0 前言Ta-W合金具有很高的高温强度、良好的延展性、可焊性和优良的耐腐蚀性能，适用于高温、高压、耐腐蚀等工作环境，广泛应用在化工、航空航天、原子能工业和高温技术等方面，是一种很重要的工程、功能材料。Ta10W合金是Ta-W合金族中重要的一员，其抗腐蚀能力与钽相似，在酸性和中性介质中的稳定性良好，比其他材料更能经受高温和矿物酸（盐酸、硝酸和硫酸）的腐蚀。同时又具有优秀的导热性能，热导率为钛的两倍多，为锆和不锈钢的三倍多，为镍基合金的四倍，是制造化工用反应容器、热交换器以及热传输元件如冷凝器、卡口加热器、螺旋线圈、U型管、喷雾器和再沸器等的理想材料。Ta10W合金密度为16.78～16.90g/cm3，熔点高达3080℃，具有非常好的室温和高温力学性能，在2000℃高温下，其抗拉强度仍可达到100MPa，同时具有非常好的焊接性能。Ta10W合金的高温强度高，但是延展率却不超过50％，高温抗蠕

  摘 要：从成形工艺、成形件组织等方面介绍了增材制造纯钨、高密度钨合金及 W-Cu 复合材料的研究进展，并介绍了增材制造钨合金的应用情况及主要问题。钨作为一种重要的难熔金属材料， 具有高熔点和沸点、高硬度、低膨胀系数、低蒸气压等特点，在航天航空、电子、化工、核工业及其他极端环境领域有着重要应用[1]。 然而，由于钨有较高的熔点和低温脆性，使其很难使用通常的铸造和机加工方法制备。通常，大部分钨材料零件采用粉末冶金方法制备，但常规烧结态钨产品因存在密度低、强度低、塑性差和杂质含量难以控制等缺点，应用范围受到很大限制[2-3]。同时，在实际应用中，钨材料零部件的结构往往较复杂，通常有曲面、弯曲管道、孔和槽等特征，传统粉末冶金方法也难以实现。因此，为克服传统成形方法的不足，有必要采用一些新的成形技术。近年来，快速发展起来的金属增材制造技术(或3D 打印技术)是利用高能热源熔化金属粉末，通过逐点-逐线

  1引言近年来，金属钽由于高熔点与低蒸气压的特性，广泛应用于航空航天、国防、化工等领域［1］。另外，由于钽金属具有良好的生物相容性与骨生物活性，且能诱导骨骼生长、抵抗细菌感染，因此钽及其合金在3D打印医用人体植入方面的研究应用也越来越多［2］。目前，作为3D打印的难熔性钽原料—金属钽粉，主要的制备方法有物理化学法、等离子球化法、等离子旋转电极雾化法、射频等离子球化法四种方法［3］。国内某公司采用氢化脱氢的方法制备球形/类球形钽粉，获得的钽粉具有粒度分布集中、流动性好、氧含量低等特点［4］，但制备工艺复杂，钽粉纯度低；国外某公司采用等离子球化技术制备球形钽粉，所制备的钽粉氧含量低［5］，但制备成本高，单次球化效率低；国内某公司采用等离子旋转电极雾化法制备钽粉，获得了高球形度、高纯净度的球形钽金属粉末［6］，但该方法需要大功率、高耗能的系统，且所制备的钽粉粒径不易控制；国内某研究院利

  摘 要：对高碳铌钨合金 ＨＣＮｂ５２１烧结条进行二次电子束熔炼，以控制合金的碳、锆及气体含量。分析了熔炼锭高温退火处理后的显微组织，并对比了高碳铌钨合金 ＨＣＮｂ５２１及普通铌钨合金 Ｎｂ５２１板材的力学性能。研究结果表明，碳含量的增加使铌钨合金中形成较多的第二强化相，提高了铌钨合金的强度；电子束熔炼可有效地控制铌钨合金锭坯的成分含量；高碳铌钨合金的材料力学性能较普通铌钨合金稍有提高。１ 前 言材料是航天事业的基础，随着航空航天业的不断发展，市场对高温合金的需求出现了多元化，对其实际应用和性能提出了更高的要求。最早研究的高温合金用于航天发动机的涡轮燃烧室内，而高碳铌钨合金 ＨＣＮｂ５２１ 是 在 铌 钨 合 金 （Ｎｂ５２１，Ｎｉ－５Ｗ－２Ｍｏ－１Ｚｒ）基础上研制的一种高温合金，高温使用温度得到了很大的提升，并且对用在铌钨合金上的高温抗氧 化 涂 层 （硅 化 钼）的 粘 合 情 况 有

  ０前言轨／姿控双组元液体火箭发动机是导弹、卫星、飞船等航天飞行器的动力核心。为满足发动机高比冲、轻质化、长寿命、高可靠的需求，轨／姿控发动机推力室材料正朝着超高温、轻质化方向发展，与钼合金、钽合金等相比，铌钨合金具有低密度、优异的高温强度、良好的塑性等优点，是最具发展潜力的难熔金属材料之一［１］。在硅化钼高温抗氧化涂层的保护下，铌钨合金推力室的工作温度可达到1550℃。随着型号研制发展，Nb521铌钨合金在中国航天领域的使用更加广阔，已在其他高速飞行器部件得到应用［２－３］，Nb521铌钨合金高温结构件的加工方法也拓展到旋压、焊接等。铌钨合金焊接易发生氧化现象导致材料性能急剧下降，目前关于Nb521铌钨合金焊接工艺的研究相对较少，主要集中在电子束焊。朱冬妹等学者［４］开展了Nb521合金电子束焊工艺试验研究，结果表明Nb521具有良好的电子束焊接性能及优良的室温接头强度。王峰等学者［５］研

  钨（W）及其合金因具有高密度、高熔点、高导热性、高再结晶温度、低热膨胀系数以及在室温和高温下高强度和高硬度等特点，在电子工程、制造业、航空航天、医疗[1-5]等领域得到了广泛应用。钨因其熔点高，无法通过熔化冶炼进行制备，故常采用粉末冶金（PM）、火花等离子烧结（SPS）和化学气相沉积（CVD）等方法生产制造钨产品[6-9]。采用以上方法制备的钨具备密度低、强度低、塑性差和杂质含量高等缺点，其应用受到极大的限制。近些年，增材制造技术得到了迅速发展，成功应用在TC4、不锈钢、CoCr合金、AlSi10Mg合金等材料成形方面[10-13]，特别是选择性激光熔化（SelectingLaserMelting，SLM）技术，因具备研发制造周期短、材料利用率高、表面冶金质量良好和可制备复杂精密结构[14-16]等优点，成为了制备钨产品的备选方式。本文研究了选择性激光熔化技术成形的纯钨的致密度、表面形貌、

  金属钽具有高密度、耐腐蚀、良好的加工性和可焊性等优点，广泛应用于航空航天、武器装备、医疗、电子器件和化工装备等领域［1-4］。多孔钽不仅具有良好的力学性能，且拥有较好的弹性模量、诱导易产生骨组织、良好的润湿性等特性，成为目前医学界公认的最理想的硬组织植入材料［5-7］。设计毫米级孔径的多孔钽晶胞，可利于细胞附着，而晶胞中的连杆需极低的内部孔隙，以保证多孔钽的力学性能。钽的传统成形方法主要是粉末冶金和电子束熔炼法，但粉末冶金生产的钽塑性差，杂质含量高，而电子束熔炼法制得的钽晶粒粗大，难以制备结构复杂的零件［8-9］。选区激光熔化（selectivelasermelting，SLM）技术是以激光为能量源的增材制造技术，具有高个性化制造、近净成型、致密度高和力学性能优异等优点，在航空航天、武器装备、船舶、汽车和医疗等领域广泛应用［10-13］。SLM技术制备钽可弥补粉末冶金和电子束熔炼法的缺点。

  钨是难熔金属，具有硬度高、强度高以及良好的导电性和抗腐蚀性等特点，广泛应用于国防军工、航空航天、医疗装置等领域[1-2]。钨，可以以铜作为粘结相制备成钨铜复合材料，应用于电子封装、电触头材料、电加工电极、耐高温材料等领域[3-7]。由于钨的熔点较高，钨制品大多是通过粉末冶金法(PM)[8]、金属注射成型法(MIM)[9]或者放电等离子烧结(SPS)[10]等方法来制备。然而，这些方法在成形具有复杂三维设计的结构零器件方面有着明显不足。选择性激光熔化技术(SLM)是3D打印的一种分类，它采用“增材制造”的设计理念为复杂精密零器件的制备提供了新的成形方法和工艺。它是以计算机CAD模型为依据，通过激光束选择性地扫描金属粉床，使选区内的粉末在激光作用下迅速熔化并凝固，层层堆积形成所需的零件样品。随着3D打印技术的快速发展，许多学者都开展了对钛合金、不锈钢和镍基高温合金复杂零

  0 引言我国研制的 Nb521 铌钨合金( Nb－5W－2Mo－1Zr) 与原苏联 5BMV 合金相似。5BMV 合金在前苏联应用于双元液体火箭发动机推力室身部的制造，在硅化钼高温抗氧化涂层的保护下推力室的工作温度可达到 1 550℃左右，大幅度减少了用于冷却燃烧室的推进剂流量，有利于提高发动机的性能。随着型号研制的需用，Nb521铌钨合金在我国航天领域的使用更加广阔，不但双元液体火箭发动机上使用，其他高速飞行器某些高温部件也开始使用。本文针对该合金的室温、高温性能及组织变化进行研究，并通过旋压的方法试制发动机用喷管延伸段，对该材料的高温性能及室温成形性等工艺性能进行研究。1 实验1． 1 材料Nb521 铌钨合金板材、棒材，为再结晶状态，成分见表1。1． 2 实验方法及分析将再结晶态的 Nb521 铌钨合金板材、棒材加工成室温和高温拉伸试样，分别在室温和高温拉伸试验机上进行拉伸试验，以测

  钼及钼合金具有高熔点、良好的导电导热性能、低的热膨胀系数、优异的抗腐蚀性能和高温力学性能，被广泛应用于航空航天、冶金、玻璃、电子等行业[1-4]。然而，钼及钼合金的诸多优异性能只能在惰性气氛下才能保持，这是因为它们在高于400℃的空气中氧化而引起快速质量损失和各项物理化学性能的迅速降低，因而抗高温氧化性能较差这一缺陷极大限制了钼及钼合金在高温含氧环境中的应用[5-6]。因此，研究并提高钼及钼合金的抗高温氧化性能，对于扩展其在高温材料领域中的应用有着重要的意义。目前，提高钼及钼合金抗高温氧化能力的途径主要集中在2个方面[7-11]：合金化法和表面涂层技术。合金化法主要是向钼和钼合金中加入合金化元素，此方法虽然不像涂层技术需对基体表面进行二次加工，也不用考虑涂层与基体的结合情况，但是钼的可合金化程度很小，加入提高抗氧化性能的合金元素较多时，合金加工性能变差，高温性能（如高温强度、耐冲击性、耐热

  铌钨合金Nb521(Nb-5W-2Mo-1Zr)是我国自主研发的一种高温合金，其熔点高、高温(1650℃)强度好，和钨、钼及钽合金等难熔金属相比，具有密度小、常温塑性好的优势，能加工为各种复杂形状零件[1-2]。因此，Nb521一直被认为是航天飞行器、超音速飞机、导弹等优选的高温结构材料，在航空航天、核工业等领域受到广泛关注。该类合金应用于双元液体火箭发动机推力室制造，在硅化钼涂层保护下大幅提高了发动机推重比和工作温度，推力室工作温度高达约1550℃[3]。随着我国航空航天技术的迅速发展，Nb521铌钨合金的潜在应用领域更加广阔，其在各类高速飞行器高温部件中的应用逐渐受到关注[4]。为进一步拓展Nb521材料在航空航天领域的应用范围，为结构设计提供更大的发挥空间，研究Nb521合金焊接工艺和接头质量非常必要。Nb521合金材料自身焊接性较好，但存在抗氧化性能差的问题。温度超过400℃时Nb

  1 高密度钨合金的性能钨具有高熔点、高密度等许多优异性能往往因其脆性而使应用受到了限制，人们为了改变钨的脆性，国际上于1938年研制成功一种新的钨合金,在国内也于1964年研制成功。这种合金以钨为基(钨含量为82%~98%),加人镍、铜或镍、铁及少量钴、锰等金属元素,由于克服了钨的脆性,保持了钨的高熔点、高密度、以及低的澎胀系数等优良性能而得到广泛应用。现已发展到W-Ni-Cu、W-Ni-e、W-Ni-Co等多个系列产品,但应用较广泛的还是W-Ni-Cu和W-Ni-Fe二大系列产品。国内已有数十家研究院所、工厂从事钨基高密度合金研究与生产,这种合金的主要特性是:1.1 密度高高密度钨合金的密度一般为16.0~18.8g/cm°,相当于钢密度的2倍以上,有“高密度钨合金”或“重合金”之称。1.2 强度高烧结态的高密度钨合金抗拉强度一般为