钨元素耐高温比金属铼强的多，为何国产航空发动机叶片不用耐高温的钨，却改用缺乏稀少性能的铼？ _航空发动机

为什么不用钨做航空发动机的高温叶片？原因如下：

1.钨虽然熔点比铼高，但是钨与氧的亲和力极强，也就是极易被氧化，在高温下（约1000℃以上）会强烈燃烧。如果用它做航空发动机的高温叶片，那就在发动机尾气通道里增加了燃料，瞬间就被烧为灰烬。

2.钨很脆，常温下几乎没有延展性，塑性很差，例如钨极氩弧焊的那个钨棒，细一点的用手都能折断。如果用钨做航空发动机的叶片，一是不好加工，二是在强大的气流冲击下很容易被断裂。

为什么要用稀缺的铼？理由如下：

1.铼的熔点3180℃ ，比钨的熔点（3430℃）稍低，但铼质软且具有很好的塑性、延展性和良好的力学性能。铼还有一个最显著的特性，它是密集六方晶格，可以在液态下长时间孕育出数百克大小的晶粒，这就是“单晶铼” 。单晶铼由于没有晶界（高温下晶界最先软化或熔化），其软化极限温度可以从约1200℃提高到约1500℃ ，再配合“陶瓷外衣”和叶片内部微孔冷却，就能承受约1700℃以上的高温气流的冲刷。

2.铼与氧的亲和力极低，具有很强的抗氧化性，更不会发生高温燃烧现象。

3.铼是地球上已发现金属中，高温综合性能最好、耐高温性最好的金属，在地球上基本再找不出第二种比铼更适合做航空发动机高温叶片的金属材料了。

其他网友观点

谢邀，耐高温只是一方面。而另一方面的事情则是——钨也并不比铼更好加工。

钨元素耐高温比金属铼强的多，为何国产航空发动机叶片不用耐高温的钨，却改用缺乏稀少性能的铼？

文章插图

W君当年念书的时候，有材料学这个课程。不知道别人的感觉是什么样子的，反正W君当年念这门课程的时候是被不断的刷三观的。

例如W君小时候还有录像机这么一种东西，一个日本品牌录像机的广告就说他们的磁鼓是用钛合金磁鼓的，而且在广告语中还说钛是一种稀有的太空金属。

但实际上钛在地壳中的含量丰度排在第十。比什么镍、铬、铜什么的含量都高。但为什么大家已经用了不锈钢（铁镍铬合金）、青铜（铜锡合金），钛这么好又这么丰富不用纯钛或者钛合金呢？——开采就成了一个难题，从钛元素被发现（1789年），到能够工业化生产（1948）经历了几百年的时间，至今复杂的生产工艺让这种广泛存在的金属依旧价格高昂。

再说题主提到的钨。

文章插图

【钨元素耐高温比金属铼强的多，为何国产航空发动机叶片不用耐高温的钨，却改用缺乏稀少性能的铼？】从钨矿到钨产品并不是大家所想想的，挖出来一块钨矿石，加热融化后就能成为钨产品。

文章插图

如果是这样的话，地球上所有的金属制品也就不值钱了。

生产高纯度的纯钨，一般的来说是使用六氟化钨（WF6）进行置换。本身六氟化钨就是一种气态剧毒的危险品。又是六氟化物哈，六氟化铀是啥？大家想想……

文章插图

生产过程中的产物和中间物也都剧毒的。而最终能生产出的纯钨可以达到99.9999% ，但别高兴，这东西是黑色粉末。

文章插图

想变成钨块还有很长的一段路要走呢！

首先是高温熔融。

但要注意高温粉末状态下，即便是钨也有很强的化学活性，因此这个过程都是在充满了氢气的环境下进行的，没错是“氢气” 。依然是一种易燃易爆的气体。而且这样生产出来的“纯钨”还会有一个问题。就是在生产过程中会在高温下引入其他元素，使得钨的纯度降低到99.95左右% 。也正是因为这些杂质的引入，导致了这些“纯钨”的硬度高但是很脆。一旦碰撞甚至是剧烈震动就会碎裂。这显然就不是一个制作航空发动机的好材料了。

加其他金属元素能不能改变钨的这种脆弱的性质呢？也能，不过付出的代价其实很大。

这里就又有“脆”的问题了，到这里一定会有人不怀好意的笑了，脆还做穿甲弹？我们经常说的穿甲弹其实是钨镍铁合金。这个东西并不是纯钨生产的，而是采用了合适比例的共生矿物来调整后炼制的。钨含量大约在80-92%之间。由于可控的杂质（铁镍）在里面，生产起来就简单的了很多。这种东西能不能做飞机发动机叶片呢？当然不行了，虽然主要成份是钨，但是这种钨镍铁合金的熔点只有1000多度。做发动机涡轮前压缩机叶片都不合格。

现在我们会面临两个问题了：

第一、纯钨的确是耐高温，但是这脆

第二、钨合金的确是不脆，但是不耐高温

基本上在这个层面，就已经把钨从航空发动机叶片的选择中去掉了。

如果再深究去问能不能纯钨加料？也能吧，不过成本会很高很高，甚至高出直接用铼合金一大截。

金属铼虽然稀有，但是这个元素的可加工性比钨要强的多。

文章插图

而且用量也不大，铼可以说是工业的味精。你见过谁家炒菜是放纯味精的吗？即便是在高端的航空发动机叶片中，金属铼的含量通常在3% ，高端的发动机叶片也不会超过6% 。放入金属铼主要是为了改变镍合金叶片在高温下的蠕变强度。这是加金属铼的用途和用法。而真正在实际操作的时候就是想熔融的镍合金中加入一定量的铼粉。加工和操作并不会像纯钨改变脆性这么难。

一方面是如果用钨的叶片加工成本极高，另一方面看在镍合金中加入一点点铼成本提高了不少。但总体上来均衡计算会发现，加那么点铼所带来的成本提高，远比改善钨的脆性的成本要低得多。

文章插图

所以算算账嘛，虽然铼很贵，但总体上做发动机还是很便宜的。

其他网友观点

怎么没有用？现在航空发动机用的是单晶镍基合金，属于一种高温合金。这种高温合金里本来就是有钨、钼、钌、钽、钴、铼这些稀有金属的。也就是说，铼从来就不是单独用的，必须和以上几种配合使用。

钨的熔点比铼高是没错，但其实目前航空发动机的涡轮前温度也就是1700度左右，日本人做的最好，也就是1800度，远远低于铼和钨的熔点，可以说二者耐高温能力都够用。但是发动机的燃烧室，燃气涡轮，加力燃烧室可不止高温那么简单，还有高压和高温氧化的恶劣环境。而钨的在高温下的抗氧化能力和抗蠕变性能，表现的不如铼。所以这也是为啥要在叶片中用铼的缘故。在高温合金中掺入少量的铼能够同时提高钨和钼的强度和塑性，所以它的地位也是非常重要的。

文章插图

铼金属

文章插图

航空发动机上的高温单晶叶片

但是我们要知道，铼是一种极为罕有金属，全球探明储量只有2500吨，稀有程度比钨要高的多得多；而一台发动机至少要用掉几公斤的铼。我国目前的铼储量只有200吨，而且是用一点少一点，没有可持续性。所以，未来的航发材料上一定要在新的方向上寻求突破，尽量少用铼。大家看到最近日本的XF-9航发涡轮前温度做到世界第一，其实是靠堆砌大量铼金属做到的，所以没啥可担心的，日本的铼储量比中国还低得多，这种发动机很难量产。