钨及其合金的加工和处理

近日，来自巴斯大学的研究团队最近发表了关于钨（W）及其合金的加工和处理的最新研究进展。W属于周期表的第6组，与钼、铬、硼一起。它是一种难熔金属（在所有已知的纯金属中最高），具有非凡的耐热性和耐磨性。W除了具有非常高的熔化温度，还以高密度，高弹性模量，高导热性，以及在高温下的优良机械性能而为大家所知。W是聚变能源和其他应用中高温结构的理想材料。

对电力的需求正以前所未有的速度增长，电力在最终能源消费总量预计也将从2018年的19%增加到2040年的24%。在气候变化的影响下，一些国家设定了本世纪中叶的净零排放目标，以实现2015年巴黎气候协议的目标。然而，根据联合国环境规划署（UNEP）最近的排放差距报告，这些雄心勃勃的目标并非没有障碍。即使这些目标得以实现，本世纪全球气温从工业化前的水平上升仍将超过3℃，这将远远超过巴黎协议中规定的2℃。这迫切需要在全球范围内进行技术创新和持续的政策干预，以扭转这一趋势。

自20世纪50年代以来，核裂变已被广泛用作电力来源。另一方面，核聚变具有固有的优势，有助于鼓励其在现代能源基础设施中的应用。除其他好处外，核聚变不会造成有害排放，其反应可以得到更好的控制。反应堆的精心设计为提供高效、廉价和安全的能源留下了空间。为了实现可靠的、大规模的核聚变，在制造能够承受反应堆内极端条件的抗辐射材料方面需要技术和科学的进步。

W的丰富历史，从发现其矿石和化合物到后来的重要技术发现，刺激了早期的广泛应用。W矿物的发现可以追溯到中世纪萨克森-波西米亚和康沃尔的锡矿，远早于该元素本身的分离。虽然W的分离是由Torbern Bergmann在1781年首次提出的，但Juan José de Elhuyar和他的兄弟Fausto在1783年通过用木炭粉还原钨酸来制备这种金属。这种金属也被命名为黑钨，这在今天的德语和瑞典语中仍然是其官方名称。

W的最早应用是作为一种合金元素来生产特种钢。很快，它就作为白炽灯的灯丝获得了突出的地位，取代了碳灯丝。从那时起，这种材料已经在各个领域得到广泛采用，包括航空、汽车、电子、医药、军事、化学和体育。其应用包括加热丝、电子发射器、散热器、加热元件和高温炉中的辐射屏蔽、动能穿透器、赛车和航空航天中的平衡砝码、钟表业的转子、重型电接触材料和焊接、等离子和X射线电极等。

尽管W的特性对其应用有利，但W延展性和高熔点等特性也导致了在大规模制造由W及其合金制成的部件时存在一些挑战，限制了这些复杂几何形状的生产。在这篇文章中，研究人员强调了加工方法，如粉末冶金学和增材制造，可以产生近似于网状的部件。然而，这需要有后处理技术来补充这些方法。他们对W的不同制造方法进行了深入探索和讨论，并确定了与每种方法相关的挑战和差距。它包括传统和非常规的加工工艺，以及使用各种方法改善钨的延展性的研究，如合金化、热力学处理和晶粒结构细化。

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