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nickler

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[交流] 什么是高温铌合金

铌是一种坚硬、有光泽、银灰色且柔软的可延展金属，在外观上有些象不锈钢。商用铌合
金强度稍低，但具有极好的
延展性，并能在必要的退火之前进行冷加工。为应用于原子能和航空工业，在60年代初
进行了高温铌合金的研
究。今天，它们应用在通讯卫星、人体成象设备和多种高温零件上。
生产方法    铌合金原来采用高温真空烧结和碳还原的粉末冶金方法。在60年代早
期，铝热还原和电子束提
纯成为标准的生产方法。
在铝热还原中，Nb2O5和铝粉末首先混合在一起，然后经放热反应形成粗铌金属和
AL2O3熔渣。粗铌含有杂质，
包括铝和氧。在升高的温度下这些杂质比铌金属有更高的蒸气压。由于蒸气压的不同，
金属可以用电子束熔炼法进
行商业提纯。但是，低蒸气压杂质（如：铊、钨）不能用电子束熔炼法除去，这些杂质
必须在铝热还原之前，用
其它的液体提取法除去。典型的电子束熔炉能够产生500～5000kW的功率，能够提纯直径
为300～500mm，长度超过
2m的金属锭。滴熔炼（drip-melting）是现在标准的电子束熔炼方法，但是，随着更高
功率熔炉的研制，炉熔炼
可能会用于实践。
铌合金是加入了适当的元素，并采用真空电弧再熔炼的方法制成。最常用的金属添
加剂是锆、铊和铪，它们是
在电弧熔融过程中加入铌溶液的。
商业铌合金的特性常用的高温铌合金主要用固溶增强方式增强，合金中还存在
少量的第二相微粒。这些微
粒的构成不同，但一般都和构成氧化物、氮化物和碳化物的填隙杂质有关。由于第二相
的大小、分布经常对合金的
机械性能和再结晶有很大影响，所以这些微粒是非常重要的。
总的来讲，铌合金比另外的活性金属（如钛、锆）的耐杂质性弱得多。含有在晶粒
之间构成连续晶界的第二相
微粒的合金极大地降低拉伸伸度。这种情况会在污染和不适当地热处理时产生。在焊接
过程中可能会偶然加入铜，
将会对合金的机械性能产生不良后果。在铌中可允许的氧、氢、碳和氮含量是钛或锆的
1/5～1/10。
所有的商业合金在室温下都有很好的延性。在室温和升高的温度下WC-3009合金有最
高的拉伸强度。FS-85合
金有超强的蠕变强度。这是由于它具有较高的能随铊和钨浓度增大而增高的熔点。
零件的制作目前，商业合金供应厂家将合金铸成圆锭，如：便于卷成圆板的矩
形，或用于管材制造的圆
筒。零件在接近合金再结晶温度时采用高温挤压及锻造来制备，一般温度为1000-1300℃
。多数商业合金具有很好
的延展性，能够加工成不同的产品，例如：片、箔、棒、线和管，其冷收缩常常超过70%
。几乎可以使用所有的普
通金属成型加工方法，将铌合金加工产品制成复杂形状，如，密模锻造、旋压成型、液
压成型和焊接。
高温应用    铌合金最常用于钠蒸汽灯。Nb-1Zr合金具有优异的成型性、焊接性，
在钠蒸汽环境下寿命长。
钠蒸汽灯的小管状Nb-1Zr合金由无缝管制成，最近是通过由片拉成管的方法制成。这种
灯泡电效率高，寿命长，超
过25000h，在世界上广泛用于高速公路照明。
航空工业上可用于1100～1500℃下，高强度的C-103合金是铌工业的主要产品。其有
优异的冷加工和焊接性，
易于密模锻造，用于推力锥和高温阀等。C-103合金没有抗氧化性，可用硅化物涂层覆盖
零件，涂层除硅外，还有
铬、铁、镍和铪等元素。涂覆的C-103合金，成功应用在普拉特-惠特尼涡轮发动机中的
推力增加器阀板上，这些
阀板放置在发动机的尾部后燃室，构成一高温隔离室，温度达1200～1300℃。
铌合金用于国家航天飞机上的高温部件，超音速机翼前缘和鼻锥部分可以用其制成
，起到热管热控制系统的功
能。典型的500g铌热管能散发10kW的热量，等温工作在 1250～1350℃下。
近来进展    自70年代早期，铌合金研究重点转至降低铌合金成本和生产近净型部
件上。最近20年，研究人
员尝试用熔模精密铸造制造零件。
熔点高于2400℃的铌合金可以铸造，其微结构比锻造的微结构延性差。铌比钛或其
它常用的铸造材料贵。
粉末冶金研究已成熟，最常用的航空合金是C-103和高强度Nb-30Hf-9W合金。铌的高
熔点和强反应特性，使粉
末冶金法加工铌合金的合金粉末制备最困难。由于离心雾化加工粉末生产成本高，故近
净型铌合金生产不经济。

[ Last edited by terry-adam on 2006-11-19 at 15:45 ]

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