Rheniumlegeringen worden vanwege hun uitstekende hoge- temperatuursterkte, kruipweerstand en corrosieweerstand veel gebruikt in- hoogwaardige toepassingen zoals ruimtevaart- en kernenergieapparatuur. Hun synthesemethode is een kernfactor die de materiaaleigenschappen bepaalt, en de huidige reguliere processen draaien om zuiverheidscontrole, uniformiteit in de compositie en regulering van de microstructuur.
Poedermetallurgie is een van de fundamentele routes voor het bereiden van reniumlegeringen. Bij deze methode worden hoog-zuiver reniumpoeder en poeders van legeringselementen (zoals wolfraam, molybdeen, tantaal, enz.) als grondstoffen gebruikt. Na nauwkeurige dosering wordt mechanische legering bereikt door middel van kogelmalen, waardoor het mengen op atomair-niveau wordt bevorderd. Vervolgens wordt een groen lichaam verkregen door koud isostatisch persen, gevolgd door sinteren bij hoge- temperatuur (typisch 1600 graden tot 2000 graden, aangepast afhankelijk van het legeringssysteem) om een metallurgische binding tussen poederdeeltjes te vormen. Het voordeel van dit proces is dat het de samenstellingsverdeling nauwkeurig kan controleren, waardoor de segregatieproblemen worden vermeden die gemakkelijk optreden bij het gieten van blokken, en dat het bijzonder geschikt is voor legeringssystemen met een hoog vuurvast metaalgehalte. Er is echter een strikte controle van het zuurstofgehalte van het poeder en de sinteratmosfeer (meestal argon of vacuüm met een hoge zuiverheid) vereist om verlies van reniumoxidatie en de introductie van onzuiverheden te voorkomen.
Smelt- en gietmethoden zijn geschikter voor grote -of complex- gevormde producten van reniumlegeringen. Er worden vaak elektronenbundelsmelttechnieken of plasmaboogsmelttechnieken gebruikt, waarbij gebruik wordt gemaakt van hoge-energiestralen om de grondstoffen te smelten en te verfijnen, waarbij onzuiverheden met een laag-smeltpunt- worden verwijderd. Omdat rhenium een hoog smeltpunt van 3186 graden heeft, moet de bewerking worden uitgevoerd in een hoog-vacuümomgeving (minder dan of gelijk aan 10⁻³Pa) om vervluchtigingsverliezen te minimaliseren. Tijdens het stollen worden gerichte koeling of zone-smelttechnieken gebruikt om de korreloriëntatie te optimaliseren en de isotrope eigenschappen van het materiaal te verbeteren. De uitdaging van deze methode ligt in de grote investeringen in apparatuur, het smalle procesvenster en de noodzaak om de verwarmings- en koelsnelheden in evenwicht te brengen om scheurdefecten veroorzaakt door thermische stress te voorkomen.
De afgelopen jaren heeft de introductie van additieve productietechnologie nieuwe ideeën opgeleverd voor de synthese van rheniumlegeringen.. 3D-printprocessen op basis van selectief lasersmelten (SLM) of elektronenbundelsmelten (EBM) kunnen rhenium-poeder laag voor laag laten smelten en stollen, waardoor de beperkingen van traditionele verwerking op het gebied van geometrische complexiteit worden overwonnen. Het optimaliseren van procesparameters (zoals laservermogen en scansnelheid) om de hoge reflectiviteit en thermische geleidbaarheid van rhenium aan te pakken, evenals de neiging om te barsten tijdens het vormen, blijft echter een uitdaging. Momenteel bevindt het proces zich nog in de verificatiefase.
Samenvattend vereist de synthese van reniumlegeringen het selecteren van geschikte methoden op basis van het toepassingsscenario: poedermetallurgie richt zich op precisie van de samenstelling, smelten en gieten vergemakkelijkt productie op grote- schaal, en additieve productie verlegt de grenzen van structureel ontwerp. In de toekomst zullen, dankzij de vooruitgang in de zuiveringstechnologie en intelligente procesupgrades, de prestaties en het toepassingspotentieel van producten met reniumlegeringen verder worden ontketend.
