钨元素耐高温比金属铼强的多，为何国产航空发动机叶片放着钨不用，偏要用缺乏稀少性能的铼？:铼于1925年在德国被发现，是最后一种被发现的天然元素，铼是地球上

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铼于1925年在德国被发现，是最后一种被发现的天然元素，铼是地球上最稀有的金属之一。它在自然界中不会以化合物的形式出现。然而，它广泛分布在地壳各处，达到百万分之0.001的程度。铼不是游离的未化合金属，也没有发现可开采的矿石。氧化钆和辉钼矿中可能含有少量铼，铼是通过钼冶炼厂的烟尘提取出来的。世界年产量约为5吨，铼的估计储量为3500吨，主要分布在美国、俄罗斯和智利。

提炼和加工工艺复杂，造成铼成本非常高，直到1950年初钨铼和钼铼合金被制备出来后，这些合金才在工业上得到重要的应用，这导致了对从斑岩铜矿中辉钼矿部分生产铼的巨大需求。铼的重要用途是铂铼催化剂，主要用于生产无铅高辛烷值汽油和用于喷气发动机部件的耐高温合金。 铼是熔点很高的金属，钨是唯一熔点高于铼的金属元素。

铼被用作钨和钼基合金的添加剂，这些合金用于炉丝和x光机。铼还被用作电接触材料，因为它有良好的抗磨损和抗电弧腐蚀性能。 铼与铂合金用于催化高辛烷值烃石油生产无铅汽油。 铼钨合金的其他应用是x光管和旋转x光阳极。铼钼合金是10K温度下的超导体。铼偶尔被用来电镀珠宝。 铼催化剂具有优良的耐失活性能，用于精细化学品的氢化。铼镍合金制造单晶涡轮叶片， 铼由于耐高温和耐腐蚀性能被用作涡轮发动机叶片用高温合金的重要成分，这是铼当今的主要用途。铼是高温下使用的理想金属，这使得它也适用于火箭发动机。

虽然钨的熔点最高，但它非常重。超重在飞机设计中是有害的。 一些需要最耐热的零件，如涡轮叶片，承受的旋转离心力直接随零件质量增加而增加。因此，钨等高质量材料会增加零件必须承受的力，每片叶片承受以吨为单位力量的考验。钨也很脆，如果涡轮叶片出现故障产生碎片，结果很严重，发动机内部相当于挨了几发穿甲弹。

飞机涡扇发动机
大多数关键耐热用途不需要高熔点金属，这使得其他材料更适合。 钨可以用于压载或配重应用，但是铅在这里也很好还便宜。在对热敏感的超音速飞机上，钨可能是合适选择，因为铅的熔点非常低，只有327.5℃。在速度最快的超音速飞机比如黑鸟侦察机上，机头和机翼表面温度可能达到200-500℃，因此铅不适合这些应用，钨就派上用场了。

2航发材料的镍高温合金加入铼后会提升其蠕变强度，铼合金一般含有3%至6%的铼。第二代合金的含铼量为3%，曾应用于F-16和F-15的发动机中。第三代单晶体合金的含铼量高达6%，应用于F-22和F-35的发动机中。铼合金还广泛应用于工业燃气涡轮发动机，比如GE 7FA。钨，硬度非常高，是钢灰色至白色的过渡金属，其物理特征非常强，尤其是熔点非常高，是非合金金属的冠军，但钨主要用作钨丝灯泡、X射线管和高温合金。而且钨还太重（密度大），硬度太高，显得韧性不足。而且钨在高温环境下，还和空气中的氧气或者氮气发生化学反应，变得更脆。这些缺点导致钨很少在航发领域应用。

铼是一种符号为Re的化学元素，原子序号为75。它是一种银白色的重金属，在元素周期表中属于第六周期过渡金属。铼也是地球地壳中最稀有的元素之一，平均含量估值为十亿分之一。1925年科学家发现了铼元素，它也是最后被发现的稳定元素。同时其也是熔点和沸点最高的元素之一，铼的熔点高达3182摄氏度，与其对应的，镍的熔点仅为1455摄氏度。铼是银白色的重金属，属于元素周期表中第6周期过渡金属。

铼最大应用便是在航空航天领域。铼是世界上最稀有的元素之一，平均含量仅为十亿分之一，它是熔点和沸点最高的元素之一，镍铼高温合金广泛应用于制造喷气式发动机的燃烧室、涡轮叶片和排气喷嘴。

铼比钻石更难以获取，价格高昂，2011年时平均价格高达每千克4575美元。全球约7%的铼用于生产航空发动机，其在军事战略上有重要意义。其次，铼还是化工产业中重要的催化剂，主要应用于铂-铼催化剂，可以用来生产无铅、高辛烷的汽油。

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为什么不用钨做航空发动机的高温叶片？原因如下：

1.钨虽然熔点比铼高，但是钨与氧的亲和力极强，也就是极易被氧化，在高温下（约1000℃以上）会强烈燃烧。如果用它做航空发动机的高温叶片，那就在发动机尾气通道里增加了燃料，瞬间就被烧为灰烬。

2.钨很脆，常温下几乎没有延展性，塑性很差，例如钨极氩弧焊的那个钨棒，细一点的用手都能折断。如果用钨做航空发动机的叶片，一是不好加工，二是在强大的气流冲击下很容易被断裂。

为什么要用稀缺的铼？理由如下：

1.铼的熔点3180℃，比钨的熔点（3430℃）稍低，但铼质软且具有很好的塑性、延展性和良好的力学性能。铼还有一个最显著的特性，它是密集六方晶格，可以在液态下长时间孕育出数百克大小的晶粒，这就是“单晶铼”。单晶铼由于没有晶界（高温下晶界最先软化或熔化），其软化极限温度可以从约1200℃提高到约1500℃，再配合“陶瓷外衣”和叶片内部微孔冷却，就能承受约1700℃以上的高温气流的冲刷。

2.铼与氧的亲和力极低，具有很强的抗氧化性，更不会发生高温燃烧现象。

3.铼是地球上已发现金属中，高温综合性能最好、耐高温性最好的金属，在地球上基本再找不出第二种比铼更适合做航空发动机高温叶片的金属材料了。

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怎么没有用？现在航空发动机用的是单晶镍基合金，属于一种高温合金。这种高温合金里本来就是有钨、钼、钌、钽、钴、铼这些稀有金属的。也就是说，铼从来就不是单独用的，必须和以上几种配合使用。

钨的熔点比铼高是没错，但其实目前航空发动机的涡轮前温度也就是1700度左右，日本人做的最好，也就是1800度，远远低于铼和钨的熔点，可以说二者耐高温能力都够用。但是发动机的燃烧室，燃气涡轮，加力燃烧室可不止高温那么简单，还有高压和高温氧化的恶劣环境。而钨的在高温下的抗氧化能力和抗蠕变性能，表现的不如铼。所以这也是为啥要在叶片中用铼的缘故。在高温合金中掺入少量的铼能够同时提高钨和钼的强度和塑性，所以它的地位也是非常重要的。

铼金属

航空发动机上的高温单晶叶片

但是我们要知道，铼是一种极为罕有金属，全球探明储量只有2500吨，稀有程度比钨要高的多得多；而一台发动机至少要用掉几公斤的铼。我国目前的铼储量只有200吨，而且是用一点少一点，没有可持续性。所以，未来的航发材料上一定要在新的方向上寻求突破，尽量少用铼。大家看到最近日本的XF-9航发涡轮前温度做到世界第一，其实是靠堆砌大量铼金属做到的，所以没啥可担心的，日本的铼储量比中国还低得多，这种发动机很难量产。

铼虽然是个好东西，但是靠堆砌铼金属，那就只能做一个实验室产物

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金属铼是世界上最稳定的金属之一，也是熔点和沸点最高的金属之一，是地壳中最稀有的金属之一，平均含量估值约为十亿分之一，铼是钼和铜提炼过程中的副产品，科学家在1925年发现了铼元素，成为了最后被发现的最稳定元素之一，名字的来源取自于欧洲的莱茵河。

1928年德国的一群人在660公斤的钼矿中提炼出来1克的铼，1968年美国提炼出来的75%左右的铼用于研究及难容金属合金材料，到了七十年代高温合金材料获得了广泛运用，铼的熔点是已发现元素中熔点前三甲的第三位，排在第一位的是钨，排在第二位的是碳，铼的全球产量每一年在四五十吨之间，合金金属铼的回收每年在10吨左右，美国是铼的生产大国，铼镍合金通常被用做航空发动机材料。

在这种高温合金下，用来做喷气式发动机的涡轮叶片，燃烧室以及喷嘴，这些合金里面最多只有6%的铼，所以来在使用上基本上主要运用于军事领域，民用领域一般是粉末状，用于做特殊金属催化剂使用，但是用途远没有军事用途来得广，也被一些主要的军事强国当做最重要的军事物资使用，严格的控制买卖出口。

说到钨，大家首先想到的就是钨丝灯泡，但是钨在自然界中其实含量也并不高，钨是一种有色金属，也是绝大多数强国的战略物资之一，用途的特殊性非常高，由于钨的熔点高硬度大，钨的主要用途是在合金材料上面的运用，最常见的钨的运用就是在一些电子原件上面，还有钨的合金材料就是在机床刀具上面的使用，因为钨的硬度高，还有耐高温。

我国拥有大量的钨资源，钨的产量和出口都是世界第一，钨是国家的重要战略资源，在开采和出口上都有严格的限制，就是为了保障我国稀有重要金属能在战略上起到作用，钨的主要作用在光学材料，特殊合金，新型金属合金材料，和有机金属化合物都会运用到钨，在医疗卫生，航天开发，电子计算机，光感材料，光电材料，能源材料，当代通讯技术等方面都有重要的作用。

钨在军事航天中的运用主要是用于合金材料上面，钨的耐磨性强度高，在航空航天发动机上面跟其他金属制造出来的合金材料可以使得航空航天发动机原件的耐磨性提高不少，在军用发动机中，钨被运用在跟铼以及其他金属的合金材料中，并不是没有用在发动机领域，发动机这种方面并不是说只用一种材料就可以的而是需要按比例来制做合金材料，没有说代替的说法，其实都是按照一定的比例混在里面的，缺少了其中某一种就会效果不理想，比例上面出现不对也会出问题。

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谁说航发叶片中没有钨，第三代单晶耐高温合金中同时含有钨和铼。

首先要明白航空发动机中涡轮叶片的工作环境是高温(1000℃以上)，高压(100MPA以上)，强离心力。另外，叶片要在这种环境中稳定的工作，还要保持不发生蠕变，破损等现象。这就对叶片所用材料的耐高温性能，抗蠕变性能有较高的要求。

要知道，现在先进航空发动机的涡轮叶片材料都是单晶耐高温合金，而并非一种固定的元素构成。日本的TMS-75第三代单晶耐高温合金的基本组成元素有:镍，钼，钛，铼，钨，铬等等，也含有钨元素。另外，国产第三代DD409单晶耐高温合金中含有钨。事实上，在早期时候，发动机叶片还以变形高温合金为主时，里面还是含有钨元素的。也只能这样说，各国单晶叶片元素的含量和种类是不同的。其实单晶耐高温合金中加入钨有助于提高固溶强化效果，只不过含量没有铼高而已。

先来看一看“钨和铼”具体的性能，钨的熔点在所有金属中是最高的(3422℃)，但是在高温下容易与氧气发生反应，除此之外，钨在高温下也会生华为气态。而铼的熔点(3186℃)仅次于钨和碳，但是在高温下比较稳定，其抗拉伸强度高达1172Mpa。铼在高温和急冷急热状态下转换时基本不会出现热胀冷缩，也就是说，在航空发动机从停车到运转的过程中，温度从常温瞬间达到1000℃以上的状态下，使用了含铼的发动机叶片并不会出现形变，这样的特性就非常适合航空发动机。

航空发动机的叶片并不全是用金属铼制造的，而铼在叶片中的用量在2%—6%之间，说白了叶片中掺入铼就是为了提升单晶合金的抗蠕变，耐高温，抗氧化性能。研究表明，在镍中加入铼，可以有效提升合金的抗蠕变性能。

事实就是，钨也在航空发动机叶片中有应用，只不过含量不如铼高而已，应用范围也没有铼广。由。而单晶耐高温合金叶片的制造方法主要有两种:第一，采用定向凝固制备单晶叶片；第二，采用高能束流焊接设备进行高温合金粉末或丝材增材制造单晶叶片。而关于第一种方法，首先得将合金全部熔化，在进行定向凝固。上面也说了，钨的熔点高达3400多℃，而其他稀有元素的熔点没这么高，高出了近300℃的温度。那么在钨熔化后的这个温度上，是否会对其他稀有金属元素造成影响。不过，既然国产第三代单晶耐高温合金与日本第三代单晶耐高温合金中都含有钨元素，那么就是解决了一系列的问题。

只不过，钨相对于铼来说并不稀有，在航发中关注点也不在钨上面。但是事实告诉我们，钨元素还是存在于航空发动机叶片中的。

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金属钨在常温下硬度比金属铼硬度高，在高温下金属钨硬度衰减很快，铼则相反。

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钨差不多挖完卖光了吧？

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谁说航空叶片中没有钨，而第三代单晶高温合金却同时含有钨和rh。首先，我们必须了解航空发动机涡轮叶片的工作环境是高温（1000℃以上），高压（100MPA以上）和强大的离心力。另外，叶片必须在这种环境中稳定地工作，且不能蠕变，破裂等。这对叶片中所用材料的耐高温性和抗蠕变性有更高的要求。您知道，现在高级航空发动机的涡轮叶片材料是由单晶高温合金制成的，而不是由固定元素组成的。日本TMS-75第三代单晶高温合金的基本组成元素是：镍，钼，钛，rh，钨，铬等，并且还含有钨。另外，国产第三代DD409单晶高温合金还含有钨。实际上，在早期，当发动机叶片主要是变形的高温合金时，它们仍然含有钨。只能说，不同国家的单晶刀片元件的含量和类型是不同的。实际上，在单晶高温合金中添加钨有助于提高固溶强化效果，但含量却不如high高。让我们看一下“钨和en”的特定属性。钨的熔点是所有金属中最高的（3422°C），但在高温下容易与氧气反应。另外，钨也会在高温下反应。盛华是气态的。 （的熔点（3186℃）仅次于钨和碳，但在高温下相对稳定，抗张强度高达1172Mpa。在高温，快速冷却和快速加热之间切换时，basically基本上不会经历热膨胀和收缩。也就是说，在航空发动机从停车到运转的过程中，温度从常温瞬间达到1000℃以上，并且所含的engine的发动机叶片不会变形，这一特性非常适用于航空发动机。航空发动机的叶片并非全都是金属metal制成的，叶片中的the含量在2到6之间。说白了，在叶片中添加rh可以提高其抗蠕变性和耐高温性。单晶合金。抗氧化性能。研究表明，在镍中添加rh可以有效提高合金的抗蠕变性。事实是，钨还用于航空发动机叶片，但含量不如as，应用范围不如as。通过。单晶耐热合金叶片的主要制造方法有两种：第一，采用定向凝固法制备单晶叶片。第二，使用高能束焊接设备来生产具有高温合金粉末或焊丝的单晶叶片。关于第一种方法，必须首先将合金熔化并定向凝固。如上所述，钨的熔点高达3400℃，而其他稀有元素的熔点却不高，接近300℃。那么在钨熔化后的这个温度下，会影响其他稀有金属元素吗？但是，由于国产的第三代单晶高温合金和日本的第三代单晶高温合金都含有钨，因此解决了一系列问题。然而，钨与to相比并不罕见，航空发展中的重点也不在于钨。但是事实告诉我们，航空发动机叶片中仍然存在钨。

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重了飞不上去，只能在地上跑！