钨的熔点比铼高,为何航空发动机叶片更适合使用铼合金?

钨的熔点虽然比铼高,但是钨合金的加工难度也更高,在高温下更脆,也更容易被氧化;而铼合金更易加工,在高温下具有很好的抗蠕变性能和抗氧化性能,这使得铼成为航天领域非常重要的金属,尤其是喷射引擎的高温部件,但是铼最大问题就是非常稀有,年产量很低。

钨和铼

钨和铼是熔点最高的两种金属,其物理性质如下:

铼(Re)

原子序数75

熔点3180℃

密度21.4g/cm3

钨(W)

原子序数74

熔点3410℃

密度19.35g/cm3

可以看到,金属铼的密度比钨还高,熔点比钨低大约200度,块状铼金属为银白色,其原子排列呈六方密排晶体结构,化学性质非常稳定,具有很强的抗酸性能,常温下连王水也溶解不了。

铼是1925年发现的元素,也是最后被发现的稳定元素,2014年的数据,全球已探明的铼资源大约为2500吨,只有黄金的百分之一,可以说相当稀有,而其中一半铼资源都位于南美洲的智利。

根据2020年的数据,我国已探明的铼资源储量大约为250吨,主要存在于辉钼矿当中,其辉钼矿中铼的含量在万分之一~万分之三之间,我国陕西省的黄龙铺钼矿山铼的储量就有176吨。

目前全球铼的年产量大约为50吨,2016年铼的价格为4700万元/吨,约为黄金价格的五分之一,为银价格的13倍,随着铼资源越来越少,铼的价格在近几年大幅上升,而国际上的铼资源主要被西方国家控制。

加入铼的合金(含量一般在3%~6%),具有很好的抗蠕变性能和抗氧化性能,能承受1500℃以上的高温,是航天领域极佳的高温材料,比如航空发动机的单晶涡轮叶片,火箭喷管等等,目前还没有找到比铼合金更加优异的高温材料。

早期的航天高温材料也用到钨合金,但是钨的缺点非常明显,首先钨脆性差,加工困难,抗氧化性也不好,钨在温度高于1000℃时就会缓慢氧化,这会大大降低航天发动机的寿命,而加入铼的合金却保持着很好的高温性能,所以对航空发动机叶片来说,金属铼比金属钨优异。