与其他种类的高温合金相比，高温铌合金具有密度低、高温(600~1600 ℃)比强度高、冷热成形性能优良、焊接性能好等优点，可以加工成形薄壁和复杂形状的零件，用来制造火箭发动机、卫星、宇宙飞船和导弹的姿态控制/轨道控制发动机的推力室身部延伸段等部件，是航天结构件的重要候选材料之一。

在航天方面，我国使用最多的是C-103 和Nb521合金，目前，轨道控制/姿态控制发动机难熔金属材料推力室已形成了“两代”系列产品。其中“第一代”是铌铪合金(即C-103)和“815”涂层体系，“第二代”是铌钨合金(即Nb521)和“056”涂层体系。

我国两代铌合金发动机推力室及燃烧室的实物照片如图1所示。

两种铌合金的物理性能对比见表2，其高温拉伸性能如图2所示。

从图2可以看出，Nb521 的高温力学性能远高于C-103 合金，在1600 ℃下其强度是C-103合金的3~4倍，并被成功应用于多种轨道控制/姿态控制型号发动机。

国内外部分铌合金在航天工业中的应用实例如表3所列

C-103(Nb-10Hf-1Ti)合金是一种兼具高温强度较好、成形性及焊接性能优良的低强度铌合金，被广泛应用于火箭推进器等领域，是一种应用极为广泛的铌合金。我国仿制该合金应用于双组元液体火箭发动机，并采用硅化铌高温防氧化保护涂层，工作温度可以达到1200~1300 ℃。

该合金通过加入Hf、Ti 和Zr 合金元素实现固溶强化，其中Zr 强化作用比较显著，Hf 及微量的W主要是改善高温性能。PANWAR S S, PRASAD K, UMASANKAR PATRO T等人研究了C-103 合金在室温(RT)~1200 ℃之间温度范围内的拉伸性能及断裂行为(见图3)，在室温~1200 ℃之间时合金的应力应变曲线呈现锯齿状波动，并发生了动态应变时效(DSA)现象。其温度变化对该合金的断裂机制影响也很大， 即从室温~500 ℃、600~900 ℃、1000~1200 ℃，其断裂机制分别为韧性断裂、解理断裂和沿晶断裂。

良好的成形性能和稳定的可靠性使得C-103 铌合金具有优良的性价比，并进一步推动了其在航天领域中的应用。

由于使用温度和高温力学性能的限制，C-103合金和硅化铌防氧化涂层已经难以满足航天器不断发展的需求。为此，我国在苏联5ΒΜЦ铌合金的基础上研制了Nb521(Nb-5W-2Mo-1Zr)铌合金。该合金采用了硅化钼高温防氧化保护涂层，使得工作温度提高到了1550 ℃左右，显著减少了冷却燃烧室推进剂所用的流量，从而有效地提升了发动机的比冲。

Nb521 铌合金是在铌基体中添加W、Mo、Zr合金化元素及少量的C元素，以固溶强化和沉淀强化相结合的方式进一步提高了铌合金的室温和高温力学性能，是一种中等强度塑性铌合金。

Nb521 铌合金具有良好的室温成形性能，通常可以采用板材旋压制备均匀过渡的喷管延伸段，但大部分喷管都是采用棒材经过机加工获得，机加工难度较大而且材料利用率也比较低。因此，研究Nb521 铌合金的近净成形和增材制造是提高该合金材料利用率的一种有效方法。

哈尔滨工业大学的刘宝鹍对等离子体旋转雾化法制备的Nb521合金粉末进行了研究，发现该方法制备的合金粉末多呈球形且球形度较高，大颗粒粉末表面较为粗糙，小尺寸颗粒粉末表面则比较光滑(见图10)，其粒径分布符合标准正态分布；经XRD和纳米压痕实验分析，结果显示Nb521 合金粉末中只存在Nb 衍射峰，且随着粉末粒径的减小，合金粉末的纳米硬度以及最大载荷随之增加。

YANG J X, HUANG Y J, LIU B K等人采用电子束选择性熔化(EBSM)法制备了Nb521 合金，并对制备的试样与铸锭试样的显微组织特征进行了对比研究，如图11所示。结果表明：EBSM法制备的Nb521 样品中，析出相含量从顶部到底部逐渐增加，而且不同形貌的点状或棒状析出相分布在晶粒内部或沿晶界分布，而在Nb521合金铸锭中则存在大长宽比的针状析出相。

另外，在Nb521合金材料制备的硅化钼高温抗氧化涂层，具有一定的自愈合能力，而且与Nb521合金材料的线膨胀系数比较接近，因此，具有良好的抗氧化防护性能和结合性能。