W-Re合金的制备、性能及应用

在W中加入Re产生“铼效应”能够起到提高合金强度、改善合金塑性、降低韧脆转变温度的作用。W-Re合金具有优异的高温力学性能、物理化学性能和耐腐蚀性能,在航空航天、工业生产、武器装备等领域应用广泛。本文从W-Re合金的制备加工、晶体结构、组织性能及应用四个方面,系统阐述了W-Re合金的研究现状,并结合其应用前景对其发展方向进行展望。

W-Re合金构件气氛保护等离子喷涂成形技术

采用包覆法制备W-5%(质量分数)Re复合粉末,采用气氛保护等离子喷涂成形技术制备某实验型固体火箭发动机喷管(Solid Rocket Motor,SRM),研究2300℃真空烧结时喷管致密度﹑组织结构及显微硬度﹑抗拉强度、压缩强度等性能随烧结时间的变化规律。研究表明:喷涂成形件为典型的柱状晶层片结构,粒子层片结合部位存在较多孔隙及微观缝隙,成形件致密度为87.5%,其显微硬度﹑抗拉强度、压缩强度分别为321.8 HV_(0.025),57.9 MPa及390.2MPa。随着真空烧结时间由2 h延长至6 h及8 h,W-Re合金逐渐由定向凝固柱状晶层片结构转化为颗粒状结构,致密度及力学性能均随之提高。其中经8 h烧结处理后,W-Re合金致密度、显微硬度、抗拉强度、压缩强度及屈服强度分别增加至98.6%,529.7 HV_(0.025),384.7 MPa,1466.5 MPa及879.6 MPa。由于Re元素可提高W-Re合金的再结晶温度,有效细化晶粒,显著提高合金的程度及塑性,等离子喷涂成形W-Re合金经真空烧结后可观察到明显的Re效应。

W-Re高比重合金的SPS烧结

采用放电等离子烧结(SPS)设备制备了W-Re高比重合金,烧结温度为1800℃,烧结压力为40MPa,保温时间为5min。对SPS烧结的W-Re合金试样进行了密度、硬度等性能测试。采用金相显微镜观察试样的金相组织、晶粒大小。结果表明:采用SPS烧结,可以在较低的温度下实现W-Re合金的致密化,并能有效控制晶粒长大,提高材料的硬度。

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定W-Re-HfC合金中铼、铪

对W-Re-HfC合金中各元素含量的精确控制是改善合金高温力学性能和抗烧蚀性能的关键,本研究采用盐酸-氢氟酸-硝酸体系分解试样,进行了待测元素分析谱线选择、干扰因素消除、仪器参数优化以及加标回收试验。结果表明,在分析谱线Re 221.426 nm、Hf 282.022 nm处,标准溶液浓度梯度线性范围内的校准曲线线性关系良好。所测元素的加标回收率为99%~106%,所测元素的相对标准偏差为0.91%~4.23%(n=5)。该方法前处理过程快捷简便、测定结果准确可靠,为W-Re-HfC合金中铼、铪的检测提供了切实可行的分析手段。

退火温度对掺杂W-Re丝组织和性能的影响

研究了退火温度对３种含Ｒｅ量不同的掺杂Ｗ－Ｒｅ丝组织和性能的影响。结果表明：退火温度改变了掺杂Ｗ－Ｒｅ丝的抗拉强度、延伸率、电阻率、弯折性能及晶粒组织。３种含Ｒｅ量不同的掺杂Ｗ－Ｒｅ丝的抗拉强度随退火温度的提高而降低；在相同退火温度下含Ｒｅ量提高，强度越大。当退火温度升至１６００℃时，３种掺杂Ｗ－Ｒｅ丝的延伸率达到最高值，随着退火温度继续升高，延伸率明显下降。Ｗ－Ｒｅ丝电阻率随退火温度提高和Ｒｅ含量增加呈线性增加。掺杂Ｗ加入少量Ｒｅ后，再结晶温度被提高且再结晶温度随Ｒｅ含量增加而降低。掺杂Ｗ－３Ｒｅ丝的再结晶组织形貌与非掺杂Ｗ－３Ｒｅ丝是不同的。非掺杂Ｗ－３Ｒｅ丝的组织形貌类似于纯Ｗ。

Ni-Cr-W-RE合金粉末喷熔层的显微组织与耐磨性能

对Ni Cr W RE合金粉末喷熔层的微观组织与耐磨性能进行了分析研究,结果表明:喷熔层中的析出相主要有硼化物和碳化物;这些硬质相分布均匀、细小、边缘圆滑,耐磨性能很好;Ni Cr固溶体基体对耐磨相有很好的支持力度;喷熔层与基体之间有少量的元素相互扩散,形成良好的冶金结合,结合界面呈现细条白亮带;耐磨性能是高碳高铬铸铁的6倍,是ZGCr5Mo耐磨钢的11倍。

W-Re二元合金弹性和热力学性质的第一性原理计算

本工作采用基于密度泛函理论的第一性原理方法从原子尺度对不同成分W-Re二元合金的弹性性能和热力学性能进行了研究。根据特殊准随机模型构建不同成分合金的无序固溶体模型,并对其晶格结构进行了优化。计算结果表明,随着固溶体中Re原子浓度的增加,生成焓和结合能的数值变大,固溶体越难生成,固溶体的稳定性越差。通过电子态密度对固溶体稳定性进行了解释。采用应力-应变法对优化后结构的独立弹性常数进行计算,结果表明,本工作构建的所有固溶体均满足力学稳定性判据。根据V-R-H(Voigt-Reuss-Hill)近似对固溶体各项力学常数进行计算,结果表明,随着固溶体中Re原子浓度的增大,其体模量不断增大,剪切模量和杨氏模量不断减小。由各脆韧性判据可知,各固溶体均呈韧性,且提高Re原子的浓度会提升固溶体的韧性。最后在准谐近似的基础上计算不同成分合金的声子谱和相应的声子态密度,W 12 Re 4声子谱中存在大量虚频,表明该结构不能稳定存在。本工作可为W-Re合金的相关实验研究和实际生产提供一定的参考。

W-Re-HfC合金的界面反应及高温拉伸性能

采用氢气烧结结合热等静压致密化制备了W-Re-0.3HfC及W-Re-0.5HfC合金,并对其微观组织、界面扩散与反应、高温拉伸性能及断口形貌进行了观察与测试。研究结果表明,通过热等静压致密化处理后,W-Re-HfC合金相对密度明显提高,达到96.1%以上,合金晶粒尺寸小于20μm,HfC颗粒弥散分布在合金晶内及晶界处。能谱分析发现,HfC在烧结过程中与H2发生缓慢反应,出现C向W基体中的扩散现象,同时C在晶界处的偏聚也降低了晶粒界面的结合强度。高温拉伸结果表明,HfC含量从0.3%增加到0.5%,使W-Re-HfC合金的高温强度及塑性同时得到改善,随拉伸温度从1300℃升高到1500℃,合金塑性变形能力明显增加。W-Re-HfC合金高温拉伸断口呈韧窝状,HfC颗粒分布在韧窝底部。

Mo-Re和W-Re二元体系的热力学和相图优化

应用CALPHAD方法和Thermo-Calc软件,对Mo-Re和W-Re二元系进行了热力学优化,得到了与试验数据及第一性原理计算结果吻合较好的结果。由于Mo-Re和W-Re体系较为相似,同时进行优化,尤其是对Re端际的补充熵进行了统一,建立了更为合理的Mo-Re和W-Re相图。

W-Re/石墨复合材料的制备、微观组织及性能

以W–Re片和石墨块为原料,Mo/Zr混合粉为焊料,在1850℃和30 MPa的条件下通过真空热压烧结制备了W–Re/石墨复合材料,对复合材料的微观组织、剪切断口及室温剪切性能进行了分析。研究结果表明,在热压烧结复合材料的Mo/Zr焊料层中发生了明显的分层现象,靠近石墨区域的物相组成是ZrC和Mo2Zr,靠近W–Re区域的物相组成是Mo2Zr和锆基固溶体(Zrss)。复合材料的断裂主要发生在焊料与石墨界面上,焊料并未明显渗透到石墨中,未能形成钉扎作用,试样的室温剪切强度约5 MPa。

放电等离子烧结W-Re-HfC合金的微观组织及力学性能

采用放电等离子烧结法制备了不同HfC含量(1%,5%,10%(质量分数))的W-Re-HfC合金,并对其微观组织、室温压缩性能及断裂韧度进行了观察与测试。研究结果表明,随HfC含量增加,W-Re-HfC合金的烧结相对密度略有下降,HfC颗粒弥散分布在合金晶内及晶界处,对晶粒的细化作用明显。W-Re-HfC合金的室温抗压强度及断裂韧度随HfC含量的增加得到很大提高,HfC含量从1%增加到10%,合金室温抗压强度提高了80%。当HfC含量为5%时W-Re-HfC合金表现出了最优的压缩塑性变形能力。

选择性激光熔化W-Re合金成形工艺与性能研究

由于钨(W)的高熔点等固有特性,获得高致密度的W及W合金制件一直是个难题。采用不同方法研究了W-Re合金的选择性激光熔化中工艺参数调整及铼(Re)加入的条件对成形试样致密度、微观形貌以及力学性能的影响。结果表明,一定工艺参数范围内,W-Re合金制件的致密度与激光功率成正比,与扫描速度成反比。且当激光功率为180 W,扫描速度为600 mm/s,扫描间距为0.03 mm时,致密度达到了最大值96.1%。通过优化工艺参数,减少了孔洞的出现,达到了细晶强化,使得最高硬度达到550 HV。分析物相可知,Re的置换固溶使W衍射峰发生向右偏移,在高温下,Re对W起到固溶强化作用。对比纯W与W-Re合金可以发现,加入Re后,选择性激光熔化W-Re合金试样的致密度、硬度及裂纹的大小和形态均优于纯W试样。

变形量对钨铼合金物理性能的影响

钨铼合金材料具有良好的室温韧性和耐高温性能,在真空电子器件领域有着广泛的应用前景。采用粉末冶金及高温轧制工艺制备了对数应变分别为0.75、1.10、1.47、2.36的钨铼合金板坯,研究了不同变形量下钨铼合金的物理性能的差异。结果表明,随着变形量的增加,钨铼合金的相对密度与维氏硬度都呈现出先快速上升后趋于平缓的趋势。变形量的增加会提高钨铼合金的导热性能。变形量为0时,钨铼合金的室温导热系数约为35 W/(m·K);而对数应变为2.36时,其室温导热系数升至40 W/(m·K)。同时钨铼合金的导热性能与温度的变化关系呈现出与纯钨相反的趋势,钨铼合金的导热系数随着温度的升高而增加。

搅拌摩擦焊用钨铼合金的研究进展

搅拌摩擦焊接技术是一种环保、低成本的固相连接技术,已经在航空航天、轨道交通和新能源汽车等领域得到广泛应用。对于高熔点合金材料如钛合金和不锈钢的搅拌摩擦焊接而言,搅拌头材料成了主要制约因素。钨铼(W-Re)合金凭借其高熔点、高硬度和强抗腐蚀性等优点,已成为研究和应用最热的搅拌摩擦焊接高熔点合金的搅拌头材料。本文综述了近年来在搅拌摩擦焊工艺中以W-Re合金作为搅拌头材料的制备方法、复合强化技术和应用场景的研究进展。此外,还展望了拓宽W-Re合金在搅拌摩擦焊领域应用的前景,包括降低W-Re合金的生产成本和提高其服役寿命等方面,旨在推动W-Re合金搅拌头材料在搅拌摩擦焊领域的进一步应用和发展。

化学气相沉积钨铼合金工艺研究

以ReF6、WF6及H2为原料,用化学气相沉积法,成功地在铜基体表面沉积出钨铼合金。试验分析表明:合金成分均匀,且可由反应气体配比控制,随ReF6增加,合金中铼含量增加;沉积层组织和形貌随沉积温度升高或反应气体中ReF6的增加,由致密的柱状晶发展为杂乱的树枝晶;沉积层结构随ReF6的增加由单一固溶体向固溶体+金属间化合物+铼单质发展。

医用^(188)W-^(188)Re发生器的制备

采用酸性Ａｌ２Ｏ３为吸咐剂制成医用１８８Ｗ－１８８Ｒｅ发生器。以生理盐水或生理盐水添加抗坏血酸为淋洗剂，并以真空快速淋洗，发生器在３个月使用期内，淋洗效率达７０％以上，１８８Ｗ的穿透率小于１０－４％，１８８Ｒｅ放射性核纯度和放射化学纯度均大于９９％。

钨铼热电偶在空气中的热电动势稳定性及其特性研究

为了解决钨铼热电偶在实际使用中遇到的问题，本文探讨了钨铼热电偶在空气中的高温稳定性规律。研究结果发现：钨铼热电偶由于某一极完全氧化而导致材料性质发生了质变，从而引发了与之相应的热电性质的根本改变；首次揭示出钨铼热电偶两极的稳定性在不同温度下是不同的；发现了钨铼热电偶的体电阻与热电势具有同时突变的特性，从而，可以通过测量电阻变化对其寿命进行预报。本项研究结果为钨铼热电偶的生产及合理使用提供了理论依据。

有临床应用意义的^(188)W/^(188)Re发生器的研制

对18 8 W / 188Re发生器的吸附条件及装柱工艺等进行了研究 ,确定了最佳的吸附条件及吸附容量等重要参数 ,制备了以酸性氧化铝为吸附剂的医用188W / 188Re发生器 ( 7 4 0GBq) ,可用生理盐水淋洗得到188Re。188Re的淋洗效率在 3个月之内大于 70 % ,188W的漏穿率小于 10 - 4% ,核纯度和放射化学纯度均大于 99%。

^(188)Re─—一个有希望的治疗用放射性核素

综述了^（１８８）Ｒｅ－高铼酸钠的物理化学性质、核性质和体内生物学行为；^（１８８）Ｗ－^（１８８）Ｒｅ发生器的制备；^（１８８）Ｒｅ标记化学及目前^（１８８）Ｒｅ及其标记化合物在肿瘤治疗、关节滑膜切除和防止动脉血管术后再狭窄等方面的临床研究最新进展。

廉金属热电偶的现状与展望

本文重点介绍新型廉金属热电偶，镍铬硅—镍硅热电偶及钨铼热电偶的结构、性能及应用现状。探讨了钨铼热偶的防氧化技术、稳定性及使用寿命。结果表明，采用实体型抗氧化钨铼热电偶替代铂铑热电偶，用于工业过程检测，不仅性能稳定，使用寿命长，而且价格便宜，管理方便，是今后的发展方向。