2013 钼合金及其粉末冶金技术研究现状与发展趋势_杨政伟.pdf

第 42 卷 第 4 期 有色金属加工 Vol. 42 No. 4 2013 年 8 月 NONFEＲＲOUS METALS PＲOCESSING August 2013 钼合金及其粉末冶金技术研究现状与发展趋势 杨政伟 ( 金堆城钼业股份有限公司，陕西 西安 710077) 收稿日期: 2013 － 04 － 22 摘 要: 系统总结了钼合金及其粉末冶金技术的研究进展和工业应用现状。分析了钼材料脆性产生的两大 原因: 本征脆性和间隙杂质在晶界上的富集。系统论述了钼金属的主要强韧化技术的作用机制及发展现状。 依次论述了钼粉末冶金理论、超细( 纳米) 钼粉、超大钼粉、高纯钼粉、新型钼成型技术、新型钼烧结技术等钼 粉末冶金技术的原理、特点和工业应用现状，并分析了其发展前景。 关键词: 钼合金; 脆性; 强韧化; 粉末冶金 中图分类号: TF12 文献标识码: A 文章编号: 1671 － 6795( 2013) 04 － 0004 － 04 钼具有高弹性模量、高耐磨性、高熔点、低膨胀系 数、良好的导热导电性等诸多优异的物理、力学性能 和良好的化学稳定性，对大多数酸、金属熔体和熔融 玻璃保持惰性。因此，钼及钼合金在冶金工业、电子 工业、宇航工业、化学工程、核工业等高温、高压、高腐 蚀领域有着广泛的应用和良好的前景。 本文系统总结钼合金及其粉末冶金技术的原理、 技术特点、设备结构和工业应用现状，并分析其发展 前景。 1 钼金属的脆性分析 钼的脆性问题一直是困扰其成形和应用的主要 问题之一。钼制品大多采用粉末冶金法生产坯料，钼 坯料具有粗大的等轴晶组织，经过锻造、轧制、拉拔等 变形后，其组织严重畸变。即使经过去应力退火处 理，仍具有很高的畸变能。这种组织在热力学上处于 不稳定状态，在高温使用过程中，组织逐步松弛，在 900℃便开始发生再结晶。再结晶后钼金属很容易出 现脆性断裂，材料的性能大幅度下降［1］。 钼的脆性主要有两个来源: 一是钼的本征脆性; 二是间隙杂质在晶界上的富集。 钼的本征脆性主要是其电子分布特点所决定［2］。 钼原 子 的 最 外 层 和 次 外 层 电 子 均 为 半 满 状 态 ( 4d55s1 ) ，d 电子层呈非对称分布，原子结合力具有方 向性，d 层电子相互作用时表现出共价键属性; 而 5s1 电子层具有球对称性，体现出金属键属性。在不同条 件下，起作用的结合键发生变化，从而钼金属表现出 不同的塑脆特性。当金属键起作用时，钼金属以塑性 变形为主; 当共价键起作用时，钼金属可能出现脆性 断裂。随着温度降低，金属外层电子间由金属键向共 价键转变，当温度低于塑 － 脆转变温度( DBTT) 时，表 现出明显的共价键特征，晶格阻力急剧增大，可动位 错减少，交滑移变得困难，位错运动倾向于平面滑移， 导致在钼晶界上产生应力集中，从而出现沿晶脆性断 裂趋势。 影响钼脆性的间隙杂质主要是 C、O、N 等，钼金 属对这些间隙原子在晶界的偏聚非常敏感。氧易与 其它元素形成氧化物偏聚于晶界和晶内，阻碍晶界滑 动，对 钼 的 塑 性 危 害 较 大。少 量 的 氮 ( 15ppm ～ 30ppm) 增大钼的沿晶脆性危险［3］。大量的碳元素在 晶界上富集将导致钼的脆性。此外碳氧原子比也对 钼的脆性产生影响［4］。当 C /O 小于 2 时，氧含量较 多，钼的塑性变差; 当 C /O 超过 2 时，碳化物析出，钼 晶界得到强化，脆性降低。 2 钼金属的强韧化技术发展 ( 1) 固溶强韧化 近年来国内外对通过添加合金元素形成固溶体 来改善纯钼的性能进行了大量研究，形成添加微量固 溶元素和添加大量固溶元素的两大类钼合金。 微量 固 溶 强 化 型 合 金。这 类 合 金 主 要 指 Mo- 0. 5Ti、Mo-0. 5Zr 等二元系钼合金。主要依靠将少量 合金元素( 主要是 IVB 族元素) 加入固溶体中，并在基 体中形成弥散的( Mo，Ti) x O y 、( Mo，Hf) x O y 颗粒［5］， 来提高钼合金的性能。但当 Ti 添加过量时，在晶粒之 第 4 期 有色金属加工 间产生过量的( Mo，Ti) x O y 颗粒，晶界强度下降。 大量固溶强化型合金 这类合金指钼钨、钼铼系 合金。主要依靠大量合金元素的加入与钼形成固溶 体来提高合金的耐热强度和硬度。Mo、W 同为体心 立方结构，可形成连续固溶体，Mo-W 系合金具有很高 的高温强度，但过多的固溶原子造成钼基体很大的晶 格畸变，其加工性能变差，从而限制了其广泛应用。 Ｒe 可以提高钼合金的再结晶温度，提升钼合金的高 温性能，大幅度地降低塑 － 脆转变温度，减弱钼合金 的各向异性，提高钼合金的加工性能、理化特性和热 电特性等，形成所谓“铼效应”［6］。目前 Mo － Ｒe 系有 M