钼为什么是难熔金属?

钼元素图片(图源:新视界)

难熔金属是指熔点高于1650℃的金属元素,也是指那些在高温的环境下不易熔化的金属,其除了有金属钨(W)和铌(Nb)元素之外,还包括钼(Mo)、钛(Ti)、钒(V)、钽(Ta)等。据中钨在线了解,钼的熔点高达2620℃,在目前的自然界单质中排名第六。

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W-Cr-Nb三元合金和W-Cr-Zr三元合金的氧化行为

不同W-Cr-Y合金在1000温度下等温氧化24小时前后的表面微观结构图片

研究人员对W-Cr-Nb三元合金和W-Cr-Zr三元合金的氧化行为进行了研究总结。首先是Suresh等研究人员报道了W-Cr-Nb三元合金在1000℃下15小时(30次循环)的氧化行为。不同的W-Cr-Nb合金的微观结构结果表明W-Cr-Nb三元合金具有较高的密度和少量的孔隙,其真实密度为其理论密度的97.5-98.5%。W-Cr-Nb三元合金主要由富含W的固溶体(WSS)和Cr2Nb相组成。随着Cr含量的增加,WSS晶粒尺寸逐渐减小,Cr2Nb含量逐渐增加,并且Cr2Nb在晶界的分布更加均匀。此外,在(W0.7Cr0.3)90-Nb10和(W0.5Cr0.5)90-Nb10样品的表面观察到少量的气孔。然而,(W0.4Cr0.6)90-Nb10样品的表面是非常均匀和紧凑的,几乎没有孔隙。这表明,合金的密度与Cr含量有关。

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W-Cr-Ti三元合金的氧化行为

不同条件下氧化WCr12Ti2.5合金样品的FEG-SEM截面图片

Garcia等研究人员通过MA和热等静压(HIP)技术生产W-Cr-Ti三元合金—WCr12Ti2.5(wt%),并研究了其氧化行为。结果显示,WCr12Ti2.5合金在800℃下氧化的前15小时,其Δ m/S是W-Cr合金的1.25×10-2至4×10-2倍。此外,在1000℃氧化的前5小时,前者是后者的2×10-2至5×10-2倍。随着氧化时间的增加,WCr12Ti2.5合金的氧化层变得更厚,其孔隙率逐渐增加。此外,氧化后的合金具有相似的横截面结构,从内到外分别由黑色、深灰色和浅灰色三相组成。

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W-Cr-Y三元合金的氧化行为

不同W-Cr-Nb合金的SEM图片

Calvo等研究人员通过HIP技术制备了Cr含量为8、10wt%,Y含量为0.3、0.5和1wt%的W-Cr-Y三元合金并研究其氧化行为。HIPed合金表面的微观结构图片显示,该合金具有精细的表面结构和均匀的成分。EDS分析显示,大部分亮灰色区域为富铬相,而深灰色不连续区域为富W相。与W-15Cr合金相比,W-Cr-Y合金的晶粒尺寸更低,只有0.5-1微米。这表明Y的加入可以起到抑制晶粒生长的作用。此外,在晶界观察到纳米级的黑色Y2O3颗粒,这是由于在HIPing过程中不稳定的氧化物分解造成的。

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钨-铬二元合金的氧化行为

W-Cr的二元相图显示出混溶间隙图片

Cr元素是一种传统的抗氧化有益元素,被广泛用于金属的氧化保护过程中。此外,它还具有与钨元素相同的体心立方结构。因此,相关学者对钨-铬二元合金的氧化行为做了大量的研究。Telu等研究人员通过机械合金化(MA)制备了W0.7Cr0.3、W0.5Cr0.5和W0.4Cr0.6合金,观察到两相(Wss,Crss)具有明显不同的亮度。

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