在純鉬或鉬合金中添加適量的稀土氧化物,可制備出稀土鉬合金。稀土鉬合金的添加劑主要有Y2O3、La2O3、Nd 2O3、Sm2O3、Gd2O3 等稀土元素氧化物,其加入量通常為1% 左右,粒度控制在亞微米級范圍。隨著稀土氧化物種類和含量的不同,稀土鉬合金既可用作結(jié)構(gòu)材料,又可用作新型功能材料。作為結(jié)構(gòu)材料,稀土鉬合金的綜合性能優(yōu)于高溫鉬和 TZM 合金。作為功能材料,稀土鉬合金是一種新型的熱陰極材料,發(fā)射能力達到或超過目前的 ThO2-W 材料,不僅克服了放射性污染和脆斷問題,還可降低電真空器件的工作溫度,因此越來越受到人們的關(guān)注。
稀土元素鑭與鉬不發(fā)生化學反應,以氧化鑭形式存在于鉬基體中。在合金粉中,氧化鑭以極小顆粒均勻鑲嵌在鉬顆粒表面;在燒結(jié)坯中,氧化鑭主要 以球形和等軸狀顆粒存在于鉬晶粒內(nèi)部和晶界上。變形率達80% 的鉬合金板經(jīng)過熱處理后其中的氧化鑭主要以小顆粒串或短棒狀存在,這些第二相顆粒對改善材料的性能有重要作用。周文元等對鉬鑭合金的燒結(jié)工藝進行了研究,結(jié) 果表明在1750 ℃低溫燒結(jié)時,合金組織細小且分布均勻;在1850 ℃高溫燒結(jié)時,合金中氧化鑭呈球狀顆粒析出并富集于鉬晶界,導致燒結(jié)坯脆性增大。
加入氧化鑭可顯著增大燒結(jié)鉬坯的抗彎強度和彎曲角:最高抗彎強度可達到930 MPa,比燒結(jié)純鉬坯的612 MPa提高52%;彎曲角從純鉬坯的5°提高到15.3°。經(jīng)30% 鍛造變形后,燒結(jié)稀土鉬坯的抗彎強度大幅度提高。此外,氧化鑭還可使鉬板的高溫強度顯著提高,在800~1500 ℃下鉬鑭板材的高溫抗拉強度比純鉬板的提高了100MPa以上。隨著鑭含量的增加,鉬鑭合金的抗拉強度先上升后下降,當鑭含量為1% 時合金的綜合性能最好。鉬鑭合金的屈服強度主要取決于其變形前的強度、細小氧化鑭顆粒的彌散強化作用和細小鉬合金晶粒的細晶強化作用。粗大的氧化鑭顆粒有助于形成亞晶界和細化晶粒,從而提高合金強度;細小的氧化鑭顆粒對提高合金強度作用顯著。