超级合金

内容简介

超级合金是钼的重要终端产品之一。超级合金(Super Alloys) 通常包括：含钼等难熔金属的钛基合金、镍基合金、钴基合金和铁基合金等。有人也把钼基合金归为超级合金。

应用介绍

超级合金具有高强度、高硬度、高耐蚀、高热稳定性和良好的可加工性，广泛用于航空、航天、汽车、医学、化学、石化、煤化工和高温等工业领域。

越来越多的研究表明，超级合金可以满足日臻发展的各种工业、医学、体育事业等对高性能材料的要求，从而成为钼冶金学者和研发人员关注的热点。

据世界金属统计报导，世界工业发达国家对超级合金的需求呈增长态势。2000 年，美国超级合金消费钼1 880t ，2001 年消费钼2229 t ，2002 年消费钼1880t，2003 年消费钼1870t ，年平均消费量约占钼总消费量的8 %～12 %。

钼基超级合金主要应用在高温领域，各类钼铼合金消费约占钼总消费量的0. 7 %～1. 0 %。

燃气涡轮叶片

关西电力公司与名古屋大学、日立制作所开发了一种新型燃气涡轮机叶片用镍基单结晶超级合金，该材料的耐高温数值创下了全球最高纪录为1400℃，发电时多用于1300℃左右。如果使用新型合金就可以耐得住1500℃以上的高温，因此可以提高涡轮入口处的温度，提高热效率。为了制作出耐高温、高强度及抗腐蚀性的合金，名古屋大学在全球首次将分析物质分子结构的“分子轨道法”应用到合金的设计中，对各种金属元素的组合进行设计。通过以镍为基础修改钴、铬、钨、铝、钛、钽、铗、铪等合金元素的构成比率，开发出了最佳的合金材料。如果将这一超级合金用于燃气涡轮叶片，可以在大幅度超过1300℃的燃烧温度下，实现1500℃燃烧。由此，可以将发电效率（最高发热量标准）由最高的49%提高到55%，并将基于燃料费的发电成本减少约11%左右。如果将利用率设定为50%，推算60万KW级火力发电所每单元发电，金额上每年可以节省10亿日元左右、CO2排放量较以前减少约11%，每年可以减少10万吨左右。

分类介绍

钛

James A.Davidson等研制出一系列新型钛钼铪钛基合金。该合金含钼5%～ 11%(质量分数，下同)铪6%～ 15%、钛、铬和硅至少一种，含量2%～ 3%，氧、氮、氢和碳为痕量，其余为钛。上述组分的钛基合金显示高强度、高硬度、低弹性模量、高耐蚀和硬化的表面，可热加工也可以冷加工。

在钛基合金中之所以要加钼，是因为一则加钼可有效地降低合金的弹性模量，加6%的钼与加16%的铌效果等同。此外加钼可以明显提高钛基合金的耐蚀性能，特别是在还原酸环境下和低pH环境下尤其有效。因为可产生钝氧化钼薄膜。锆也可以提高合金的耐蚀性，但不如铪好，铪、钼匹配则更好。

这种新型钛钼铪合金特别用于医学植入物和医疗设备。如牙种植入物、骨内植入物、骨膜内种植体、内膜植体、永久性植入物、颌骨膜种植物、血管脉管植入物、动脉夹、脉腔过滤器、瓣环、心阀、人工心脏、室肌装置、盘管和骨夹片等等。在非医学领域广泛用作石油钻探设备、高尔夫球杆、各类扣件等等。

镍

镍基合金是最重要、最常用的超级合金。早在20世纪中叶就广泛应用于化学工业和化工工业领域。钼能明显提高镍的耐蚀性和机械性能，特别是在还原酸类中，如在醋酸、盐酸或磷酸中特别耐蚀。但为了进一步提高镍基合金的耐蚀性和合金的热稳定性，要加钼20%～ 25%(原子分数，下同)。长期以来，在镍中加钼增至19%时，作业十分困难，且这种镍钼合金几乎不能加工成商业上可以利用的型材(厚板、薄板和管材)。Haynes国际公司的研发人员经过多年的努力研发出一种高钼、几乎不含铜的新型镍基合金。

新型镍基合金的制法是，将上述合金元素铸成电极，再将电极电渣重熔成锭，使合金锭热锻成板钢、热轧成中厚板材、最后冷轧成薄板。新型镍基合金的热稳定性、强度、硬度、耐蚀性较现用镍基合金性能明显改善。广泛用于制造化工设备、管材和阀门等，是一种优质、高级合金新材料。

铁

铁基合金通常含钼6%～ 10%(质量分数)、它高耐蚀、高温下强度高、高硬度，广泛用于工业领域，如汽车、船舶、军事工业等。众所周知，由于对生态环境保护日趋重要，对汽车等废气排放的法规越来越苛刻，从而要求发动机，特别是大型柴油发动机作业温度高，很高的燃烧压力，未来的柴油发动机要强行执行废气循环作业(即采用EGR作业)。因此对发动机的某些部件，如阀座垫片(valve seat inserts)耐高温、耐高压、耐腐蚀。L.E.Junes公司推出一种新型铁基合金。该合金含硼0.005%～ 0.5%(质量分数，下同)，碳1.2%～ 1.8%、钒0.7%～ 1.5%、铬7%～ 11%、铌1.0%～ 3.5%、钼6%～ 11%、其余为铁。铌可被钛、锆、铪和钽取代。

钼

钼基合金在高温下显示高强度和十分稳定的力学性能，广泛用于高温工业领域。如高温加热元件、辐射加热屏蔽、感受炉感应环、旋转X-射线阴极、玻璃熔炼炉电极、烧结用抗蠕变舟、高温弹簧、高强度增强纤维、高强度弹道管、流道溅射涂层、积成线路涂层和高档汽车活塞环涂层等。由于钼基合金优异的高温热性能，其价格比其他难熔金属，如钽、铌和钨要便宜得多。因此研制性能更好的钼基合金更受业界人士的关注。近年来美国能源部的研发人员研发出几种新型钼铼合金产。

一般地，在铜钼分离工艺中，最大的难题是铜矿物与钼矿物的，一是因为铜矿物与钼矿物紧密连生，需要再，二是因为铜矿物与钼矿物的可浮性较近。造成的后果是硫化钠用量大，还有是钼精矿中含铜较高，正因为如此，所以在钼精矿产品质量国标中，单一钼矿产的钼精矿和铜钼矿石副产的钼精矿中含铜等杂质元素的要求是不一样的。从铜精矿中回收的钼精矿一般地含铜德兴铜矿产的钼精矿含铜一般为1%～ ，有时更高。对于本矿样而言，钼精矿含铜低的原因是钼矿物主要与脉石矿物连生，与金属矿物关系不密切。