金属材料2：难熔金属钽、铌、钨、钼性能对比

Question

如题所述

Answer 1

金属材料的瑰宝：钽、铌、钨与钼的性能解析

在珠宝工艺中，难熔金属——钽、铌、钨和钼，凭借其独特的性能，各显神通。在室温下，它们的性格各异：钼和钨在脆性的一面更显刚硬，而钽和铌则以韧性著称。延脆性转变的温度阶梯是这样的：钨的这一特性尤为显著，紧接着是钼，然后是铌，而钽则位于最底部。通过冷加工、晶粒细化以及合金元素如铼的加入，延脆性问题得以改善。特别是高纯度的钼与钨，尽管在室温下力学性能相差悬殊，但钼的韧性需要通过冷加工来提升。

铼的魔法在于其合金化：铼合金如钨铼合金，即使在室温下也能解决脆性难题，特别是当合金中铼含量超过10%时，屈服强度显著增加，而9-15%的延伸率更是达到巅峰。相比之下，钼铼合金的Mo-Re44.5(900MPa/18%)性能远超Mo-Re14(300MPa/38%)，体现出强化效应。

纯钽和纯铌的性能同样引人注目，退火状态下的钽板表现出优秀的强度和硬度，达到392-395MPa/42.5-46.5%。而Nb/Ta的力学对比中，尽管Ta的性能略胜一筹，但钽的应变硬化系数使其在轧制状态下强度上限更高。钽与钨的合金——Ta-12W和Ta-15W，通过固溶强化，尽管强度提升，但塑性有所下降，但特定比例的合金如Ta-15W(740MPa/39%)仍展现出高韧性。

Nb合金的种类繁多，如Nb-1Zr具有较低的强度但高延展性，而高强Nb合金的性能则受到限制。综合比较，纯钽和纯铌在首饰应用中表现出色，尤其是纯钽，因其高韧性、优异的耐腐蚀性，以及接近贵金属的密度，使其成为不二之选。相比之下，纯钨钼虽然脆性较大，但钨铼合金的结合则为首饰设计提供了可能，尽管耐腐蚀性较差。

特别值得一提的是，钽和铌的耐腐蚀性远超钨和钼。它们能抵御氢氟酸、氟气和熔融强碱的侵蚀，在潮湿空气中稳定，而钼和钨在湿润环境和特定酸液中则易发生氧化。在日常接触的首饰材料中，它们对人工汗液和唾液的敏感度较低，确保了首饰的长久保存。

总结来说，纯钽和纯铌因其卓越的性能在首饰领域占据优势，而铼合金则凭借其强化和优化的特性成为顶级选择。在具体应用中，Ta-15W和Mo-Re44.5的合金表现出色，超过了单纯的钨或钼。尽管纯钨钼在耐腐蚀性上稍逊一筹，但通过合金化，仍有可能满足首饰的需求。