前言

由于难熔合金元素的特性(如熔化温度、有限的互溶性和密度)存在显著差异，使用传统铸造法成形相关零部件容易出现合金元素偏聚、夹渣等缺陷，成形件的性能得不到保障。

此外，Ta及其合金中所含元素的熔点较高，且Ta与间隙元素具有极强的亲和力（H、O、C、N），采用传统的熔炼方法容易在钽或钽合金组织中形成间隙固溶相或化合物相，恶化材料的性能。所以传统熔铸法在难熔合金制备领域的应用比较有限。

针对以上难熔合金的特性，国内外学者主要采用粉末冶金、真空电子束熔炼、增材制造等技术制备高性能Ta及Ta合金。

粉末冶金技术

与传统的熔铸法相比，采用粉末冶金技术制备零部件不需要将原材料完全熔化，可有效降低材料的加工温度，因此粉末冶金技术目前已广泛应用在难熔金属制备领域。粉末冶金制备Ta合金时，首先将钽粉与合金粉末混合均匀，经冷等静压成型，高温烧结制成块体材料，最后根据使用要求经退火处理与机加工后获得最终产品。

与真空电子束熔炼相比，粉末冶金法得到的钽合金的化学成分、微观结构以及机械性能等均存在差异。表2为粉末冶金与真空电子束熔炼法制备得到的钽合金性能比较。与真空电子束熔炼技术生产的钽合金相比，粉末冶金法生产的钽合金强度较高，但是塑性变形能力略差。

Ta合金粉末冶金产品塑性变形能力较差与粉末冶金工艺的固有属性有关，因为在粉末压制成坯的过程中料坯中的孔隙并不能完全消除，而此类孔隙在烧结过程中也并不能完全湮灭，如图2所示Ta-20Zr合金经烧结后微观形貌，孔隙率达14.89%，如此高的孔隙率无疑会显著恶化材料的力学性能，不过高孔隙率Ta-Zr合金在医学植入物领域具有广阔的应用前景。

此外，高温条件下Ta极易吸氧，对粉末冶金控氧工艺提出了较大的挑战，从表2中也可发现粉末冶金钽合金组织中C、O、N含量较高，这些元素会在材料组织中形成脆性夹杂，也会恶化材料的塑性变形能力。

真空电子束熔炼法

与粉末冶金法相比，使用真空电子束熔炼法制备的Ta及Ta合金纯度更高，结合后处理工艺，可使最终产品的综合性能更加优异。但是，此类方法设备能耗高，采用的工艺控制较为复杂。

ZhangTingjie,ZhangDeyao,DingXu.

RareMetalMaterialsandEngineering[J]

我国学者也开展了类似研究，如张廷杰等人通过电子束熔炼、高温挤压、双向轧制等工艺制备了一系列高W含量的Ta-W合金，其中在室温条件下Ta-15W合金的延伸率可达到37.5%。

但是此类工艺极高的生产成本无疑极大的限制了技术的推广应用，不过近年来增材制造技术在难熔合金制备领域的推广应用，为高性能零部件的制备提供了选择。

增材制造法

在过去20年，增材制造（AM）在高端工业领域获得了广泛的应用。目前适用于金属材料增材制造技术主要有电弧增材制造、激光增材制造以及电子束增材制造。

增材制造的Ta合金塑性较差，断裂方式以脆性断裂为主。表3为不同工艺条件下纯钽的典型力学性能。由表3可知，使用SLM工艺制备的试样抗拉强度高于常规加工件，与纯Ta冷加工件的抗拉强度相当。这主要与SLM工艺特性有关，在SLM试样制备过程中，熔池凝固较快，在材料中形成细小等轴晶组织，可有效提升材料的强度。

电子束增材制造技术（EBM）具有能量利用率高、束斑可控、能量密度高等优点，在高温合金、高熵合金以及难熔金属制备领域取得了显著的应用成果。

目前利用EBM工艺制备钽基合金的研究较少，不过该技术已在高温合金、高熵合金以及其他体系难熔金属中取得了广泛的应用，在钽基合金增材制造领域有很好的应用潜力，且国内相关行业也已制定了钽基合金增材制造的标准GB/T-，证明在工业领域已经对Ta合金开展了增材制造的研究。

文献来源：

文章编号：-X()03--12

产品推介

难熔金属粉末：球形钽合金粉末

铖丰材料-Ta7.5W粉末化学和力学性能：

商业上Ta-7.5W合金(FS-61)常用粉末冶金工艺制备的，由于含有较高的间隙元素，因而在室温下具有较高的强度，如合金的冷拉线材(压缩83%)具有约MPa的屈服强度，其应用包括弹簧和在气体氯化器中的其他弹性零件。

铖丰材料-Ta10W粉末化学和力学性能：

Ta10W主要应用在生物医学领域，包括骨骼替换、骨缺损填充、支架血管、手术缝合线、替换肌腱、神经纤维等方面。

铖丰材料-Ta12W粉末化学和力学性能：

W质量分数＞10%的钽合金一般为高钨含量钽合金。

由Ta10W和Ta12W的力学性能数据分析可知。随着钨含量的升高，合金的高温强度也随之增高，合金塑性随之降低。

Ta12W具有更高的蠕变强度和低蠕变速率，是优秀的耐热构件材料。

通过调节粉体材料中的钨含量的比例，对整体合金进行多种强化效果，有利于进一步提高合金材料的高温强度和硬度等力学性能。

铖丰材料-钽合金粉末扫描电镜图：

铖丰材料-钽合金粉末打印成品图：