鉬的熔點為 2620℃，高溫強度、硬度和剛性大，在各種介質(zhì)中的抗熱震性能、抗腐蝕性能、導(dǎo)熱及導(dǎo)電性能良好。鉬合金具有某些特殊的工藝性能，在航天航空、能源電力、微電子、機械加工、醫(yī)療器械、照明、玻璃纖維、國防建設(shè)這些領(lǐng)域得到了很廣的應(yīng)用。
一、鉬合金的研發(fā)現(xiàn)狀
1、 固溶強化鉬合金
固溶強化鉬合金提高了純鉬的性能，其一般需要通過添加合金元素，其中包括添加微量固溶元素和大量固溶元素的兩種鉬合金。添加微量固溶元素的鉬合金主要有鉬中添加微量鈷（Co）元素，鈷均勻分布在鉬的晶格內(nèi)，可以起到固溶強化的作，提高了純鉬的塑性 。鉬鎢系合金是添加大量固溶元素的強化型合金典型代表性材料，其目的是通過大量鎢元素的添加與鉬形成合金固溶體來提高鎢鉬系合金的耐熱強度和硬度。鉬與鎢可無限固溶，當(dāng)在鉬中添加超過 20%的鎢時大大提高了合金的耐熱強度。 研究發(fā)現(xiàn)，鉬鎢合金(Mo-(5～30)W)還具有優(yōu)良的耐液態(tài)鋅腐蝕的能力。
2、摻雜鉬合金
ASK 摻雜鉬合金是在還原氧化鉬之前加入鋁（Al）、鉀（K）及硅（Si）的混合物，鋁、鉀和硅元素都混合在鉬粉顆粒中，鋁會在燒結(jié)時揮發(fā)排除，最終在燒結(jié)棒中將殘留硅、鉀和硅鉀化合物 。由于它們在鉬中是不溶的，所以最終被封入“鉀泡”中，而且直徑很小，并能形成再結(jié)晶鉬晶粒，其結(jié)構(gòu)為燕尾狀連鎖的長晶搭接結(jié)構(gòu)，這樣的晶粒結(jié)構(gòu)使 ASK 摻雜鉬合金在高溫下具有更高的強度、韌性和優(yōu)良的蠕變性能。“鉀泡”理論認為 ASK 摻雜鉬合金經(jīng)過大變形加工后，鉀泡阻礙了晶界移動和位錯運動，從而提高了鉬合金的力學(xué)性能。
3、 氧化物/碳化物摻雜鉬合金
碳化物摻雜鉬合金是添加鈦（Ti）、鋯（Zr）、鉿（Hf）等活性元素反應(yīng)生成難熔碳化物（TiC，ZrC，HfC）的鉬合金。其中應(yīng)用最廣泛的碳化物摻雜鉬合金是添加 TiC 和 ZrC 所制備的 TZM 合金，該鉬合金具有較純鉬及 ASK 摻雜鉬合金更高的強度和韌性 。
碳化物的彌散強化作用在 1400~1500℃以上使用時由于碳化物不穩(wěn)定會導(dǎo)致鉬合金的力學(xué)性能降低，而在此溫度條件下高熔點的氧化物摻雜鉬合金則表現(xiàn)出優(yōu)越的性能 。但由于稀土氧化物摻雜鉬合金的強度和韌性較純鉬和其他鉬合金都有明顯的提高，從而被受到廣泛研究。稀土氧化物摻雜鉬合金，又稱氧化物彌散強化鉬合金，是添加 La2O3 、Nd2O 3 、CeO2 、Y2O3 等稀土氧化物的鉬合金。這些稀土氧化物的加入不僅提高了鉬合金的再結(jié)晶溫度,同時提高了鉬合金的高溫抗蠕變性能。鉬中添加稀土氧化物與鉬中添加硅、鋁和鉀不同的是：鉬中添加稀土氧化物是稀土氧化物粒子再結(jié)晶時沿軸向排列來影響金相組織；而鉬中添加硅、鋁和鉀是以鉀泡存在的方式來使金相組織呈燕尾狀搭接結(jié)構(gòu) 。
二、鉬合金的應(yīng)用
鉬是鋼鐵工業(yè)不可缺少的極為重要的添加劑。鉬的化工產(chǎn)品是石油工業(yè)、金屬防腐、顏料化工不可缺少的原料。這些特點促使鉬和鉬合金在各個工業(yè)部門都有很廣闊的應(yīng)用。圖1所示為 2016 年鉬的消費領(lǐng)域及所占比例。金屬鉬和鉬合金在當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用，其中主要的應(yīng)用領(lǐng)域有：
圖1 2016 年鉬的消費領(lǐng)域所占比例
1、 鋼鐵工業(yè)
鋼中添加鉬可起到細化晶粒的作用，使鋼獲得均勻的微晶結(jié)構(gòu)，降低共晶分解溫度，擴大熱處理和淬火溫度范圍，增加鋼的淬火硬化深度。最終使得鋼的硬度和韌性、抗蠕變性能和耐腐蝕性能都得到改善 。含 0.3%的鉬鋼比含 1%的鎢鋼的高溫性能更好。鑄鐵中添加鉬使得其組織均勻，同時改善它的高溫性能、耐磨性能和耐酸性能 。耐熱合金和耐腐蝕合金中都包含有少量的鉬，耐腐蝕性能隨著鉬含量提高而變好。
2、金屬壓力加工行業(yè)
鉬合金不僅高溫下的強度和硬度比較高，而且熱物理性能好，決定了它用于制作鋼或合金熱加工的工具材料。添加鉬的模具可用于擠壓型鋼和其它合金型材。鉬壓鑄模和鉬芯棒是壓鑄鋁、銅、鋅的優(yōu)良元件。TZM 合金芯棒可以避免熱裂和鑄件粘結(jié)有關(guān)的質(zhì)量問題。在精煉鋅的設(shè)備上采用 Mo-30W 合金制造壓鑄機的泵、活門和攪拌器熱電偶管套的零件，具有非常好的穩(wěn)定性。同時，鉬絲是電火花線切割的電極絲 ，其放電性能穩(wěn)定可用于切割各種金屬材料 。
3、電光源、電真空行業(yè)
鉬的熔點為 2620℃，其在高溫下還具有較高的強度和良好的導(dǎo)電性，因此廣泛的應(yīng)用在電光源和電真空行業(yè)。如用作電燈泡中鎢絲支撐材料，封裝在石英玻璃的導(dǎo)電桿，真空電子管的柵極和二級整流管陰極材料等。這是由于鉬的硬度高，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能好，在電弧作用下的抗燒蝕能力強。此外，鉬和水銀浸潤性能好，又不和水銀發(fā)生反應(yīng)，因此確保用作水銀開關(guān)的電極材料。由于鉬和硅的熱膨脹系數(shù)相近，因此多用于硅整流器的托盤。鉬箔也常用作硫化鎘的載體材料在太陽能電池中，與玻璃載體相比，改善了它的塑形和撓性 。鉬錸合金是真空或其它儀表的遠景材料。鉬錸合金的多次斷路穩(wěn)定性比鎢發(fā)熱體高得多。高純鉬（純度達 99.99%以上）用于芯片制造的布線材料，Mo-Cu 合金用于封裝材料上。
4、表面工程行業(yè)
鉬濺射靶材主要用于平面顯示、半導(dǎo)體、太陽能電池、機械、汽車、玻璃、裝飾、醫(yī)療等行業(yè)，它的使用會使液晶顯示器（LCD）更加清晰。鉬具有良好的導(dǎo)電性與高溫制程穩(wěn)定性，與薄膜太陽能電池（CIGS）形成良好的歐姆接觸，此外，鉬作為玻璃與 CIGS 的接口，與鄰近材料相似的熱膨脹系數(shù)，可以避免高溫制程下微結(jié)構(gòu)的匹配問題，大幅減少制程中熱應(yīng)力造成的缺陷。在生產(chǎn)過程中，一般采用直流濺鍍的方式在基體上沉積一層鉬薄膜當(dāng)作鉬電極。鉬在 CIGS電池組中的應(yīng)用如圖 1-2 所示。同樣靶材生產(chǎn)中用到 Mo-Na，Mo-Nb，Mo-W 等。
圖2 CIGS 電池簡圖
5、高溫爐行業(yè)
鉬在高溫爐行業(yè)得到廣泛應(yīng)用是由于其在高溫下的蒸汽壓較低。通常用作高溫爐、真空爐和氣氛爐的發(fā)熱體，支撐架的結(jié)構(gòu)件、隔熱屏、底盤、導(dǎo)軌和高溫器皿。這是由于它兩個特殊的優(yōu)良性能決定的：第一是二硅化鉬發(fā)熱元件是高溫下工作的一種電阻元件，它的高溫抗氧化性非常好，這是由于它在空氣中加熱時其表面會與氧氣反應(yīng)，而生成的二氧化硅保護膜可以避免發(fā)熱元件再被氧化；第二個是二硅化鉬發(fā)熱元件的電阻率隨著溫度的升高而迅速增加，使得發(fā)熱元件在低溫時功率較大確保升溫速率大，而高溫時功率反而變小，確保了材料不會產(chǎn)生過熱的危險。二硅化鉬電爐具有低能耗、快速升溫、穩(wěn)定的產(chǎn)品、清潔的環(huán)境和低維護費用特點 。
6、玻璃工業(yè)
在玻璃工業(yè)中常用鉬取代鉑。由于在熔融的玻璃中鉬的抗腐蝕性能特別好，因此，鉬被用作玻璃纖維、鈉鈣玻璃和高硼玻璃的常用電極。此外，最新的研究表明，由于鉬具有較高的高溫強度、易加工性能和玻璃成分的兼容性，因此常用作玻璃熔體的攪拌器、隔熱屏和熔融電極。
同時，少量鉬的融入并不會影響玻璃的變色性能。由于金屬鉬中可以做到碳的含量非常低，因此可以有效防止碳與玻璃熔體反應(yīng)生成二氧化碳氣泡。研究表明，鉬的光致變色特性可以用于變色玻璃的生產(chǎn)。
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