作為“工業(yè)皇冠上的明珠”，航空發(fā)動機是世界上科技含量最高的工程機械系統(tǒng)之一，它的造價成本就占了整機的20%-30%，也算對得起它的稱號了。由于歐美國家一直對我國進行技術和材料封鎖，航空發(fā)動機也一直是我國航空業(yè)的一塊心病。
這種高科技產(chǎn)品，最核心的部件就是單晶葉片，它處在航空發(fā)動機中環(huán)境最惡劣的部位，需要在高溫、高壓、高轉速等嚴苛條件下工作。看似單薄的葉片，每片輸出的馬力就與一臺2.0排量的SUV汽車相當。而生產(chǎn)這種葉片，離不開一種關鍵材料——錸，全球多國都在搶這種材料，不過卻被美國捷足先登，壟斷性地占有，接下來就聊聊這種珍貴的材料。
錸是一種呈銀白色的稀散金屬，多與鉬共生，儲存在斑巖銅礦中，并且含量極為稀少。比如2017年我國在位于安徽省涇縣境內(nèi)的湛嶺鉬礦床中便發(fā)現(xiàn)“超級金屬”錸，但探明的儲量僅僅是30噸！而鉬金屬量卻達11萬余噸、伴生銅金屬量則超過8萬噸。
別小看這30噸的錸，對于一座礦山來說，能有這個儲量已經(jīng)算是豐富的了。要知道，根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的報告，全球的錸儲量也只有2453噸左右。正因為錸稀少，所以很難提煉，而這種稀缺資源也是目前人類發(fā)現(xiàn)最晚的天然元素。
追溯起來，人們首次獲得金屬錸，是在1926年，但當年拿到的金屬錸，僅3毫克；即便是4年后的1930年，全球錸產(chǎn)量也不過3克！直到上世紀50年代，錸才開始真正被應用到現(xiàn)代技術中，不過，當時生產(chǎn)的錸大部分都用于實驗研究。
而錸的廣泛應用，始于噴氣式發(fā)動機的發(fā)展。上世紀80年代，錸首次被應用到噴氣渦輪發(fā)動機葉片的制造，由于錸的熔點高達3180度，并且具有機械穩(wěn)定性好、可塑性強等優(yōu)異的物理化學性能，此后，便成為了航空發(fā)動機制造無法替代的關鍵原料，全球80%的錸用量，都用在了航空發(fā)動機工業(yè)中。
即便錸已被廣泛應用到了“工業(yè)皇冠明珠”上，但它的產(chǎn)量還是不高，世界上礦山錸的產(chǎn)量每年也就50多噸。不難想象，如此重要而又稀缺的資源，錸的價格一定不便宜。的確，錸資源幾乎是按克賣，每克大概兩三百元，與白金價格相仿。雖然價值不菲，但仍處于供不應求的狀態(tài)。
各位可以猜一下世界上錸用量最多的國家是哪個？
沒錯，就是美國！
美國的軍用航空發(fā)動機有多發(fā)達自然不用多說，在民用航空發(fā)動機領域，美國也是佼佼者。要知道，全球四大航空發(fā)動機巨頭——通用、普惠、羅羅以及賽峰，它們壟斷了全球97%的民用航空發(fā)動機市場，而這四大巨頭中，來自美國的就有兩家（通用、普惠）。
所以，世界上大部分的錸資源都被美國消耗掉了，年消費量超過40噸；而軍用航空發(fā)動機工業(yè)比較發(fā)達的俄羅斯，每年的用量也只有5噸左右。相比之下，由于我國航空發(fā)動機工業(yè)起步較晚，目前錸的產(chǎn)量和消費量都不高，穩(wěn)定在2噸左右。
不過，不管是美俄兩國還是中國，都不是錸資源儲量最豐富的國家。根據(jù)USGS的數(shù)據(jù)，錸資源儲量最多的是智利，高達1300噸，占全球的半壁江山；其次才是美國，儲量達到390噸；俄羅斯則位居第三，儲量為310噸，而我國的儲量并不算多，只有237噸。
雖然擁有全球最多錸資源的國家是智利，但其背后卻有美國資本的身影。作為一種稀缺的戰(zhàn)略資源，美國早就對錸進行管控，并且采取各種措施到全球去“占領”錸。比如世界上最大的錸資源生產(chǎn)商——美國鉬金屬公司，它早就在智利、墨西哥、哈薩克斯坦等錸資源豐富的國家進行布局，這些國家的大部分錸產(chǎn)量都被該司以長期合同的形式壟斷性占有。
其實，除了美國外，歐盟、日本、俄羅斯等國同樣重視錸，也紛紛效仿美國，采取各種措施占有錸。但由于美國行動得更早，可謂捷足先登，在錸行業(yè)一直處于壟斷地位，控制著全球的銷售市場。
隨著我國在航空發(fā)動機領域不斷突破，國產(chǎn)大飛機迅速發(fā)展，可以預想，未來我國對錸這種戰(zhàn)略資源的需求也會不斷增加。所以，保護這種關鍵資源的自給安全，可以說是迫在眉睫。近年來，我國相關代表人士已經(jīng)多次建議對錸資源實施國家收儲，并引起各方重視，相信不久后會有相應的行動。
當然，雖然從儲量來看，我國的錸資源不算多，但我們可能也不需過于擔心被美國“卡脖子”。畢竟我國還有很多地方有待勘探。比如2010年，我國就曾在位于陜西的黃龍鋪鉬礦區(qū)勘探到錸，儲量達到176噸，占全球的7%；而2017年在安徽省湛嶺鉬礦床中探明的30噸金屬錸便是最新發(fā)現(xiàn)。因此，我國錸資源的“家底”如何，還要打一個問號。
既然錸的產(chǎn)量這么低，而鎢元素耐高溫比錸強的多，為何國產(chǎn)航空發(fā)動機葉片不用鎢呢？
鎢絲可以當芯下在熔模型腔內(nèi)，液態(tài)金屬澆入后將其包裹，類似鋼筋和混凝土結構，即不影響鑄造流動性，還可以增加葉片渦輪耐高溫強度，因為鎢的數(shù)量大可以降成本。也許值得一試。硬質(zhì)合金鎢貭量大，重量重，軍事上穿甲彈，導彈彈頭。工業(yè)用途冶金軋輥，機床刀片等。
主要是材料沒有突破，能夠耐受高溫高壓材料才能夠即不怕高溫也不怕高強度！當然有了高能量密度電瓶后，燃油發(fā)動機必然淘汰，這需要在材料突破，再就是半導體技術突破，各種材料突破，還有就是超固態(tài)焊接技術。
發(fā)動機用卡諾循環(huán)算熱效率，溫度從1800度下降到1000度，其熱效率只下降6%到8%，對軍機油耗根本就不算啥，卻使材料難度大增。
1.純鎢韌脆轉變溫度550℃左右，高溫使用韌性不差，熔點高達3410℃。
2.鎢密度高達19.3，與金接近，是限制其在航空航天應用的關鍵，同族鉬元素密度低航天應用廣泛。
3.金屬錸只在少部分金屬中表現(xiàn)強韌化效應，入鎢中加入錸能夠顯著提升強韌性，室溫可表現(xiàn)塑性，稱為錸效應。
事實金屬錸比鎢密度大，航發(fā)葉片用錸合金代替鎢合金不是因為兩者的密度，而是因為航發(fā)運轉高溫時，葉片中的鎢容易氧化，會導致葉片整體熱力學性能的下降影響到航發(fā)的使用壽命；相比較錸合金做的葉片熱力學性能更穩(wěn)定，做的航發(fā)壽命更長！
全世界最大的鎢儲藏國是中國
雖然巖石有很多種，但大多數(shù)巖石中又都含有鎢，只不過普遍存在于巖石中的鎢，其實際含量占比很小。具體來說，地殼中鎢的分布比較廣泛，但占比大約只有0.001%的樣子，所以，要想從各種巖石里面提取出鎢就很難，所以，鎢的純度和產(chǎn)量都與技術水平有很大關系。
大家都知道金屬有有色金屬和黑色金屬之分，比如鎢就是有色金屬中的一種，鎢在冶煉之后會呈現(xiàn)出銀白色。不知道有多少人知道，其實我國就是全世界范圍內(nèi)儲藏量最大的國家。至少到目前為止，不管是鎢的出口量、還是鎢的年產(chǎn)量，中國都位居世界第一。
熔點最高的金屬是鎢，錸的熔點排在第三位！
自然界中有很多種金屬，我們通常把那些高熔點的稀有金屬叫做難熔金屬，除了鎢以外，其實鈮、釩、鉭、鋯、錸和鉿都包括在這個范疇里面，他們共有的屬性就是具有良好的抗蝕性，并具有硬度大和熔點高的特征。比如，鎢的熔點超過1650攝氏度，要想出現(xiàn)氧化物揮發(fā)的情況，那就需要滿足溫度達到1000攝氏度以上這個條件。
錸這種稀有金屬實在1925年才被發(fā)現(xiàn)的，在實際生產(chǎn)過程中，很多時候都是從焙燒煙氣（必需含有鉬）里面提取，美國和智利等國每年都會產(chǎn)出四五十噸錸。雖然，錸的沸點在所有金屬中排名第一，但它的熔點并沒有鎢高，如果是在標準溫度和壓力的條件下，哪怕是王水、硫酸，還是鹽酸，錸都可以抵抗這些物質(zhì)的強腐蝕性。
錸的應用只是發(fā)動機葉片？
首先，錸的價格并不便宜，這也是為什么在實際應用中，很多時候使用的都是含有錸這種物質(zhì)的合金，而所有合金中運用最廣泛的又是鉬錸和鎢錸，且具有很好的塑性和耐高溫能力。說得再詳細一點，鎢錸中錸的含量占比，大約處于10%到26%這個去間，而鉬錸中錸的含量波動，則高達11到50%。
也就是說，錸這種物質(zhì)的應用，并不是僅局限于發(fā)動機的葉片上，正如渦輪葉片、噴氣發(fā)動機的燃燒室、火箭引擎、高效能噴射引擎，以及排氣噴嘴便很可能是由鎳錸高溫合金制成的。毫不夸張的說，很多人身上佩戴的鉆石，其實都沒有錸的獲取難度更大，而鎢也會因為錸的加入而增強自身的物理特性。
鎢的發(fā)現(xiàn)時間比錸早，可循環(huán)利用！
早在1781年的時候，一個名叫舍勒的瑞典化學家就發(fā)現(xiàn)了鎢的存在，當時間來到1900年，鎢絲燈破首次再巴黎世界博覽會上正式亮相。在鎢的應用過程中，我們不僅享受到了科學技術進步帶來的便捷和高效，而且有效提高了資源的利用率。
從全球來看，鎢的應用有一半都集中在了優(yōu)質(zhì)鋼的冶煉上，雖然鎢絲燈泡這樣的東西在過去很常見，但實際應用是鎢絲的占比只有10%左右。客觀來看，鎢的應用要比錸廣泛得多，不僅涉及到航天、交通和電子這些領域，而且還應用在了建組、輕工和化工等方面。
可能有人會說，既然鎢和錸這些稀有金屬的存在量級都不大，那為什么這些物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)這么多年了還沒用光？其實，這個問題很好回答，因為在巖石中越是稀有的物質(zhì)，便越難從巖石中開采出來。而且，不同于石油這些物質(zhì)，鎢和錸在很多時候都具有可重復使用的優(yōu)勢，雖然它們的自然儲量沒有那么大，但外界一般都無法改變它的現(xiàn)有狀態(tài)。
大家都知道，地球內(nèi)部有三個部分組成，而存儲這些稀有物質(zhì)的地方主要就是地殼，但從現(xiàn)有數(shù)據(jù)來看，整個地殼中雖然大約存在六百多萬噸鎢，但可以被人類開采出來的體量卻不到三百噸，而我國境內(nèi)鎢的儲量就高達五百多萬噸，其中河南、江西和湖南就是鎢儲量排名前三的三個省份。
當然，具有更高熔點的鎢，其重量相對也會大一些，為什么趕飛機的時大家攜帶的大件行李需要稱重？不管是在地上跑的汽車，還是在天上飛的飛機，自身重量都會對其正常運行構成影響，所以，車子和飛機都不能超載。另外，鎢相對更加脆弱，而耐高溫也不等同于最高熔點，所以，有的飛機會使用鎢，而有的飛機則會使用錸，具體使用哪一種主要還是要看實際情況。
文章來源： 開車大師傅，機器人的秘密探索，悟空科學
