性氣氛和惰性氣氛中測溫和高溫領域測溫。在氧化氣氛中採取一些特殊防氧化措施，可代替鉑銠熱電偶測溫。鎢錸熱電偶的價格比單鉑鍺熱電偶低12～18倍，鎢錸熱電偶代替鉑銠熱電偶測溫具有明顯的經濟效益，越來越被人們所重視。

其他方面的套用

(1)高溫結構材料

宇航飛行器中用鎢錸合金有：擋熱板，火箭噴管外圍部件，錐體部件，發動機或引擎件的塗料。鎢錸合金容器和加熱到2000℃無反套用於提煉鈾的坩堝材料。高溫爐的發熱體和隔熱屏，蒸發高純金屬的坩堝，高溫領域的彈簧、螺釘、螺母、支撐桿和連線桿等用鎢錸合金，具有良好的塑性。

(2)耐磨材料

由於鎢錸合金硬度高，強度高，耐磨性相磨腐蝕性好，可用來製做印表機的列印針，其壽命可達一億次。此外還可製作筆尖、測繪儀器的重心錘和耐磨零件等。

(3)電極材料

含氧化釷、氧化鋯和氧化鈰彌散質點的鎢錸合金棒材，用於氬弧焊機的電極和非自耗電弧爐熔煉電極，它耐高溫和抗燒蝕，使用壽命長。