引言

钽属于难熔金属，其熔点仅次于钨，这增长了钽脊合金造备的难度
。因而，造备经济且机能良好并合用于所需领域迪脬合金拥有沉要的意思
。目前，造备钽棒、钽板、钽丝等钽合金的步骤重要是粉末冶金法和电子束熔炼法
。粉末冶金法能够造备状态尺寸要求较高、较复杂的零件，并且资料无择优取向，能够直接造备成净成形的产品[1]，节俭了原资料
。

粉末冶金法出产的资料晶粒藐幼，强度高但塑性较差，并且杂质较多，这也是粉末冶金法不成预防的短处
。

电子束熔炼法能够造备杂质含量少致密度较高且塑性好迪脬合金，但其晶粒尺寸较大，对资料力学机能不利[2]， 通常必要进行后续的退火、冷轧和再结晶退火等处置，以细化晶粒
。选取电子束熔炼法造备迪脬钨合金能够在室温下进行冷轧加工，其变形量可达97％
。

钽是体心立方结构，高熔点，是罕见金属，拥有良好的延展性和耐侵蚀机能
。在纯钽中参与所金元素可提高其力学机能，重要是提高钽的强度
。目前常用的强化合金元素重要有O、N、C、Si、W、Nb和Ｙ等[3]
。强化道理重要为固溶强化、弥散强化及细晶强化
。钽合金尤其是利用宽泛迪脬钨合金能在保留纯钽良好塑性的同时拥有高强度
。钻研较多迪脬合金系统有Ta-W、Ta-Ｖ、Ta-Hf和Ta-W-Hf、Ta-W-Hf-Ｒｅ等[4]
。由于钽、钨两种原子结构相近，能够形成代替式陆续固溶体[5]，固溶强化后迪脬钨合金拥有一系列优异的力学机能，如高密度、高强度和优良的室温塑性等
。利用和钻研较多迪脬钨合金有Ta-2.5W、Ta-10W、Ta-12W、Ta-8W-2Hf等
。钽钨合金作为一种沉要的结构职能资料，在高温下也拥有高强度，故宽泛利用于高温环境，如高温航天结构件、高温真空炉元件和高能加快器中的靶材等[6]
。目前，钽钨合金高温机能的钻研备受关注，其高温拉伸机能早在20世纪末已有大量钻研
。

1、钽脊合金的造备步骤

1.1粉末冶金法

粉末冶金法的压造和烧结过程对产品的最终机能有决定性的影响
。影响烧结过程的成分有多种，其中致密度及孔隙率对资料的最终机能拥有最直接的影响
。而粉末冶金法的钻研也致力于提高钽合金的致密度，从而改善合金的烧结机能
。

金属钽和氧化钽由于介电常数大、机能不变和纯度高而被宽泛用于电容器资料
。电容器表壳加工必要深冲，而深冲过程中经
；岢鱿侄狭丫跋，国内尚不足技术出产
。分析发现，产生的原因是晶粒粗壮所致，而粉末冶金法令可预防这一弊端，可出产晶粒藐幼迪脬材
。近年来，研发出了好多新的粉末冶金设备和步骤，常用迪脬脊合金的烧结工艺有热压烧结、放电等离子烧结和热等静压烧结等
。

上世纪就已对粉末冶金法进行钻研，如美国洛斯阿洛莫斯国度尝试室钻研了3种钽粉致密化工艺，即冷等静压烧结、热等静压烧结和低压等离子体喷镀，并将这些步骤与传统铸锻工艺进行比力
。

早期李晋尧[7]钻研了传统的热压烧结，烧结温度为1600～2100℃时，用细粉烧造迪脬块的抗压强杜着于一致前提下粗粉烧造的
。而在2100℃烧结时，原始粉末的粒度对钽块机能的影响不显著
。

SPS烧结是一种能在较低温度短功夫内烧结出致密资料的新工艺
。与传统的烧结步骤相比，SPS烧结得到迪脬金属削减了原始样品的织构，而传统的热压烧结步骤[111]方向的织构在低温下极度显著[8]
。同时SPS烧结的试样显微硬度较传统烧结的高
。而试样的残存应力则与烧结步骤无关，只取决于烧结温度
。选取垂熔烧结、锻压、真空退火、轧造和退火等一系列工序可得到抗拉强度为330MPa、断后伸长率为30％左右，综合机能较优异迪脬板[9]
。宾夕法尼亚大学的钻研人员选取场辅助烧结钽脊钨合金，烧结温度达到2000℃，得到的纯钽的室温抗弯强度为354.83MPa，Ta-10W的抗弯强度为786.14MPa[10]
。

热等静压法可对粉末均匀施压，能在较低的温度使之拥有很高的致密度，并且造得的产品晶粒藐幼
。张幼明等[11]选取热等静压工艺造备了Ta-W-Hf系合金，选取预合金粉末即电子束熔炼破碎后的粉末进行冷等静压成形，1300～1500℃热等静压致密烧结，而后进行2200℃高温退火得到钽合金
。该合金的屈服强度和抗拉强度均能达到1200MPa
。此表发现，退火温度越高，资料的塑性越好
。经过高温处置后，塑性提高了2倍
。

1.2电子束熔炼法

电子束熔炼造备迪脬铸锭成吩旖均，杂质少，纯度高，室温加工塑性好，密度靠近理论密度17ｇ/cｍ³
。该步骤合用于对状态、尺寸要求不高的产品，重要用于造备棒材、板材和管材等的铸锭
。以钽板为例，选取电子束熔炼法加轧造造备钽钨合金板材的工艺为[12]：配料→混料→静压成型→预结→一次电子束轰击熔炼→二次电子束轰击熔炼→车锭→热挤开坯→中央退火→热锻热轧→中央退火→冷轧→真空退火→冷轧→钽合金板材
。

2、钽脊合金的机能

2.1力学机能

凭据载荷的状态分歧，可将力学机能分为静态力学机能和动态力学机能
。

静态力学机能：纯钽的塑性极佳，但其屈服强度只有150MPa左右[13]
。合金化是提高钽强度最有效且轻便的步骤，在钽中参与少量的合金元素形成固溶体即可强化合金机能
。Ta-W合金在工业上利用发展较快，其原因是：钨较便宜
；钨与钽固溶能有效提高钽的机能
；钨元素电子束熔炼时根基不挥发
。表1为钽脊钨合金的室温力学机能
。图1为钽脊合金的室温拉伸机能
？杉，随着W含量的增长，钽钨合金的拉伸强度和抗弯强度均有增长，但塑性降落
。

钽合金重要在高温前提下利用，所以对其高温力学机能的钻研较多
。张廷杰等[16]钻研了Ta-12W合金再结晶板从室温到1600℃高温的拉伸机能（如图2所示），其断裂强度和屈服强度均随温度的升高而降低，断口描摹在400℃时出现典型的韧窝断口，800℃为韧窝加沿晶混合断口，1000℃出现晶界滑动痕迹，1400℃又出现较深的韧窝
。

在高温拉伸过程中，钽钨合金的抗拉强度、屈服强度和弹性模量均降落，而断后伸长率和断面收缩率则上升
。

吴孟海等[17]钻研了钽的1000～2000℃高温拉伸机能（如图3所示）及塑性变形机造，发现，随着温度的升高，Ta-10W合金的抗拉强度降落，其塑性变形机造由以滑移为主的变形机造向以晶界滑动和动弹为主的变形机造转变
。动态力学机能：钽钨合金的力学机能受微量杂质含量和结晶结构等内涵成分的影响，对温度及应变率的变动比力敏感[18]，因而钻研钽合金的动态力学机能拥有沉要的意思
。钽脊合金的动态力学机能从上世纪50年代就得到了国表钻研者的关注
。

张万甲[19]钻研了用平板撞击Ta、Ta-0.5W和Ta-12W合金过程中，显微组织和W含量对钽合金动态裂纹萌生的影响
。

试验证明，钨含量的增长会推进缺点的形核和长大
。Nｅｍａｔ-Nａｓｓｅｒ等[20]进行了Ta和Ta-2.5W合金在23～727℃、应变速度为10^-4/s～3000/s的动态压缩试验，了局显示，W元素的增长能够增大流变应力，但是流变应力对温度和应变速度的敏感性减弱
。

图4为Ta和Ta-10W合金在10^-3/s和10³/s应变率下的压缩应力应变曲线
。

白润等[21]在-50～700℃和应变速度10^-4～10³/s领域内，选取资料试验机（ＭＴＳ）及分离式霍普金森压杆别离对退火态Ta-10W合金进行了准静态和动态压缩试验
。了局批注：合金的屈服应力和流动应力都随应速度的增长而增长，随温度的升高而减幼，阐发出显著的应变速度强化效应和温度软化效应
。利用所测得的应力应变曲线拟合了ＪOｈNｓON-COOｋ本构方程
。ＪC模型[22]是一个与应变速度和温度有关的经验型的黏塑性模型，于1983年初次提出
。

该模型合用于大无数金属资料在高应变速度、大应变以及分歧环境温度下的力学机能描述
。

此表，资料在低温及高应变速度下阐发出更大的应变速度敏感性
。

张廷杰等[23]用轻气泡加载和冲击波丈量技术丈量了Ta和Ta-W合金在10⁴/s～10⁶/s的高应变率下的形变行为，得出了在冲击载荷的高应变率下，加工硬化速度提升，屈服应力显著提高，并发现钽脊钨合金的动态塑性变形方式为孪生
。

2.2化学机能

钽脊钨合金的耐侵蚀机能优异
。钽与间隙式原子如C、Ｈ、O、N拥有极高的亲和力，与它们形成的化合物在高温下也极度不变
。金属钽表表有一层可能吸附氧的TaO钝化层，这层致密的氧化物质使钽拥有极佳的耐水溶性和耐蚀性，只有Hf、发烟硫酸和苛性碱能力对其侵蚀[24]
。

钽放入200℃的硫酸中浸泡一年，表层仅危险0.006mm[25]，但钽的抗氧化机能较差，在200℃以上的温度极易氧化，因而对钽及其合金的抗氧化涂层的钻研较多
。

3、钽脊合金的冷加工

钽脊合金的冷加工方式重要为轧造
。轧造过程蕴含轧造时变形量的节造、变形方式的选择以及轧造后的再结晶退火
。

3.1变形量

变形量分为单路次变形量和总变形量
。钽钨合金的单路次变形量通＝谠煸5％～20％
。对于总的变形量，通常情况下形变量越大晶粒拉长越严沉，形变储能越大，驱动力越大，再结晶温度越低，再结晶后更容易形成藐幼的等轴晶粒
。

随着形变量的增大，资猜中逐步出现微带，且其数量增多
。Ta-2.5W合金的微带的惯习面为｛111｝面
。当变形量超过40％时，出现剪切带[26]
。

3.2变形方式

常见的变形方式有单向轧造和交叉轧造
。以常用迪脬钨合金为例，单向轧造后，钽钨合金中会形成典型的α和γ织构[27]
。

交叉轧造是以肯定的旋转角，如90°、135°、180°，扭转每次的轧造方向，拥有细化晶粒和弱化织构的作用
。

因而，分歧的加工步骤对钽合金的力学机能有分歧的影响
。郭磊等[28]钻研了单向轧造和90°交叉轧造后钽板的机能，发现，一次交叉轧造即可细化晶粒且有效削减资料的各向异性，轧造方式对钽板力学机能的影响见表2
。

轧造方式对钽板的机能和织构的影响中，周向轧造对资料的织构弱化作用更为显著，可使资料获得越发均匀的退火态组织，如图5所示
。

3.3退火的温度和功夫

温度是产生再结晶的前提，升高温度可推进再结晶的过程，加快织构转变
。但是温度越高，晶粒越容易长大
。分歧的资料形变量分歧
。选取分歧步骤造备的同种资料，退火温度均有差距
。

选取粉末冶金法造备迪脬锭的退火温度要高于电子束熔炼法造备迪脬锭
。

王晖等[30]对Ta-12W合金进行了退火处置，并钻研了合金的退火工艺对室温拉伸机能的影响，了局批注，选取电子束熔炼法造备的Ta-12W合金板材的最佳退火温度为1400～1430℃，经此温度退火的板材的抗拉强度达600MPa以上，并且拥有较佳的低温塑性
。

此表，退火能推进组织均匀化：冷轧钽材经950℃退火很难解除变形带，1100℃退火60ｍin，再结晶过程根基实现，且晶粒藐幼、组织均匀
；退火温度超过1200℃时，再结晶迅速实现，晶Ｆ鹜烦ご，｛100｝织构减弱，｛111｝织构略微加强[31]
。

ＦａN等[32]钻研了高温短时退火及低温长功夫退火对钽板再结晶织构的影响，发现，退火温度不仅影响再结晶织构的类型，还对晶粒的状态有很大影响
。高温短时退火会使变形拉长的晶粒的伸长方向不再单一，而低温长功夫退火的则晶粒方向性较强，尤其｛111｝晶粒更为显著
。

4、实现语

钽及其合金作为沉要的结构资料和职能资料，在高温领域利用宽泛
。

钽钨合金拥有高熔点、高热强性和优良的加工机能，是航天飞行器关键部件的重要结构资料，其中对Ta-2.5W、Ta-10W及Ta-12W等高钨钽合金的钻研较多
。在造备工艺方面，对于精密迪脬及其合金零件，粉末冶金法是当前比力有效的步骤，可造备近成形零件
。对于单一状态的零件，宜选取电子束熔炼法造备，资料杂质少，冷加工机能良好，利用更宽泛
。在机能方面，有人钻研了钽脊钨合金的静态力学机能，可为合金的加工和使用提供参考
；在准静态和动态机能的方面，有人钻研了钽脊钨合金的流动应力对温度和应变速度的敏感度，可为在极端前提下服役迪脬及其合金提供参考
。钽及其合金优异的化学机能使得其在电容器和溅射靶材等电子行业阐扬了沉要的作用
。

不休开发更经济、机能更良好迪脬合金也是钻研者钻营的指标
。未来需对相对成熟迪脬钨合金、钽氧合金和钽铪合金等进行成分和造备工艺的改进，以造备出机能越发优异迪脬合金
。

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