难熔金属

难熔金属是一类非常耐热和耐磨的金属。该表达主要用于材料科学、冶金和工程领域。哪些元素属于该组的定义不同。最常见的定义包括五种元素：第五周期的两个（铌和钼）和第六周期的三个（钽、钨和铼））。它们都有一些共同的特性，包括高于2000°C的熔点和室温下的高硬度。它们是化学惰性的并且具有相对较高的密度。它们的高熔点使粉末冶金成为用这些金属制造部件的首选方法。它们的一些应用包括在高温下加工金属的工具、金属丝、铸模和腐蚀性环境中的化学反应容器。部分由于高熔点，难熔金属在非常高的温度下对蠕变变形很稳定。

难熔金属的熔点很高，钨和铼是所有元素中最高的，其他的熔点仅次于锇和铱，还有碳的升华。这些高熔点定义了它们的大部分应用。除了铼是六方密堆积的，所有金属都是体心立方的。该族元素的大多数物理性质差异很大，因为它们是不同族的成员。

抗蠕变性是难熔金属的一个关键特性。在金属中，蠕变的开始与材料的熔点有关；铝合金的蠕变从200°C开始，而对于难熔金属，温度必须高于1500°C。这种在高温下抗变形的能力使难熔金属适合在高温下抵抗强力，例如在喷气发动机或锻造过程中使用的工具。

难熔金属显示出多种化学性质，因为它们属于元素周期表中三个不同族群的成员。它们很容易被氧化，但是由于在表面上形成稳定的氧化层（钝化），这种反应在块状金属中减慢了。尤其是铼的氧化物比金属更易挥发，因此在高温下，由于氧化层蒸发，失去了抵抗氧侵蚀的稳定性。它们对酸都相对稳定。

难熔金属用于照明、工具、润滑剂、核反应控制棒、作为催化剂，以及它们的化学或电气特性。由于它们的高熔点，难熔金属部件从不通过铸造制造。采用粉末冶金工艺。纯金属粉末被压实，使用电流加热，并通过带有退火步骤的冷加工进一步制造。难熔金属可加工成线材、锭、钢筋、板材或箔。

钼基合金被广泛使用，因为它们比优质钨合金便宜。钼的最广泛使用的合金是Ť安腾-žirconium-中号olybdenum合金TZM，（与钼为其余部分）0.5％的钛和锆的0.08％的组成。该合金在高温下表现出更高的抗蠕变性和强度，使该材料的使用温度超过1060°C。Mo-30W（一种含70%钼和30%钨的合金）的高电阻率可抵抗熔融锌的侵蚀，使其成为铸造锌的理想材料。它还用于构建用于熔融锌的阀门。

钼是最常用的难熔金属。其最重要的用途是作为强化合金的钢。结构管材和管道通常含有钼，许多不锈钢也是如此。它在高温下的强度、耐磨性和低摩擦系数都是使其作为合金化合物的无价之宝。其出色的抗摩擦性能使其可用于可靠性和性能至关重要的润滑脂和油中。汽车等速万向节使用含钼的润滑脂。这种化合物很容易粘附在金属上并形成非常坚硬的耐磨涂层。

难熔金属（如钼、钽和钨）的物理特性、强度和高温稳定性使它们成为热金属加工应用和真空炉技术的合适材料。许多特殊应用利用了这些特性：例如，钨灯丝在高达3073K的温度下工作，钼炉绕组可承受2273K。

然而，低温加工性差和高温下极易氧化是大多数难熔金属的缺点。与环境的相互作用会显着影响它们的高温蠕变强度。这些金属的应用需要保护气氛或涂层。

钼、铌、钽、钨的难熔金属合金已应用于空间核电系统。这些系统设计用于在1350K至大约1900K的温度下运行。环境不得与相关材料相互作用。使用液态碱金属作为传热流体以及超高真空。

合金的高温蠕变应变必须受到限制才能使用。蠕变应变不应超过1-2%。研究难熔金属蠕变行为的另一个复杂因素是与环境的相互作用，这会显着影响蠕变行为。