“铼与高温合金”系列七《铼在铱合金中的强化效应与铱铼合金的应用展望》
- 分类：应用技术
- 作者：尊龙凯时-人生就是搏合金
- 来源：
- 发布时间：2023-08-01
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【概要描述】用于加工高温合金和其他产热工件材料的切削工具会受到极高的切削温度的影响。考虑到WC-Co-Re硬质合金级别显著增加的高温硬度，它们可以有效地用于加工镍和钴基高温合金。WC-Co-Re硬质合金在这种应用中的另一个优点是可以制备亚微米级和超细级，而无需使用传统的WC晶粒生长抑制剂，因为铼具有非常强的晶粒生长抑制作用，可以确保获得具有极细和均匀显微结构的切削刀片。
“铼与高温合金”系列七《铼在铱合金中的强化效应与铱铼合金的应用展望》
【概要描述】用于加工高温合金和其他产热工件材料的切削工具会受到极高的切削温度的影响。考虑到WC-Co-Re硬质合金级别显著增加的高温硬度，它们可以有效地用于加工镍和钴基高温合金。WC-Co-Re硬质合金在这种应用中的另一个优点是可以制备亚微米级和超细级，而无需使用传统的WC晶粒生长抑制剂，因为铼具有非常强的晶粒生长抑制作用，可以确保获得具有极细和均匀显微结构的切削刀片。
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在许多冶金应用中，铼与金属铱经常一起使用。铱往往用作铼火箭推进器的涂层，并且在许多其他应用中用作耐氧化的涂层。铼的高强度在高温下与铱的耐氧化性和高熔点相结合。同时使用这两种金属的优势在于它们之间不会产生稳定的金属间化合物。同时，铼和铱的合金添加剂还可以提高钨的延展性。
一、铼在铱合金中的强化效应
1、固溶强化和改善蠕变抗性效果
铼的添加对铱能够起到固溶强化和改善蠕变抗性的效果。图1显示了在1600°C和1700°C下，将Ir-5%Re合金以9.8MPa进行测试后得出的蠕变曲线。与Ir-W合金相比，Ir-5%Re合金与熔融晶体材料的反应性较低。此外，在铱中添加铼合金不会降低铱的熔点，但每添加1%的钨，铱的熔点就会降低约7°C。
图1 在1600°C和1700°C下，将纯铱和Ir-5%Re合金以9.8MPa进行测试后得出的蠕变曲线
2、拉伸效果
铼也增加了铱的拉伸性能。在1370°C下，铱中添加了二元合金（0.65% Hf、10% Ru、1.92% W或1.98% Re）后的拉伸性能参见图2。尽管含铼合金的屈服强度和抗拉强度不及含钨合金高，但其抗拉伸长性更高。此外，与纯铱相比，含铼合金具有更高的抗拉伸长性。在1000°C下，在空气中氧化200小时，该合金的质量损失与纯铱相似。而在870°C和770°C的温度下，该合金的氧化速率低于纯铱。
图2 1370°C下的铱合金拉伸性能
二、铼铱合金二元相图及铼铱钨三元相图
六方密堆结构的铼最多可溶解45 wt%的铱，而面心立方结构的铱最多可溶解约40 wt%的铼，如图3所示。其中没有形成任何金属间化合物。铼在高温金属（铌、钼、钽、钨和铼）中是独一无二的，因为它与铂族金属（钌、铑、钯、铂、铱和锇）不会形成金属间化合物。唯一的例外是钯-钨。实验测量了高铼含量的铱铼合金的晶格参数c和a。纯铼的c/a比值为1.612，而Re-40 at. % Ir的c/a比值为1.588。
图3 Ir-Re的二元相图显示这两种金属的相互溶解性很高，并且没有金属间化合物的存在
铱和铼都不形成稳定的碳化物。铱在共晶温度2295°C下的碳溶解度为0.2%。铼在共晶温度2486°C下的碳溶解度为0.8%。图4显示了在820°C至1256°C温度范围内，碳在这两种金属中的溶解度。铼中的碳溶解度从70 ppm增加到1200 ppm，而铱中的碳溶解度从15 ppm增加到150 ppm。
图4 在820°C到1256°C的温度范围内，碳在铱和铼中的溶解度
2、钨铼铱三元相图
由于钨铼合金的广泛应用以及铱在高温氧化环境中用作涂层材料，W-Re-Ir三元相图引起了特别关注。图5显示了在1500°C下该三元系统中高含量钨的等温截面。随着铼含量在0至40%范围内的增加，铱在钨-铼合金中的溶解度降低。铱在三元相图的大部分区域稳定了σ相。关于使用铱作为涂层的情况，相图表明，虽然涂层铱与铼不会形成金属间化合物，但所有高含量钨-铼合金将在高温下形成金属间反应层。
图5 在1500°C下，富含钨的W-Re-Ir三元相图的等温截面
三、铱铼合金的应用
虽然铼和铱是三种最重的金属中的两种，但它们似乎并不适合作为航天器发动机的材料。然而，事实上，使用这两种金属使得卫星轨道进入和反应控制推力室的性能得到了显著提高。铼和铱之所以能在航天领域起到重要作用，主要是因为具有以下几种特性：
（4）铼和铱的合金能够通过化学气相沉积（CVD）制备成理想形状。
这些特性使得铼和铱成为在航天器发动机中的理想选择，并在卫星轨道进入和反应控制推力室的性能方面取得了显著的改进。
在火箭的喷管外镀铱以产生耐氧化涂层的应用已经发展了数年。这一应用的生产工艺大致为：使用化学气相沉积（CVD）将铱沉积到钼芯轴上，然后通过CVD沉积铼，并对钼芯轴进行化学溶解。铼的高强度与铱涂层的耐氧化性相结合。由于铱铼不会形成金属间化合物，因此即使在高达2200°C的极高工作温度下，仍然能够保持涂层的延展性，有助于最大限度地减少涂层的脱落，并增加了涂层的耐热冲击性能。
图6 喷嘴的区域和材料
本文参考文献：
[1. ]Iridium-Coated Rhenium Thrusters by CVD , John T. Harding, John M. Kazaroff, Marshall A. Appel
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