战略稀贵金属铼（Re）是一种银白色的重金属，原子序数为75，具有高熔点（3180 ℃）、高沸点（5596 ℃）、高密度（21.04 g/cm³）特性。铼凭借卓越的硬度、机械强度、耐磨耐腐蚀性能以及良好的化学稳定性成为工业界瞩目的焦点，无韧脆转变的特性使其掺杂在钨和钼中能引发显著的“铼效应”，从而极大提升铼合金的塑韧性、高温力学性能和抗高温蠕变性能^{［ ［1］ 王广达，熊宁，刘国辉，等. 粉末特性对纯铼烧结致密度的影响［J］. 稀有金属，2021，45（4）：507-512.
1 ］}。以新能源汽车钛合金零部件的搅拌摩擦焊用钨铼合金为例，掺铼后的钨铼合金硬度、强度及塑韧性均显著提升。同理，加入不同铼含量的钼铼合金，凭借出色的高温力学性能和抗辐照性能，在核工业关键部件上得到重点应用。从资源量上看，全球已探明铼储量约为2500 t，主要分布在智利（1310 t）、美国（390 t）和俄罗斯（310 t）^{［ ［2］ 刘红召，王威，曹耀华，等. 世界铼资源及市场现状［J］. 矿产保护与利用，2014，34（5）：55-58.
［3］ TANG J J，SUN Y，ZHANG C W，et al. Reaction mechanism and process control of hydrogen reduction of ammonium perrhenate［J］. Metals，2020，10（5）：640-655.
2-3 ］}。截至2023年，全球铼的年产量已达70 t，国外主要生产商包括智利的Molymet公司、美国的Climax和RTZ-Kennecott公司等，总产量占全球产能92%。此外，除了直接从矿石中提取，部分铼原料还来自旧材料的回收和提取^{［ ［4］ 房孟钊，方准，余珊，等. 高纯铼酸铵及高纯铼生产技术研究进展［J］. 硫酸工业，2020（3）：5-9.
4 ］}。涡轮叶片、炼油厂废弃的催化剂、铸造返料以及报废的燃气轮机零件等都是提取再生铼的重要渠道。近年来，铼及铼合金作为特种超高温结构材料，重点用于制造面向超高温、高应力、等离子体源、高耐磨和耐热蚀等极端苛刻工况的核心部件。例如，航空发动机中的镍基高温合金叶片、空间飞行器的铼/铱推进器，以及火箭和导弹的关键部件^{［ ［5］ 骆宇时，刘世忠，孙凤礼. 铼在单晶高温合金中强化机理的研究现状［J］. 材料导报，2005，19（8）：55-58.
［6］ 张家润，刘智勇，刘志宏，等. 高纯铼及其化合物的制备与应用研究进展［J］. 粉末冶金材料科学与工程，2020，25（4）：273-279.
［7］ 张绪虎，徐方涛，石刚，等. 铼铱材料在高性能发动机上的应用［J］. 宇航材料工艺，2016，46（1）：37-41.
5-7 ］}。中国对含铼钼矿和铜矿的综合利用水平不高，自主可控性弱。因此，深入研究铼产业链的一系列制备工艺和成型技术的重要性不言而喻。

铼的高熔点特性，适于以粉末冶金法对其进行成形和加工^{［ ［8］ PARAMANAND，RAMAKRISHNAN P，郭庚辰. 粉末性能对压坯压制参数及脱模力的影响［J］. 粉末冶金技术，1986，4（4）：242-248.
8 ］}。通常以纯铼粉为主体或掺杂原料，通过压制、烧结，再经塑性变形和机加工来制备各类规格产品。综合来看，高振实密度、低氧含量及细粒度（激光粒度和费氏粒度）的铼粉是制备高致密和高性能铼制品的首选原料。目前制备高纯铼粉的方法包括电解法、气相沉积法、等离子法、氢还原法等。其中电解法制备的铼粉粒度较粗（>4 μm），不适宜用于生产高致密铼制品的原料；等离子法及气相沉积法制备的铼粉具有粒度均匀、比表面积大的优点，但其工艺复杂且对设备要求极高^{［ ［9］ 周乐君. 化学气相沉积法制备超细铼粉的研究［D］. 长沙：中南大学，2010：1-68.
［10］ 刘秋萍. 钼粉的形貌与粒度分布对压坯强度的影响［J］. 铸造技术，2012，33（11）：1270-1272.
［11］ 林高安. 钨粉形貌与粒度分布对成形性和压坯强度的影响［J］. 粉末冶金材料科学与工程，2009，14（4）：260-264.
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［13］ 王引婷，刘仁智. 钼粉形貌特征对烧结制品的影响分析［J］. 中国钼业，2008，32（5）：40-44.
9-13 ］}；而氢还原法工艺简单、纯度可控、易规模化生产，是目前工业生产中大批量制备高纯铼粉的首选方式^{［ ［14］ 刘孝青，李雄斌，习瑶瑶，等. 铼酸铵粒度对铼粉压制性能的影响［J］. 铜业工程，2023（6）：89-95.
［15］ 马宝军，江洪林，胡志方，等. 氢还原法制备高纯金属铼粉工艺研究［J］. 铜业工程，2023（2）：158-163.
14-15 ］}。在制备工艺中，还原温度尤其是二步还原温度，是铼粉制备的关键参数，对铼的纯度、物相、物理性能及氧含量影响大^{［ ［16］ MANNHEIM R L，GARIN J L. Microstructural characterization of rhenium powder obtained at various temperatures［J］. Materials Science Forum，2003，（416/417/418）：276-282.
16 ］}。目前有不少关于铼粉的制备工艺（包括一步及多步氢还原法对应的温度、时间等）方面的研究及专利，但不同制备工艺如何影响铼粉物理性能的研究较少。因此，本研究梯度设置了6组二步还原温度，探究其对铼粉物相、微观形貌、氧含量及物理性能的影响，进而确定合理的还原温度窗口，以期为工业生产中制备高品质铼粉产品提供生产指导。

本试验使用江西铜业股份有限公司贵溪冶炼厂的高铼酸铵（纯度≥99.99%）作为原料，以纯度≥99.999%的高纯氢气作为制备用气。为了制备出物理性能较好且符合产品行业标准YS/T 1017—2015的铼粉，本研究使用行星球磨机对铼酸铵原料先进行研磨破碎预处理，随后在三温区管式炉中进行两步氢还原，该管式炉设备额定工作温度为1200 ℃，升温速率≤20 ℃/min，控温精度为±5 ℃。

先将等质量的铼酸铵原料分别装入球磨机罐体内进行研磨，球磨机转速设置为300 r/min，研磨时间设置为2 h。待原料被研磨成细粒度粉末后，使用振动筛对其筛分，得到粒度小于75 μm的原料。随后将筛分原料装入坩埚中，并置于三温区管式炉内。最后向管式炉内通入高纯氢气进行两步氢还原。一步氢还原后需对还原产物做捣碎处理，然后再进行二步氢还原。一步氢还原温度设置为300 ℃，二步氢还原的温度分别设置为500，600，700，800，900和1000 ℃（如果超过1000 ℃，一部分铼会与还原产物水发生反应，并附着在炉壁上，造成铼损失），还原时长均为2 h。还原结束待坩埚冷却至室温，取出还原产物。

采用Apreo 2S HiVac型扫描电镜（SEM）对各阶段粉体的微观形貌进行观察；采用XRD-7000型X射线衍射仪（XRD）对粉体的晶体结构和物相组成进行分析，X射线波长为0.15406 nm，扫描步长为0.002（°）/s，扫描范围为10°~90°，光源靶材为Cu Kα靶；采用HYL-1001型多功能粉体物理特性仪测试粉体的松装密度及振实密度（参照美国ASTM D6393—99标准）；采用Mastersizer 3000型激光粒度仪测试粉体的激光粒度；采用WLP-216型平均粒度测定仪测试粉体的费氏粒度，测试3次，每次取样21.03 g，测试压力为（5±0.02） kPa，测试原理参照GB/T 3249—2022。

图1（a）为研磨筛分后的铼酸铵初始形貌，经剪切和撞击双重作用后，铼酸铵的粒度快速细化成不规则的棱角状，同时也能观察到少量结晶的细颗粒团聚。借助Nano Measurer粒径分布计算软件对粉体进行粒度测量和数值统计发现，研磨筛分后的铼酸铵平均粒度（D₅₀）为31.45 μm。图1（b）为经过了一步氢还原（300 ℃，2 h）后的粉体形貌。可以看出，粉体粒度大幅降低，大颗粒和小颗粒前后一一对应，形状为多孔的片状，但在长度方向却明显地遗传了铼酸铵的特性。这是因为铼酸铵横向表面积更大，易于优先进行挥发沉积，从而快速形成初生铼。

图2为经不同二步温度还原后的粉体放大5000倍后的微观形貌。其中，图2（a）展示了最低温度（500 ℃）还原后的铼粉形貌，可见一步还原前驱体粉形核后就开始结晶，形成大量纳米尺度的铼颗粒，而这些超细颗粒却难以在低温还原时长大，团聚程度极小。这是因为低温下铼的形核动力远高于其还原生长的驱动力，即铼优先进行热力学驱动的形核，但由于缺乏动力学驱动力，初生铼难以长大。相较而言，经600~800 ℃还原后，如图2（b~d）所示，初生铼粉颗粒随温度升高而增大，同时形状从近球形逐渐演变成扁平的“树枝”状，超细铼颗粒数量也逐渐减少。这是因为在时间不变的情况下，温度的升高促使初生铼晶粒快速长大，甚至发生搭连。从图2（e，f）可以看出，粉末最终逐渐整体演变成“菜花”状，完全团聚在一起。再者，测试发现，经500，600，700，800，900和1000 ℃还原后的铼粉氧含量分别为0.58%，0.41%，0.27%，0.14%，0.08%和0.075%，即还原温度越低，铼粉的氧含量越高。这是因为，低温（如500 ℃）下还原的铼粉，其超细颗粒数量较多，这些超细颗粒表面积大，表面活性极强，接触到空气后会快速吸氧而难以脱附，从而导致铼粉氧含量升高。铼粉产品行业标准YS/T 1017—2015中对铼粉氧含量的规定为≤0.08%。可见，只有900 ℃和1000 ℃下二步还原得到的铼粉满足要求。总体而言，在铼的还原过程中，二步温度是最关键的一个动力学影响因素，其对铼粉的形貌和氧含量影响巨大。

在低温和高温条件下，铼酸铵均可全部还原成单质铼，其他主要反应产物是氨气和水汽［见式（1）］。氨气和水汽通过自制的尾气收集装置储存在特定容器内，并作为废液定期处理。少量的氢气则通过燃烧的方式进行处理，以达到环保和安全的生产要求。图3为一步还原粉分别经500，600，700，800，900和1000 ℃两步还原一定时间后得到的铼粉物相结果。可以看出，在各还原温度下，保温2 h皆可得到纯铼单质相，无铼的氧化物和其他杂质。经GDMS检测，不同还原温度下得到的铼粉，其纯度及杂质元素含量均符合铼粉行业标准YS/T 1017—2015，具体见表1。

值得注意的是，随着温度的升高，铼晶粒各个晶面的衍射峰强度略有不同。总体规律是：随着还原温度的升高，衍射峰的强度增强，即铼晶粒的结晶度逐渐升高，且铼的晶粒大小也随温度升高而快速提高。再者，通过对比各个铼晶面的衍射峰半高宽发现，在（102）晶面（2θ对应56.439°）和（103）晶面（2θ对应75.232°）的晶粒生长最为快速，呈“择优取向”。晶粒的快速生长，也证实了铼在低温保温下颗粒较细，在高温保温下颗粒粒度增大的结果。低温下的快速形核，加上晶粒细小无法快速长大，导致铼颗粒最终以少数几个甚至单个晶粒组成；而在高温度下，晶粒快速长大，而后与其他晶粒快速连接，最终形成多晶大颗粒。

粉体的粒度指标包含激光粒度（一般以D₅₀作为关键衡量指标）和费氏粒度两个方面。激光粒度是铼作为掺杂剂时衡量其效果的主要技术指标，而费氏粒度则能表征粉体的团聚状态，两者互相补充从而能提供更全面的粉体粒度情况信息。图4（a）为不同还原温度制得铼粉的粒度分布曲线，可以看出，还原温度升高后，曲线整体右移且中值粒度的铼粉颗粒数量快速增多。图4（b）为不同还原温度制得铼粉的激光粒度和费氏粒度。 可以看出，随着还原温度的升高，铼粉的激光粒度和费氏粒度皆相应增加。 具体而言，粉体的激光粒度D₅₀从13.3 μm增加至28.2 μm，而费氏粒度也从2.499 μm增加至3.072 μm。上述结果与还原后粉体形貌对应。在粉末压坯过程中，粉末的粒度是影响其流动性和模腔填充效果的重要因素。粉末越细，通常流动性越差，粉末粒子间的摩擦力和黏附力增加，从而不易填入模腔^{［ ［17］ 李睿. 钨粉颗粒粒度形貌优化及其近终成形［D］. 北京：北京科技大学，2018：1-161.
17 ］}。如果粉末在填充时没有形成明显的“拱桥现象”，说明粉末在模腔内的分布较为均匀，在这种情况下，后续施加压力时粉末粒子间的间隙可以较好地消除。同时，本研究所制备铼粉的粒度分布曲线皆呈现为正态分布的单峰，即粉体的粒度分布均匀且成级配状态。因此，对于本研究制备的铼粉而言，若单从粒度的角度判断，则粒度越大，粉体的流动性越好，越利于成形。

就费氏粒度而言，由图2（a~f）可知，本研究制备的铼粉微观形貌皆呈“树枝”状，其中小颗粒粉呈聚集状，这种粉体在压制过程中不易形成“拱桥现象”。本试验所制备的铼粉费氏粒度较小，有研究表明具有较小费氏粒度的粉体有利于后续产品压制性能的提升^{［ ［18］ 王沛丽，赵新瑞，雷永强. 两段还原法生产费氏粒度小于2.8 μm钼粉工艺研究［J］. 中国钼业，2017，41（2）：56-60.
18 ］}。

在物性方面，松装密度和振实密度是衡量粉体堆积特性的重要指标，它们受粉体粒度、颗粒形状和本身材质等因素影响，并对压坯的密度和强度有显著影响。图5为本研究在不同还原温度下制得铼粉的物理性能。 可以看出，随着还原温度的升高，松装密度和振实密度均呈现先增后减的规律，还原温度为800 ℃时松装密度和振实密度达到最大值。这是因为随着还原温度升高，铼粉在500~800 ℃还原后，皆为“树枝”状形貌，如图2（a~d）所示。而还原温度为900 ℃和1000 ℃时，铼粉整体形貌从“树枝”状转变为团聚状，如图2（e~f）所示，且粒度增幅较大，如图4（b）所示。从形貌上分析，“树枝”状的铼粉在松装和振实时，能更好地耦合在一起，且“树枝”状形貌越明显，耦合缠结的程度越紧密。随着形貌的转变，团聚态铼粉的粒度增大，堆积时容易形成大量空隙，导致其堆积状态趋于蓬松，且密度降低。

为了验证500，600，700，800，900和1000 ℃还原温度下所制备铼粉的压制性能差异，分别取各种铼粉35 g，采用DJYP-100TZ型100 t电动等静压机，以相同压制参数将各铼粉压制成相同规格的铼粒生坯后进行测试。结果如图6所示，生坯密度分别为9.7，9.8，10.1，11.0，9.8和9.5 g/cm³。可以看出，不同还原温度下所制得铼粉的压坯密度和致密度规律与物性结果一致。总而言之，从压坯的效果来看，800~900 ℃为铼粉二步还原的最佳温度窗口，其压制性能较好。

1）二步还原温度对铼粉的微观形貌有显著影响。随着还原温度升高，所制备铼粉的形貌从“树枝”状向团聚颗粒状演变，粉体的氧含量也随温度升高逐步降低，只有900 ℃以上还原所得铼粉的氧含量符合行业标准YS/T 1017—2015的要求。

2）500~1000 ℃还原温度皆能得到单质铼，但粉体的晶粒和粒度大小与温度皆成正相关。

3）铼粉物性的综合分析结果说明：还原温度在800~900 ℃时，松装和振实密度相对高。

4）对于所制备铼粉的品质，若以保证生坯成型性为主要目标，推荐二步还原温度为800 ℃；若以氧含量为主要目标，则推荐二步还原温度为900 ℃。

本研究可为适用于不同工况的铼产品的生产工艺设计提供有效参考。