钼基合金作为高温合金的代表之一，已经广泛应用于航空航天、核工业、化工等领域。然而，钼基合金的力学性能和高温稳定性仍存在着一些限制，这促使着研究人员探索新的合金设计策略和合金元素的添加方式。铼是一种高熔点、高密度的过渡金属，具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性，因此被广泛应用于高温合金中。研究表明，将铼添加到钼基合金中可以显著提高合金的强度、塑性和高温稳定性。此外，钼铼合金材料因其高强度、高温耐久性和良好的耐腐蚀性，在航空航天、核工业等领域具有广阔的应用前景。本文将介绍铼在钼基合金中的强化效应，并探讨钼铼合金材料的应用展望。

一、铼在钼基合金中的强化效应

1、钼铼合金的力学性能

纯钼作为体心立方金属在室温下呈现出脆性，加工性能差，这在一定程度上制约了金属钼的深加工性能和服役效能。钼中加入铼可显著改善钼的低温脆性，进而提高其加工性能，增加强度的同时仍保持良好的塑性，且铼的添加也改变了钼在热加工和冷加工过程中从单一滑移到孪生和滑移相结合的机械变形行为，抑制了碳和氧的脆化作用，提高了材料的焊接性能，可使锻制和轧制的产品具有较低的韧-脆转变温度，并使得再结晶退火后材料的脆化程度有所减轻。这种铼的添加对钼性能的改善现象被称之为“铼效应”。

2、钼铼合金的热物理性能

图2示出铼含量对钼铼合金热导率及热膨胀系数的影响。由图2可见：对同一成分的钼铼合金，随温度的升高，热导率逐渐降低，热膨胀系数逐渐增加；对不同成分的钼铼合金，随铼含量的增加，同一温度下的热导率逐渐降低。另外，随铼含量的增加，同一温度下的热膨胀系数逐渐增加。产生这一现象的可能原因如下:

纯铼的热导率小于纯钼的热导率，而纯铼的热膨胀系数大于纯钼的热膨胀系数，因此随铼含量的增加，同一温度下的热导率逐渐降低，而热膨胀系数逐渐增加。

铼含量对钼铼合金热导率及热膨胀系数的影响

3、钼铼合金的辐照性能

反应堆内射线种类很多，但对金属材料而言，性能影响较大的主要是中子辐照，而α射线、β射线、γ射线的影响则较小。关于钼铼合金中子辐照性能的公开文献较少。俄罗斯的Fabritsiev等系统研究了不同铼含量对钼铼合金抗辐照性能的影响。图3示出铼含量及辐照温度对钼铼合金抗拉强度及延伸率的影响。图3中， Trest为力学性能测试温度， Tirr为辐照温度。由图3可见，对铼含量为0. 5% ~20%的钼铼合金，辐照温度处于450~800°C，进行5 dpa快中子辐照情况下，均产生严重的辐照脆化。但辐照后材料抗拉强度变化规律不同，辐照温度处于450~550 C时，钼铼合金产生辐照软化现象，屈服强度降低近一半，塑性降至几乎为0。而辐照温度处于760~ 800 °C时，钼铼合金产生辐照硬化现象，延伸率处于2% ~ 3%之间。

辐照温度对钼铼合金抗拉强度和延伸率的影响

二、钼铼合金铼含量的选择

当铼含量在11% ~50%时，合金的性能比纯钼有大幅度的提高。在固溶度范围内，一般都是随着铼含量的增加，综合性能变得更好。例如，随着铼含量的增加，钼铼合金的塑脆转变温度逐渐降低，当铼含量达到50%时，塑脆转变温度达到了-254°C左右；随着铼含量的增加，钼铼合金的再结晶温度逐渐升高，当铼含量大于10%时，钼铼合金的再结晶温度升高到1200°C，钼铼合金的高温性能得到了提高。

随着铼含量的增加，固溶强化作用也增强，同时晶粒变细，钼铼合金的屈服强度和抗拉强度逐渐升高，应力因子和硬化指数均升高，加工硬化逐渐增强，同时塑性也逐渐提高；随着铼含量的增加，钼铼合金的各向异性逐渐减弱，当铼含量达到50%时，钼铼合金表现为各向同性，各个晶向上的弹性系数都一样。

科学家研究了不同铼含量的钼铼合金的焊接性能，发现当铼含量在25%以上时，钼铼合金焊件具有好的力学性能，特别是塑性较好。通过对各种成分的钼铼合金的高温蠕变性能测定发现，Mo-51Re合金具有较高的塑性和蠕变速率、较短的断裂时间。实际生产的钼铼合金中铼含量不应超过51%，因为当铼含量超过51%时，在生产过程中将会产生大量硬脆的σ相。应用在航天上的钼铼合金，不但需要好的室温性能，而且还要有很低的塑脆转变温度、好的塑性、高的强度和高的再结晶温度等，一般铼的含量在40%以上。研究人员对铼含量在40%以上的几种钼铼合金的性能及结构进行研究发现，Mo-44.5%Re合金中没有σ相产生，同时具有优异的低温塑性.力学性能、好的成形性、易加工等特点，并具有非常好的综合性能，非常适合--些航天的应用。

钼铼合金二元相图

美国的一个钼铼合金的专利，其合金成分控制为: Mo、Re、W、Y、Rh、Sc、Ta、Si、Tb、V、Nb/Zr，除了Mo、Re，其他元素的含量总量必须控制在3%(质量分数)以内，其中Re的含量在44. 5%±0.5%，一般应小于44. 7%。相比于现在商业上流行的两种钼铼合金Mo-41%Re和Mo-47. 5%Re，这种成分的钼铼合金具有更佳的综合性能，Mo-41%Re的塑脆转变温度大约为-150°C；对于大多数航天上的应用还是相对太高，而这种钼铼合金的塑脆转变温度低于-200°C。Mo-47. 5%Re合金在1075~ 1275°C时容易产生脆相σ相，降低了该合金的低温塑性，最终的低温塑性与Mo-41%Re差不多，它们的低温塑性都比不上这种钼铼合金。因此，Mo-44.5%Re合金具有更佳的综合性能。

图5展示出铼含量对钼铼合金屈服强度及延伸率的影响。由图1可见：铼含量高于15%时才产生明显的铼强化效应；铼含量处于9%~14%时，室温塑性最佳，延伸率最好，接近40% ；铼含量为14%左右时，钼铼合金延伸率最好，接近40% ，加工性能最好，而同时存在一定的铼固溶强化作用，这可能就是采用Mo-14Re合金作为堆芯结构材料的原因。

三、钼铼合金的应用

到目前为止，铼是最有效改善钼合金性能的元素。钼铼合金由于具有优异的性能，广泛应用于电子、航空航天、核能等高科技领域中。例如：

1、钼铼合金有优异的抗辐射性能，可以作结构包套材料，用于空间核反应堆的热离子交换器；

2、钼铼合金具有高的抗拉强度和好的延性，可以制成箔材和极细丝材，成为很好的弹性元件；

3、钼铼合金具有好的高温性能，可以用在加热器、反射器、火箭推进器、工作站、热电偶等高温设备中，并且具有很长的使用寿命；

4、钼铼合金具有良好的导电性、耐磨性和抗电弧烧蚀性，在电子器件方面的应用也很广泛。总之，随着现代高科技工业的发展和需求，钼铼合金具有十分光明的应用前景。

湖南尊龙凯时-人生就是搏铼合金材料有限公司，长期专注铼及铼合金材料研发，除了上述常规应用外，还开发出了在医疗领域应用的钼铼47.5。

钼铼合金一直以来主要应用于高温及核电领域，但因钼铼合金具有很高的强度、优异的韧性、延展性和生物相容性、极低的磁敏感性，是替代传统医疗领域人体植入材料的理想选择。

2012年，美国M公司成功研发出了钼铼合金支架，目前已在欧洲临床应用。该合金具有很高的强度，因此利用该合金生产出的支架壁厚仅为0.06毫米，这是有史以来最薄的支架。在钼铼合金支架取得巨大成功后，M公司开始组织一大批装置设计师、设计工程师、整形外科医生联合探讨开发钼铼合金在脊柱和颅颌面等外科植入物的潜在应用，同期ASTM(美国材料试验协会)颁布了《用于外科植入物的锻造钼-47.5铼合金(UNS R03700) F3273-17标准规范》。

2017年美国M公司应用钼铼合金材料制造的Europa椎弓根螺钉系统获得了FDA 510（K）批准，成为FDA批准的第一个采用钼铼合金新型植入材料的医疗器械。该材料可提供前所未有的强度、延展性、耐久性和生物安全性。目前临床上使用的植入材料为40年前就开始使用的钛、钴和铁合金，传统植入材料的局限性一直未能满足临床患者的需求，而钼铼合金高温合金材料可以减少软组织破坏，使患者能够更快的恢复，为患者带来更好的治疗效果。钼铼合金材料制作的Europa椎弓根螺钉系统已用于成人脊柱畸形的治疗，较传统的材料在结构耐久性及延展性等方面表现出较大的优势，目前正在欧美市场开始大范围推广使用。2022年美国M公司钼铼合金前路颈椎板系统成功获得FDA 510(K)批准，钼铼合金材料医疗器械应用不断扩展。