金属铼元素在镍基高温合金中的应用

王珏; 赵巍

doi:10.3969/j.issn.1000-6826.2022.02.0008

金属铼元素在镍基高温合金中的应用

doi: 10.3969/j.issn.1000-6826.2022.02.0008

王珏,
赵巍

空军装备部驻北京地区第六代表室，北京　101300

详细信息

作者简介:
王珏，女，工程师，空军装备部驻北京地区第六代表室，主要研究方向：航空材料质量管理，E-mail：34451843@qq.com

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出版历程
- 网络出版日期: 2022-03-29
- 刊出日期: 2022-03-20

Application of Rhenium in Nickel-based Superalloys

Jue WANG,
Wei ZHAO

摘要

摘要: 铼作为一种稀有难熔金属，在自然界中一般与钼、铜等金属矿物相伴而生。铼具有高熔点、高强度、良好的塑形和机械稳定性，并且由于铼添加会产生“铼效应”，因此被广泛应用于航空发动机涡轮叶片用单晶高温合金中。此外，金属铼储量稀少、加工获取困难，导致其价格昂贵，各国都视其为战略元素。而当前高温合金行业是铼最大的消费领域，约占铼总消费量的80%，并且随着人类航空航天事业的飞速发展，消费市场对铼资源的需求以每年5％的速度增长，导致铼的应用越来越受到重视。为缓解日益增长的铼资源紧张局面，当前已逐步发展出了多样化富集分离手段和使用替代元素、低铼以及铼回收利用等新兴技术使金属铼获得更为充分的应用。

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图 1 自然界典型元素含量分布^[2]

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图 2 常见铼加工制品： (a)铼颗粒；(b)铼条；(c)铼粉

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图 3 不同凝固结晶组织的镍基高温合金叶片：（a）等轴晶；（b）定向柱晶；（c）单晶

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图 4 高性能军/民用发动机及单晶叶片： (a) 军用发动机；(b) 民用发动机；(c) 单晶叶片

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图 5 铼珠的价格变化

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表 1 典型镍基单晶高温合金成分（质量分数，%）

合金		Cr	Co	Mo	W	Al	Ti	Nb	Ta	Re	Ru	Hf	Ni
第一代	DD3	9.5	5.0	3.8	5.2	5.9	2.1	—	—	—	—	—	Bal.
	Rene N4	9.0	8.0	2.0	6.0	3.7	4.2	0.5	4.0	—	—	—	Bal.
	CMSX-2	8.0	5.0	0.6	8.0	5.6	1.0	—	6.0	—	—	—	Bal.
第二代	DD6	4.3	9.0	2.0	8.0	5.6	—	0.5	7.5	2.0	—	0.1	Bal.
	Rene N5	7.0	8.0	2.0	5.0	6.2	—	—	7.0	3.0	—	0.2	Bal.
	CMSX-4	6.5	9.0	0.6	6.0	5.6	1.0	—	6.5	3.0	—	—	Bal.
第三代	DD9	4.3	7.0	2.0	6.5	5.6	—	0.5	7.5	4.5	—	0.1	Bal.
	CMSX-10	2.0	3.0	0.4	5.0	5.7	0.2	—	8.0	6.0	—	0.03	Bal.
	Rene N6	4.2	12.5	1.4	6.0	5.75	—	—	7.2	5.4	—	0.15	Bal.
第四代	EPM102	2.0	16.5	2.0	6.0	5.55	—	—	8.0	5.95	3.0	0.15	Bal.
第四代	TMS138	3.2	5.8	2.9	5.9	5.8	—	—	5.6	5.0	2.0	0.1	Bal.
第五代	TMS162	3.0	5.8	3.9	5.8	5.8	—	—	5.6	4.9	6.0	0.1	Bal.
第六代	TMS238	4.6	6.5	1.1	4.0	5.0	—	—	7.6	6.4	5.0	0.1	Bal.

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表 2 近期世界铼产量与储量^[15]

国家/地区	产量/kg		储量/kg
国家/地区	2019年	2020年	储量/kg
美国	8360	7800	400000
亚美尼亚	280	280	95000
智利	30000	30000	1300000
中国	2500	2500	未知
哈萨克斯坦	500	1000	190000
韩国	2800	2700	未知
波兰	8340	8300	未知
俄罗斯	未知	未知	310000
乌兹别克斯坦	460	460	未知
总计	53200	53000	2400000

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