鉿鉬合金作為一種特殊的高溫結(jié)構(gòu)材料,主要由鉿(Hf)和鉬(Mo)兩種難熔金屬元素組成,通常含有5-40%的鉿元素(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。這種合金在極端環(huán)境下展現(xiàn)出的優(yōu)異性能使其成為航空航天和核工業(yè)領(lǐng)域的關(guān)鍵材料。其熔點(diǎn)可達(dá)到驚人的2610℃,遠(yuǎn)高于普通鋼材,特別適合用于高溫高壓場(chǎng)景。
需要重點(diǎn)關(guān)注的是鉿鉬合金的力學(xué)性能,特別是其高溫抗蠕變特性。在1200℃環(huán)境下仍能保持超過200MPa的抗拉強(qiáng)度(ASTM E8標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試),這種特性源自鉬基體與鉿元素形成的固溶強(qiáng)化效應(yīng)。其熱膨脹系數(shù)(CTE)介于5.8-6.2×10??/℃之間,與許多陶瓷材料匹配良好,這在熱障涂層應(yīng)用中尤為重要。
這類合金的制造工藝頗具挑戰(zhàn)性,通常采用粉末冶金或真空電弧熔煉技術(shù)(VAR)。由于鉬的熔點(diǎn)高達(dá)2623℃,加工時(shí)需要嚴(yán)格控制氧含量(通常低于50ppm)。現(xiàn)代工藝還會(huì)添加微量稀土元素如鑭(La)或鈰(Ce)來改善高溫抗氧化性,氧化速率可降低30%以上。
在核工業(yè)應(yīng)用中,鉿鉬合金的中子吸收截面(104靶恩)特性使其成為理想的控制棒材料。其耐腐蝕性能同樣突出,在高溫水蒸氣中(600℃)的年腐蝕深度不超過0.1mm。值得注意的是,不同鉿含量會(huì)導(dǎo)致材料性能顯著變化,例如含20%鉿的合金硬度可達(dá)HV350,而純鉬僅為HV200左右。
隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展,鉿鉬合金正展現(xiàn)出新的應(yīng)用潛力。通過選區(qū)激光熔化(SLM)工藝成形的部件,其室溫延伸率可提升至15%以上(相比傳統(tǒng)工藝的8%)。目前這類材料主要用于渦輪葉片、火箭噴管等關(guān)鍵部件,未來在聚變反應(yīng)堆第一壁材料領(lǐng)域也極具發(fā)展前景。