含鋯鉿合金(及化合物)在飛行器上的應(yīng)用

2015-08-11 IP屬地陜西7680

　　現(xiàn)代飛行器如宇宙飛船、人造衛(wèi)星、火箭、導(dǎo)彈、超音速飛機(jī)正朝高速、高空、大推力、遠(yuǎn)距離、高準(zhǔn)確和安全的方向發(fā)展，鋯、鉿（及其化合物）由于某些優(yōu)異性能，除可作用小型核動(dòng)力結(jié)構(gòu)和包套材料外，還被用在阿波羅宇宙飛船上的有關(guān)部件。鉿也可作為體積小而能量大的火箭推進(jìn)劑。

　　鉿化合物具備難熔、抗氧化和耐蝕等幾方面的綜合性能，是耐高溫材料。鉿的碳化物熔點(diǎn)高，比碳化鎢高500 ℃。4份碳化鉭和1份碳化鉿的混合和其熔點(diǎn)高達(dá)4215 ℃，因而可作噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和導(dǎo)彈上的結(jié)構(gòu)材料和高熔點(diǎn)金屬熔煉坩堝的內(nèi)襯。

　　硼化鉿（HfB2)具有高溫特性和良好的抗氧化性，可作為高速的宇宙火箭材料，在2000-2200 ℃的大氣中使用。含鉿量多的硼化合物的抗氧化性能比硼化鋯大10倍。

　　碳化鉿（HfC）具有3890℃的高熔點(diǎn)和高彈性系數(shù)，良好的電熱傳導(dǎo)性，小的熱膨脹和好的沖擊性能，非常適用于火箭噴嘴，可作重返大氣層宇宙火箭的鼻錐部件。

　　鉭-鉿夾心結(jié)構(gòu)材料，其耐熱高溫性能 2200℃，可作火箭的噴嘴和其他各種結(jié)構(gòu)材料。

　　用滾壓包覆層、等離子弧噴鍍和噴涂等方法，將但鉿合金涂敷在管材和擠壓型材上，這引起涂敷了鉭鉿合金管材和型材可用作火箭噴嘴、透平發(fā)動(dòng)機(jī)和宇宙飛行器等。

　　鉿可作用燭接和釬焊材料。由于鉿具有延展性、抗氧化性和耐高溫等特性，故可用于熱防護(hù)層和宇宙火箭的釬焊合金。含鉿的合金如Ta-W(8%)-Hf(2%)和Ta-W(9.6%)-Hf(2.4%)合金正在蜂窩結(jié)構(gòu)和格架的釬焊中進(jìn)行試驗(yàn),釬焊的溫度為2175-2200℃。Hf-Ta(40%),Hf-Ta(19%)-Mo(2.5%)的釬焊合金至今仍在使用。

　　由于鉿具有快速吸熱和放熱的性能（比鋯和鈦快1倍），因而可作噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)和導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)材料。鉿的難熔性質(zhì)，使得其可用作渦輪噴氣式飛機(jī)的葉片，用于凝固點(diǎn)壓式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中。也可用來制造活門、噴管和其他高溫零件。含鋯鉿合金的應(yīng)用實(shí)例見表5-46。

　　表5-46 鋯鉿在現(xiàn)代飛行器中的應(yīng)用實(shí)例名稱

　　性能和用途

　　材料

　　(1)Ni-Pt、Ni-Cr-Zr合金

　　耐熱合金網(wǎng)、耐熱合金材，用于登月艙倒面?zhèn)鳠嵫b置

　　金屬鉿

　　（2）Nb-10%Hf合金

　　登月艙從月球起飛火箭噴嘴

　　金屬鉿

　　（3）鉿粉末

　　作火箭推進(jìn)器材料

　　金屬鉿

　　（4）鉿基合金

　　含20%-27%Ta、2%Mo，已開發(fā)出1650℃以上仍有抗氧化性合金復(fù)合工藝，用于飛行器

　　金屬鉿

　　（5）Ta-10%W、Ta-8%W、Ta-10%Hf、Ta-9.6%W-2.4%Hf合金

　　合金用于蜂窩結(jié)構(gòu)和格架結(jié)構(gòu)

　　金屬鉿

　　（6）T111

　　T222

　　Astar合金

　　Ta-W8-Hf2-C0.003

　　Ta-W8-Hf2-C0.012

　　811C Ta-W8-Rel-

　　Hf1-C0.025

　　用作宇宙飛船返回大氣層時(shí)的熱防護(hù)材料；具有高蠕變強(qiáng)度

　　金屬鉿

　　（7）Nb-Hf合金

　　B-88、Nb-W28-Hf2-C0-0。67，可用于火箭和燃?xì)馔钙?/div>

　　C-103 Nb-hf10-Ti1-2R1

　　C129r Nb-W10-Hf10-Y-0.07

　　SU16 Nb-W11-Mo3-Hf2-Co0.8

　　VAN-80 Nb-W28-Hf2-C0.013

　　WC-3015 Nb-Hf28-W15-Ta4-Zr2-C0.1

　　金屬鉿金屬鉿

　　金屬鉿

　　（8）Ta-Hf合金

　　Ta88%-Hf2%-4%-W7%-9%在1093℃以上具有高強(qiáng)度和抗氧化能力，易加工成形。鉭88%、鉿4%、鎢的合金在室溫下的極限抗拉強(qiáng)度為1030MPa，屈服強(qiáng)度為980MPa，伸長率為15%；在1482℃時(shí)各項(xiàng)相應(yīng)值為：224MPa，210MPa和67%。另一合金80%鉭、10%鎢在室溫下的抗拉強(qiáng)度極限為860MPa，屈服強(qiáng)度840MPa，伸長率為4%；而在1482℃時(shí)各項(xiàng)相應(yīng)值為：245MPa、210MPa和2%

　　金屬鉿

　　（9）MT-104鉬合金

　　含Ti0.5%Hf0.08%C 0.25%可用作火箭噴嘴，方向盤操縱裝置，返航器機(jī)翼前元件，亦可用作高溫爐部件，電氣及金屬加工工業(yè)的抗磨部件，制造直徑為152.4mm,長度為304.8mm,最大質(zhì)量為54.4kg的氣缸、空心氣缸

　　金屬鉿

　　（10）Fansteel 42鉬合金

　　含Zr0.06%-0.12%,Ti0.4%-0.55%C0.01-0.04%，具有很高的再結(jié)晶溫度和良好應(yīng)力斷裂性，室溫下抗拉強(qiáng)度844-1020MPa，屈服極限938-950MPa，可用于熱發(fā)動(dòng)機(jī)，飛機(jī)高溫制件

　　金屬鉿

　　（11）TZM、D-14、D36宇航用合金

　　TZM為Mo-0.5Ti-0.08Zr,D-4為Nb-5Zr,D-36為Nb-10Ti-5Zr，用于宇宙飛船零件

　　金屬鉿

　　（12）鋯基材料

　　ASSTM計(jì)劃中有5只飛船的頭部有鋯基材料制成的頭錐