不同錸含量對(duì)鉬錸合金性能影響研究概述

辛 甜，李延超，林小輝，常 恬，高選喬，梁 靜

(西北有色金屬研究院，陜西 西安 710016)

0 引 言

難熔金屬鉬具有優(yōu)異的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、耐腐蝕性能，以及低熱膨脹系數(shù)、較高的硬度和高溫強(qiáng)度，但是純鉬為體心立方結(jié)構(gòu)(BCC)，在室溫下塑韌性、加工性能、焊接性能普遍較差，還有易氧化、再結(jié)晶脆性等缺點(diǎn)，限制了純鉬在工業(yè)上的應(yīng)用。技術(shù)人員研發(fā)出了多種改善純鉬低溫脆性的方法，例如控制雜質(zhì)元素、改進(jìn)回火熱處理工藝參數(shù)或者添加適量的過(guò)渡合金元素。其中添加合金元素尤其是錸(Re)元素是被普遍認(rèn)為對(duì)改善金屬鉬低溫脆性最有效的方法之一[1-2]。

添加錸元素可以使得純鉬具有較好的強(qiáng)度、塑性以及低溫和高溫力學(xué)性能，同時(shí)能夠降低其韌脆轉(zhuǎn)變溫度(DBTT)，提高再結(jié)晶溫度。除此之外，加入錸元素后，使得純鉬的各向異性有所減弱，提高了鉬合金的熱學(xué)性能及加工性能，該現(xiàn)象即為“錸效應(yīng)(rhenium effect)”[2]。目前錸元素對(duì)純鉬的影響原因可以歸納為4點(diǎn)：(1)錸元素與Mo和O形成了MoReO4型氧化物，替代了原本的MoO2氧化物，同時(shí)能夠不浸潤(rùn)晶界，使得O元素在晶界處的聚集量減少，進(jìn)一步提高了低氧(0.03%～0.05%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))環(huán)境下鉬合金的加工性能；(2)錸元素的添加能夠提高C和O的溶解度，減少碳化物及氧化物的析出量；(3)錸元素的添加能夠在大大增強(qiáng)鉬合金孿晶變形能力的同時(shí)減少金屬間位錯(cuò)攀移的阻力，進(jìn)而有利于提高鉬合金的低溫加工性能；(4)錸元素能夠增加C、O等間隙原子的溶解度，有助于減少碳化物和氧化物的析出，進(jìn)一步改善鉬合金的脆性[1]。

早期錸元素在純鉬中的溶解度大約為11%～13%，后期逐漸優(yōu)化了制備工藝，提高了鉬錸合金中C、O等雜質(zhì)的控制力，錸元素在純鉬中的溶解度可達(dá)到40%～50%。目前根據(jù)錸含量的不同，可將鉬錸合金分為低錸合金(錸含量2%～15%)、中錸合金(錸含量15%～30%)以及高錸合金(錸含量30%～50%)。

自從發(fā)現(xiàn)鉬錸合金比純鉬具有更好的塑性和強(qiáng)度后，眾多研究者對(duì)鉬錸合金的加工工藝性能和微觀組織性能進(jìn)行了大量的研究[3]，Davision等[4-5]研究了鉬錸合金在-190 ℃～+100 ℃溫度范圍內(nèi)的彈性性能；Mannheim等[6]對(duì)利用粉末冶金方法制備的鉬錸合金進(jìn)行了相結(jié)構(gòu)的精確測(cè)定，同時(shí)還研究了鉬錸合金的加工硬化現(xiàn)象；Todd和Bernd等[7-8]分別研究了鉬錸合金的力學(xué)性能、微觀組織以及高溫疲勞性能；Hasegawa等[9]研究鉬錸合金的抗輻照性能。

本文對(duì)目前國(guó)內(nèi)外的研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，著重歸納了錸含量對(duì)鉬錸合金組織和性能的影響，為后期鉬錸合金的工藝設(shè)計(jì)和性能優(yōu)化提供依據(jù)，從而拓展其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 錸含量對(duì)鉬錸合金熱物理性能的影響

純鉬的熔點(diǎn)為2 623 ℃，純錸的熔點(diǎn)為3 186 ℃，在鉬錸合金中，當(dāng)錸含量小于66%時(shí)，其熔點(diǎn)會(huì)隨著錸含量的增加逐漸降低至2 444 ℃(Mo-66Re合金)。當(dāng)錸含量大于66%時(shí)，鉬錸合金的熔點(diǎn)則開始逐漸升高。

Fabritsiev等[10]研究了鉬錸合金的熱物理性能，研究結(jié)果表明：隨著錸含量的增加，鉬錸合金的熱膨脹系數(shù)呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)，而熱導(dǎo)率則逐漸下降，如圖1所示。造成這種現(xiàn)象的原因是純鉬的熱導(dǎo)率大于純錸的熱導(dǎo)率，而純鉬的熱膨脹系數(shù)卻小于純錸的熱膨脹系數(shù)，因此，當(dāng)錸含量逐漸增加時(shí)，熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率出現(xiàn)了相反的變化趨勢(shì)。

圖1 鉬錸合金在不同錸含量下的熱膨脹系數(shù)(a)及熱導(dǎo)率(b) [10]

金屬材料的變形加工溫度需高于其韌脆轉(zhuǎn)變溫度，道次間的退火也要滿足再結(jié)晶溫度的要求[3]。如圖2所示[11]，錸含量對(duì)鉬錸合金的韌脆轉(zhuǎn)變溫度及再結(jié)晶溫度均有一定的影響，錸含量能夠明顯降低鉬錸合金的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。純鉬的韌脆轉(zhuǎn)變溫度在常溫附近，當(dāng)錸含量逐漸增加時(shí)，鉬錸合金的韌脆轉(zhuǎn)變溫度呈下降趨勢(shì)，直至最低為-254 ℃，此時(shí)錸含量為51%。除此之外，鉬錸合金再結(jié)晶溫度會(huì)隨著錸含量的增加而升高，當(dāng)錸含量大于10%時(shí)，其再結(jié)晶溫度可達(dá)1 500 ℃，高出純鉬(1 250 ℃)約250 ℃[12]。

圖2 錸含量對(duì)韌脆轉(zhuǎn)變溫度(a)及再結(jié)晶溫度(b)的影響[11]

2 錸含量對(duì)鉬錸合金力學(xué)性能的影響

2.1 鉬錸合金的加工性能

鉬錸合金常采用的制備方法為粉末冶金法和真空熔煉法。真空熔煉法能夠保證有效地控制合金中的雜質(zhì)含量，尤其是能夠明顯降低氣體元素含量，且不易分解析出中間相，有利于鉬錸合金的后續(xù)加工。但使用真空熔煉法制備的鉬錸合金錠塊晶粒往往比較粗大，尺寸分布不完全均勻，增加了鑄件后期加工開坯處理的難度。相比真空熔煉法，粉末冶金法制備鉬錸合金工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本也相對(duì)較低，更易實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，因此目前最常用的制備方法為粉末冶金法。

純鉬為體心立方結(jié)構(gòu)，加工性能較差，錸元素的添加可以明顯改善其加工性能。劉沙等[13]研究了粉末冶金法制備低錸合金的加工性能，結(jié)果顯示當(dāng)錸含量在1%～5%范圍內(nèi)時(shí)，隨著錸含量的增加，不論材料的加工變形程度為多少，其抗拉強(qiáng)度會(huì)明顯增加，這是因?yàn)殄n元素的添加能夠細(xì)化鉬錸合金的晶粒。當(dāng)錸含量在11%～50%時(shí)，鉬錸合金的加工性能比純鉬有大幅度提高，而在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)錸添加量超過(guò)51%時(shí)，鉬錸合金基體中會(huì)產(chǎn)生大量硬脆的σ相，使得后續(xù)的加工相對(duì)困難，同時(shí)對(duì)材料性能造成了較差的影響，因此鉬錸合金中錸添加量普遍不會(huì)超過(guò)51%。Todd等[7]研究了錸含量在40%以上的鉬錸合金的結(jié)構(gòu)和性能，發(fā)現(xiàn)Mo-44.5Re合金中沒有σ相產(chǎn)生，同時(shí)具有優(yōu)異的力學(xué)性能及加工性能，非常適合在航空航天的應(yīng)用。

2.2 鉬錸合金的強(qiáng)度和延伸率

純鉬具有體心立方結(jié)構(gòu)，在室溫下呈現(xiàn)脆性，錸元素的添加使得加工過(guò)程的變形機(jī)制中由原本單一的滑移變成了孿生和滑移相結(jié)合，同時(shí)抑制了氧化物和碳化物在晶界的析出，從而提高合金的強(qiáng)度及塑性，并降低了再結(jié)晶退火后材料的脆化程度[3]。

圖3為不同錸含量時(shí)鉬錸合金屈服強(qiáng)度與延伸率的變化情況[2]。由圖3可見：當(dāng)錸含量超過(guò)15%時(shí)，鉬錸合金的屈服強(qiáng)度也逐漸升高，當(dāng)錸含量接近50%時(shí)，鉬錸合金的屈服強(qiáng)度可達(dá)到1 000 MPa，這種現(xiàn)象就是明顯的錸強(qiáng)化效應(yīng)。但鉬錸合金延伸率沒有受錸含量的影響呈現(xiàn)單調(diào)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，當(dāng)錸含量接近14%時(shí)鉬錸合金的延伸率可達(dá)40%，此時(shí)具有良好的室溫塑性以及加工性能，同時(shí)存在著一定的錸固溶強(qiáng)化，因此在美國(guó)SAFE-400型核反應(yīng)堆電源中，在包殼、熱管以及本體材料的應(yīng)用上均采用了Mo-14Re合金。

圖3 錸含量對(duì)鉬錸合金屈服強(qiáng)度(a)及延伸率(b)的影響[2]

Todd等[7]研究了錸含量分別為41%、44.5%、47.5%及50%的鉬錸合金在273 K、1 073 K以及1 473 K條件下的力學(xué)性能，結(jié)果如圖4所示。上述幾種鉬錸合金在273 K均具有優(yōu)異的強(qiáng)度，在高溫下仍具有足夠高的極限抗拉強(qiáng)度。隨著錸含量的增加，極限抗拉強(qiáng)度也會(huì)隨之升高，主要是受到“錸效應(yīng)”的影響。Mo-51Re合金的極限抗拉強(qiáng)度在273 K下可達(dá)到1 252 MPa，在1 473 K下為300 MPa。屈服強(qiáng)度的變化規(guī)律與極限抗拉強(qiáng)度的變化趨勢(shì)基本一致，Mo-51Re合金的屈服強(qiáng)度在273 K下大約為981 MPa，在1 473 K下為268 MPa。

圖4 不同鉬錸合金在室溫、1073K以及1473K下的強(qiáng)度和延伸率[7]

然而，隨著錸含量的增加，鉬錸合金的延伸率逐漸下降，這與極限抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度的變化趨勢(shì)相反。通過(guò)對(duì)微觀組織的觀察，可認(rèn)為是受到了σ相的影響：在Mo-41Re合金和Mo-44.5Re合金中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的σ相，在Mo-47.5Re合金中σ相是隨機(jī)出現(xiàn)的，然而在Mo-51Re合金中出現(xiàn)了沿晶界排列的σ相，并且限制了晶粒的生長(zhǎng)。Mo-41Re合金和Mo-44.5Re合金因不受σ相的影響，在273 K下拉伸試驗(yàn)中的伸長(zhǎng)率可達(dá)20%，在1 473 K時(shí)，兩種合金仍保持了12%～14%的伸長(zhǎng)率。綜合比較，Mo-44.5Re合金具有更優(yōu)異的力學(xué)性能、延展性以及良好的成型性，在美國(guó)的SAFE-400核反應(yīng)堆電源的設(shè)計(jì)中，Mo-44.5Re合金被選用熱管材料，同時(shí)Mo-44.5Re合金還非常適合航空航天的應(yīng)用。

2.3 鉬錸合金的彈性性能

純鉬的彈性模量為330 GPa，純錸的彈性常數(shù)為468 GPa，則鉬錸合金的彈性模量介于二者之間[14]，如圖5所示[15]。當(dāng)錸含量低于52%時(shí)，鉬錸合金的楊氏模量、切變模量以及泊松比均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，當(dāng)錸含量低于43%時(shí)，楊氏模量和切變模量均達(dá)到最大值。除此之外，由于錸元素的添加，鉬錸合金出現(xiàn)了各向異性，(110)和(111)方向的彈性常數(shù)也隨著錸含量的增加逐漸升高，而(100)方向的彈性常數(shù)則逐漸降低，當(dāng)錸含量大約為50%時(shí)，鉬錸合金在不同方向上的彈性常數(shù)相同，此時(shí)表現(xiàn)為各向同性。

圖5 錸含量對(duì)鉬錸合金彈性性能的影響[15]

Davidson等[4]研究了不同錸含量鉬錸合金在-190 ℃～+100 ℃溫度范圍內(nèi)的分子動(dòng)力學(xué)彈性常數(shù)，結(jié)果顯示在不同溫度下，鉬錸合金的分子動(dòng)力學(xué)彈性常數(shù)隨錸含量的增加逐漸升高，造成這種現(xiàn)象的原因是錸的添加加強(qiáng)了最鄰近分子間的相互作用，但削弱了次鄰近分子間的相互作用，這可能歸因于電子的各向異性。

2.4 鉬錸合金的蠕變性能

高溫蠕變性能也是衡量金屬高溫性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。鉬錸合金作為空間核電源系統(tǒng)燃料包殼的候選材料，在堆內(nèi)運(yùn)行時(shí)會(huì)受到燃料元件沿包殼徑向的壓力，進(jìn)而發(fā)生蠕變。Freund[15]研究了錸含量為41%～51%的鉬錸合金在1 600 ℃、應(yīng)力25 MPa條件下的高溫蠕變性能，結(jié)果如圖6所示，其中Mo-51Re合金最快發(fā)生了蠕變斷裂，并具有較高的應(yīng)變值，這主要是Mo-51Re合金具有較高的塑性導(dǎo)致的。因此，在空間核電源系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，鉬錸合金應(yīng)滿足在1 645 K溫度下運(yùn)行7年時(shí)蠕變應(yīng)變小于1%的要求，El-Genk等[16]推薦的設(shè)計(jì)應(yīng)力值大約為10 MPa。

圖6 不同錸含量鉬錸合金的蠕變性能[15]

2.5 鉬錸合金的焊接性能

目前，常用的鉬錸合金焊接方法包括電子束焊接、激光脈沖焊、電阻接觸焊、摩擦接觸焊和真空氣體釬焊等。Morito等[17-19]分別研究了幾種不同工藝方法制備的鉬錸合金的焊接性能，研究發(fā)現(xiàn)焊縫的晶界強(qiáng)度會(huì)隨著錸含量的增加而增強(qiáng)。經(jīng)焊接退火后，Mo-5Re合金和Mo-13Re合金在達(dá)到屈服之前就發(fā)生了斷裂，而Mo-41Re合金則在室溫及低溫下均能保持優(yōu)異的延展性和屈服強(qiáng)度。當(dāng)溫度在-90 ℃以下時(shí)，Mo-41Re合金的屈服強(qiáng)度為1 000～1 500 MPa，當(dāng)溫度在-194 ℃左右時(shí)，Mo-41Re合金不僅能夠觀察到屈服強(qiáng)度，還表現(xiàn)出一定的延展性。這主要是因?yàn)殄n元素的添加和焊接后的退火處理使得Mo-41Re合金的韌脆轉(zhuǎn)變溫度由-60 ℃降低至-154 ℃，從而顯著改善了鉬錸合金的低溫韌性。

當(dāng)錸含量逐漸增加，使得鉬錸合金在焊接凝固時(shí)晶粒發(fā)生細(xì)化，且能夠使焊件由晶間斷裂變?yōu)榇┚嗔?，從而?dǎo)致Mo-41Re合金比低錸合金的焊接性能更好。但當(dāng)錸含量超過(guò)45%時(shí)，鉬錸合金中開始析出σ相，F(xiàn)reund等[20]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)錸含量超過(guò)51%時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生大量的σ相，不利于鉬錸合金的焊接。

3 錸含量對(duì)鉬錸合金核物理性能的影響

3.1 鉬錸合金的抗輻照性能

鉬錸合金在反應(yīng)堆運(yùn)行環(huán)境中，會(huì)受到核反應(yīng)產(chǎn)生的輻射作用，從而產(chǎn)生不同程度的宏觀結(jié)構(gòu)及微觀性能的改變，這種現(xiàn)象即為輻照效應(yīng)。據(jù)研究，鉬錸合金經(jīng)輻照后，會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的輻照硬化現(xiàn)象，而輻照硬化的程度則會(huì)受到鉬錸合金中錸含量及輻照溫度的影響。

Fabritsiev等[21]研究了錸含量為0.5%～20%的鉬錸合金在不同溫度及輻照劑量下的抗輻照性能，如圖7所示。結(jié)果顯示，純鉬和鉬錸合金在輻照后均發(fā)生了明顯的硬化現(xiàn)象，當(dāng)輻照溫度為450～550 ℃時(shí)，輻照后鉬錸合金的抗拉強(qiáng)度比輻照前降低了50%左右，此時(shí)塑性幾乎為零；當(dāng)輻照溫度達(dá)到800 ℃時(shí)，鉬錸合金的抗拉強(qiáng)度增高，但延伸率依然很低，大約為2%～3%左右。由此可見，鉬錸合金在輻照環(huán)境下會(huì)發(fā)生明顯的輻照硬化以及力學(xué)性能退化的現(xiàn)象。Fabritsiev等[21]發(fā)現(xiàn)錸含量在13%～47%的鉬錸合金，輻照硬化程度也會(huì)隨著錸含量的增加而逐漸增加。

圖7 錸含量對(duì)鉬錸合金在不同輻照溫度下抗拉強(qiáng)度及延伸率的影響[21]△-純鉬，未輻照；▲-純鉬，5dpa；▽-Mo-1Re,未輻照；▼- Mo-1Re，5dpa；◇- Mo-5Re，未輻照；◆- Mo-5Re，5dpa；□- Mo-9Re，未輻照；■- Mo-9Re，5dpa； ?- Mo-20Re，未輻照； ?- Mo-20Re，5dpa

Hasegawa等[9]研究了低錸含量(Mo-5Re合金)和高錸含量(Mo-41Re合金)的消應(yīng)力態(tài)和再結(jié)晶態(tài)鉬錸合金在不同溫度和輻照劑量下硬度的變化情況。如圖8所示，當(dāng)錸含量為5%時(shí)，消應(yīng)力態(tài)鉬錸合金的輻照硬化小于再結(jié)晶態(tài)鉬錸合金的輻照硬化，且輻照硬化程度會(huì)隨著溫度的升高而逐漸減弱。當(dāng)錸含量為41%時(shí)，鉬錸合金發(fā)生了明顯的硬化，輻照硬度達(dá)到了未輻照時(shí)的兩倍左右。Mo-41Re合金的輻照硬化與輻照溫度沒有明顯的線性關(guān)系，但在1 073 K的輻照溫度下，Mo-41Re合金的硬化程度明顯小于低溫狀態(tài)下的硬化程度。

圖8 鉬錸合金在不同溫度及輻照條件下的硬度變化情況[10]

Hasegawa等[9]對(duì)中子輻照后再結(jié)晶態(tài)的Mo-5Re合金和Mo-41Re合金進(jìn)行了TEM顯微觀察，如圖9所示。在Mo-5Re合金中所有的輻照條件下均觀察到空隙，在646～792 K溫度時(shí)觀察到位錯(cuò)環(huán)，當(dāng)溫度大于792 K時(shí)觀察到了細(xì)小的析出相。Mo-41Re合金的析出行為比Mo-5Re合金更加復(fù)雜，輻照后的Mo-41Re合金的微觀結(jié)構(gòu)主要分為以下3類：(1)646 K條件下觀察到針狀和薄板狀析出相；(2)679～873 K條件下觀察到針狀和矩形狀析出相；(3)1 073 K條件下觀察到大塊狀和板狀析出相。經(jīng)研究，以上析出相為σ相和χ相，這些析出相容易在晶界附近析出，且都是強(qiáng)脆性相，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的輻照脆化和硬化。結(jié)合鉬錸合金二元相圖可知，一般在高錸含量的鉬錸合金中易產(chǎn)生σ相和χ相。

圖9 中子輻照后再結(jié)晶態(tài)的Mo-5Re和Mo-41Re的TEM顯微照片[9]

Busby等[22]對(duì)Mo-41Re合金和Mo-47.5Re合金在不同溫度及劑量條件下的輻照損傷行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，當(dāng)輻照溫度高于1 100 K時(shí)，在低劑量輻照損傷下仍能發(fā)生嚴(yán)重的晶間斷裂和輻照脆化，這種現(xiàn)象主要是輻照誘導(dǎo)偏析和輻照產(chǎn)生的元素嬗變所導(dǎo)致的，且隨著錸含量的增加，錸的嬗變?cè)豋s的含量以及這兩種元素的偏析程度隨之增加，從而在沿晶附近會(huì)形成和析出σ、χ和Mo3Os等析出相。因此，在高溫輻照環(huán)境中，使用低錸含量的鉬錸合金更為有利。

Alexander等[23]研究了輻照對(duì)焊縫區(qū)域的影響，圖10為室溫下輻照前后鉬錸合金焊縫處焊接金屬(WM)、熱影響區(qū)(HAZ)以及母材(BM)的硬度隨錸含量的變化情況，結(jié)果顯示未輻照鉬錸合金的顯微硬度隨著錸含量的增加呈單調(diào)增加趨勢(shì)，低錸合金和高錸合金的硬度差異不超過(guò)30%，且低溫輻照和高溫輻照對(duì)其硬度的影響基本一致。輻照后鉬錸合金焊縫硬度基本隨著錸含量的增加而升高，但輻照增加了低錸合金和高錸合金之間的硬度差異，經(jīng)過(guò)低溫及高溫輻照后，硬度差異達(dá)到50%。與未輻照焊縫相比，輻照后鉬錸合金的所有焊縫區(qū)域都顯示出嚴(yán)重的輻照硬化。

圖10 室溫下輻照前后鉬錸合金焊縫處焊接金屬(WM)、熱影響區(qū)(HAZ)以及母材(BM)的硬度[23]

對(duì)鉬錸合金焊縫處進(jìn)行顯微觀察后發(fā)現(xiàn)，所有鉬錸合金在高溫下輻照后均表現(xiàn)出穿晶斷裂。隨著錸含量的增加，斷口表面出現(xiàn)更多的微塑性現(xiàn)象。低溫輻照導(dǎo)致Mo-16Re合金脆性沿晶斷裂，在Mo-21Re～Mo-32Re合金中為混合斷裂模式，Mo-44Re合金主要為穿晶斷裂。

3.2 鉬錸合金的腐蝕性能

空間核反應(yīng)堆電源系統(tǒng)采用堿金屬作為冷卻劑，此時(shí)作為反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)材料的鉬錸合金首先需與液態(tài)堿金屬有良好的相容性。鉬錸合金在堿金屬中的腐蝕機(jī)理[24-25]主要是：(1)合金在反應(yīng)堆高溫區(qū)發(fā)生腐蝕后逐漸溶解，當(dāng)?shù)竭_(dá)低溫區(qū)時(shí)又重新沉積；(2)合金中的O、C、N和Si等非金屬雜質(zhì)元素與堿金屬反應(yīng)形成的腐蝕產(chǎn)物會(huì)溶解在堿金屬冷卻劑中，從而影響傳熱效率。

Katsuta等[26]將純鉬在873 K的液態(tài)鋰中進(jìn)行了1 018 h的腐蝕試驗(yàn)，結(jié)果表明純鉬的腐蝕速率為2 mm/a。DiStefano等[27]研究結(jié)果顯示：純鉬在1 270 K的液態(tài)鋰中腐蝕400 h后，其質(zhì)量變化為0.011 g/cm2。由此可見，鉬和鉬基合金在液態(tài)鋰中均具有優(yōu)異的腐蝕性能。Saito等[28]研究了純鉬、Mo-5Re合金、Mo-15Re合金、Mo-7.5Re-0.5Zr合金、Mo-15Re-0.1Zr(MRZ)合金、Mo-15Re-0.1Zr-0.1Ti(MRZT)合金在1 473 K溫度、液態(tài)鋰中的腐蝕行為，結(jié)果如圖11所示，隨著錸含量的增加，鉬錸合金在液態(tài)鋰中的增重也逐漸增加，且MRZ合金和MRZT合金的腐蝕增重量相對(duì)更高。El-Genk等[29]研究了常用難熔金屬與堿金屬冷卻劑的腐蝕行為，結(jié)果表明，當(dāng)腐蝕溫度在1 800 K以下時(shí)，鉬錸合金與堿金屬Li、Na、K均有較好的相容性。

圖11 鉬合金腐蝕增重與腐蝕時(shí)間的關(guān)系[28]

4 結(jié) 論

在鉬中加入錸元素可顯著改善鉬的低溫脆性，進(jìn)而提高其加工性能及焊接性能，但錸含量不同時(shí)則會(huì)對(duì)鉬錸合金的性能造成不同的影響。當(dāng)錸含量為14%時(shí)，鉬錸合金具有優(yōu)異的加工性能，同時(shí)存在錸固溶強(qiáng)化作用，因此Mo-14Re合金常被用作為空間核電源系統(tǒng)方案中反應(yīng)堆堆芯結(jié)構(gòu)材料。當(dāng)錸含量為44.5%時(shí)，鉬錸合金具有更優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、延展性，因此Mo-44.5Re合金在核反應(yīng)堆電源中，常被選用熱管材料。當(dāng)錸含量過(guò)高時(shí)(Re>45%)，會(huì)導(dǎo)致鉬錸合金發(fā)生嚴(yán)重的輻照硬化和輻照脆化，當(dāng)錸含量超過(guò)51%時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的σ相，嚴(yán)重影響鉬錸合金的焊接性能。

總體來(lái)看，盡管鉬錸合金的研究時(shí)間較長(zhǎng)，但整體研究仍處于基礎(chǔ)階段，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，還應(yīng)在成分及制造工藝的優(yōu)化、焊接工藝以及抗輻照損傷方面開展更加深入的研究。