钼粉粒度对钼铼合金性能的影响

发布时间:

2026-11-06

摘要：钼铼合金具有良好的室温延展性能和机械加工性能，在多个行业广泛应用。通过粉末冶金方法制备的钼铼合金性能受原料粒度的影响，试验研究了三种粒度的钼粉与铼粉混合制备的MR35合金，研究结果显示，费氏粒度3.6μm的中颗粒钼粉与铼粉混合制备的钼铼合金坯料的致密度最高，变形率60% 就可以达到99.9%的致密度，而费氏粒度7.0μm的粗粒颗粒钼粉与铼粉混合制备的钼铼合金致密度最低，需要变形率超过80%达到99.9%的致密度。钼铼合金粉末粒度比值（（D90+D10)/D50））与致密度存在正相关关系，比值越大则致密度越高。

纯钼是一种用途广泛的难熔金属，具有高熔点、高热导率和良好的热加工性能的特点，应用在高温设备、蓝宝石长晶炉、半导体及显示用靶材等领域[1-4] 。但纯钼在室温时加工性能较差，研究发现[5-6]，在钼中加入铼，可以有效地提高钼的室温塑性和力学性能，显著降低其塑脆转变温度。钼铼合金在室温下显示出良好的延展性，在半导体、核能以及航空航天等行业等到了重视和应用[7-10]。

钼铼合金的制备目前主要使用粉末冶金工艺，即将混合的合金粉压制成形，高温烧结后在进行轧制、锻造等变形加工，获得需要的产品[11-13]。粉末冶金方法中粉末的粒度对于坯料烧结致密以及后续变形加工等有重要的影响。文献[14]进行了铼粉的粒度和形貌对显微组织和性能的研究，文献[15]通过钼粉与铼粉混合来制备钼铼合金，但并没有相关报道钼粉粒度对于钼铼合金的致密性能和变形性能的研究。试验以Mo-35%Re合金为对象，研究三种钼粉粒度对钼铼合金致密度和轧制变形性能的影响，分析和比较钼粉粒度的影响作用。

1 试验

试验材料为MR35（Re 质量分数35%）合金，原料的费氏粒度及粒度分布如表1 所示，原料粉末形貌见图1 。按质量比M（Mo）：M（Re）=65:35 的比例配粉，使用三维混料设备将粉末混合均匀后，使用四柱油压机模压成板坯，压力为160MPa，保压时间为1min。压坯在2300℃氢气气氛下烧结6h，烧坯厚度为10mm。钼铼合金经过变形率为80%的单向热轧[16-17]，得到最终厚度为2mm的板材。

采用WLP-216平均粒度测定仪和 Mastersizer 2000激光粒度分析仪分析粉末粒度，采用JEOL JSM-6380LV 型扫描电镜观察粉末形貌，采用阿基米德排水法检测钼铼合金的烧结密度，采用OLYMPUS GX51 金相显微镜观察微观组织，在SANS-CMT-5205电子拉力试验机上进行室温力学测试。

2 结果与讨论

2.1 合金粉末性能

不同粒度的钼粉与铼粉混合后的粒度如表2所示。细钼粉与铼粉的混合粉末用XMR表示，中颗粒钼粉与铼粉的混合粉末以ZMR表示，粗颗粒钼粉与铼粉的混合粉末用CMR表示。由表2可知，钼粉与铼粉混合后的合金粉末的费氏粒度均比钼粉低。结合图2可知，碎屑状的铼粉均匀分布在多面体形的钼粉中，并与钼粉形成“假结合”，从而降低了合金粉末的粒度[18-21]。

2.2 烧结致密度

钼铼合金经过氢气气氛下高温烧结后致密度如表3所示，MR35 的理论密度为12.44g/cm³。粗颗粒钼粉混合的钼铼合金的烧结致密度只有90%，细颗粒钼和中颗粒钼粉分别达到了95%和97%。

使用文献[22]中的公式对合金粉末进行了分析，可知（D90-D10)/D50的比值是ZMR最大，CMR最小。结合表3中的粒度比值可知，烧结密度与粉末粒度比值呈正相关关系，比值大则烧坯致密度大。试验使用（D90+D10)/D50进行比较分析，比值的变化规律是一致的。这两个比值反映出试验制备工艺中钼铼合金粉末符合这个关系，是否同样满足其他两元合金或单质粉末，还有待进一步研究。

粉末的烧结过程，大致可以分为颗粒黏结、烧结颈形成与长大、孔隙闭合与消失等阶段[12-13，19]。粗颗粒钼粉与铼粉混合后，由于粒度较大，烧结颈形成后内部孔隙较大，在2300℃的高温烧结下存在一些闭合孔隙未能有效缩小与消失，烧结致密度较低。中颗粒钼粉和细颗粒钼粉与铼粉的粒度相近，多面体型的钼粉与碎屑状铼粉均匀分布，在整个烧结过程中烧结颈易于形成并长大，且内部孔隙由于中颗粒钼粉与铼粉的匹配较好，得以充分的闭合和减小，因此致密度最高，细颗粒钼粉稍低。由图3可知，XMR中晶粒大小差异明显，CMR中晶粒尺寸较大并有少量细晶粒，而ZMR的晶粒尺寸差异相对较小。

2.3 轧制性能

2.3.1 轧制金相

经过80%变形率的轧制变形后，三种钼粉粒度的钼铼合金的显微组织基本一致，轧制方向呈纤维状，垂直轧制方向呈现出枣核形状，如图4所示。

2.3.2 变形率与致密度及力学性能的关系

轧制变形使不同致密度的钼铼合金产生变形强化，提升材料致密度[23-24]，三种钼铼合金在不同变形率下的密度如表4所示。随着变形率的提升，ZMR在60%变形率时密度达到了99%，CMR经过50%的变形后密度提升较快，但经过80%的轧制变形后才达到99%的致密度。ZMR合金的烧坯密度高，经过相同的变形后致密度更高，这样可以优化坯料尺寸设计，以较小的轧制变形量达到较高的致密度。

由表5中室温力学性能可知，随着变形率的增加，材料的抗拉强度与伸长率同时增加，反映出坯料中的微观孔隙在变形过程中逐步得到闭合，材料的致密度上升，同时晶粒变形程度增强，基体储存的畸变能越来越大[25]，因而导致抗拉强度与伸长率的同步上升。

3 结论

钼粉粒度对于钼铼合金的烧结致密性能以及后续的变形加工有着重要的影响。通过三种粒度的钼粉与铼粉混合，研究了烧结密度、粒度分布与烧结密度的关系以及不同变形率对力学性能的影响，得出如下结论：

（1）不同粒度钼粉与铼粉混合后的合金粉末粒度比钼粉低，粒度分布则介于钼粉和铼粉之间；

（2）ZMR合金粉末的（D90-D10)/D50的比值最大，烧结密度最大，（D90+D10)/D50的比值也反映出同样规律；

（3）高烧结密度的坯料在60%变形率时达到99%的致密度，低烧结密度需要经过80%的变形达到同样的致密度，抗拉强度和伸长率则随着变形率的增加同步增大。

参考文献：粉末冶金工业；钼粉粒度对钼铼合金性能的影响；张丹华，王广达，熊宁

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