[科普中国]-钴合金

钴基合金通识

金属钴主要用于制取合金。钴基合金是钴和铬、钨、铁、镍组中的一种或几种制成的合金的总称。含有一定量钴的刀具钢可以显著地提高钢的耐磨性和切削性能。含钴50%以上的司太立特硬质合金即使加热到1000℃也不会失去其原有的硬度，如今这种硬质合金已成为含金切削工具和铝间用的最重要材料。在这种材料中，钴将合金组成中其它金属碳化物晶粒结合在一起，使合金具更高的韧性，并减少对冲击的敏感性能，这种合金熔焊在零件表面，可使零件的寿命提高3-7倍。航空航天技术中应用最广泛的合金是镍基合金，也可以使用钴基合金，但两种合金的“强度机制”不同。含钛和铝的镍基合金强度高是因为形成组成为NiAl(Ti)的相强化剂，当运行温度高时，相强化剂颗粒就转入固溶体，这时合金很快失去强度。钴基合金的耐热性是因为形成了难熔的碳化物，这些碳化物不易转为固体溶体，扩散活动性小，在温度在1038℃以上时，钴基合金的优越性就显示无遗。这对于制造高效率的高温发动机，钴基合金就恰到好处。在航空涡轮机的结构材料使用含20%-27%铬的钴基合金，可以不要保护覆层就能使材料达高抗氧化性。核反应堆供热汞作使热介质的涡轮发电机可以不检修而连续运转一年以上。

据报道美国试验用的发电机的锅炉就是用钴合金制造的。钴是磁化一次就能保持磁性的少数金属之一。在热作用下，失去磁性的温度叫居里点，铁的居里点为769℃，镍为358℃，钴可达1150℃。含有60%钴的磁性钢比一般磁性钢的矫顽磁力提高2.5倍。在振动下，一般磁性钢失去差不多1/3的磁性，而钴钢仅失去2%~3.5%的磁性。因而钴在磁性材料上的优势就很明显。钴金属在电镀、玻璃、染色、医药医疗等方面也有广泛应用。用碳酸锂与氧化钴制成的钴酸锂是现代应用最普遍的高能电池正极材料。钴还可能用来制造核武器，一种理论上的原子弹或氢弹，装于钴壳内，爆炸后可使钴变成致命的放射性尘埃。

钴基合金广泛应用在生产生活中，其中常见的钴基合金有铂钴合金、钐钴合金、锆钴合金、钨钴合金等。

铂钴合金铂钴合金是以以铂为基添加钴所组成的铂合金。固相线以下为连续固溶体；在合金系中存在两个有序相：PtCo和Pt3Co，分别具有AuCu和Cu3Au型结构，有序转变温度为833℃和750℃，都具有铁磁性。对于单相固溶体，随着钴含量增高，合金的晶格常数降低，强度性质与电阻率升高并在约含钴30%(原子分数)的合金上达到最大值，居里温度升高，电阻温度系数降低。有序化处理明显影响各项性能：提高合金的强度、磁矫顽力(Hc)和最大磁能积(BrHc)；降低电阻率、居里温度和剩磁值(Br)。最佳磁性是在部分有序化合金上得到的并归因于两相结构和大的磁晶各向异性。

Pt-50%Co(原子分数)(23.3%Co)合金是优良永磁材料。它不仅具有高的矫顽力、磁能积和磁稳定性，更具有良好可加工性和耐蚀性。主要磁性参数：Br=0.70～0.79T，Hc=308～379KA/m，(BH)max=80～93.6kJ/m，Bd=0.34～0.5T，Hd=213～237KA/m，T=500℃。虽然磁性能逊于含稀土元素的钴合金且价格较贵，但在特定场合如要求微型化、高可靠和耐腐蚀的场合中，Pt-Co合金是惟一可满足要求的永磁材料。主要用作助听器、磁控管、电子钟表、聚焦设备和电机转子等。1

锆钴合金AB型化合物中一种氚贮存合金。其中氚贮存用金属铀的氚化物UH3，最大缺点是U及UH3在室温下与空气强烈反应燃烧，粉化为超细粉并带入氚工艺系统。锆钴氢化物ZrCoHx在室温下平衡离解压低，不易燃烧、粉化，贮氚密度高，衰变氦-3释放百分比小等优点，是优异的氚贮存材料。用高纯锆粉、钴粉按比例混匀， 在无熔化极氩弧炉内熔炼，块材经均匀化处理、压碎(20～120目)成粉， 在化学床经400℃真空除气，在低于10Pa下充入1MPa高纯氢经3～4次氢化、去氢化循环，使吸氢饱和，ZrCo 完全活化。ZrCo合金吸氢量达205～ 224mol/g，金属铀仅为140mol/g。 ZrCoH3吸氢量达1.83～1.97at.%， 吸氢后体积膨胀18%，在590至 670℃有较宽的平衡平台压力，反应焓 93.6kJ/molH2。ZrCo粉升至60℃快冷至室温堆体颜色无明显变化。 ZrCOH2粉接触空气5分钟后缓慢燃 烧，由室温升100℃后缓冷至室温未燃烧。2

钯银钴合金钯合金的一种。常用的钯银钴合金是PdAgCo35-15，其组织为单相固溶体，硬度达HB192， 电阻率38Ω·mm/m。与银铜合金相比，具有较好的耐蚀性和抗氧化性能，可用作在恶劣环境中工作的弹性元件接点。3

碳化钨基硬质合金碳化钨基硬质合金是以以碳化钨 (WC)为主要成分的硬质合金。在硬质合金中产量最大，用途最广。分为以下几类：(1)WC-Co系合金，简称“钨钴合金”，含有3～25%钴作为粘结剂，代号YG。 可用作刀具、模具、钴头、喷嘴、穿孔工具等。 (2 )WC-TiC-Co系合金，简称“钨钴钛合金”， 含有4～10%钴作为粘结剂，含有5～30%TiC， 余为WC。代号YT。主要用作切削钢材的刀具。 (3)WC-TiC-TaC(NbC)-Co系合金，简称“通用合金”，代号YW，主要用作切削刀具。(4)碳化钨 基耐蚀合金，包括WC-Ni、WC-Ni-Cr和WC-CoCr三种类型，主要用作耐蚀耐磨零件，如密封环、 汽缸衬里、圆珠笔尖等。3