К тугоплавким металлам относится: ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ - это... Что такое ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ?

К тугоплавким металлам относится: ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ – это… Что такое ТУГОПЛАВКИЕ МЕТАЛЛЫ?

alexxlab | 17.09.1974 | 0 | Разное

Содержание

Тугоплавкие материалы. Физики определили самое тугоплавкое вещество. Как получают вольфрам

До сих пор нет единого мнения о том, какие металлы считать тугоплавкими. Наиболее часто к тугоплавким условно относят металлы, которые плавятся при температурах выше точки плавления железа (1536°С). Из всех тугоплавких металлов в чистом виде и в виде основы сплавов массовое применение в технике нашли титан, цирконий, молибден, вольфрам и в значительно меньшей степени ниобий, тантал, ванадий.

До недавнего времени тугоплавкие металлы получали методами порошковой металлургии и применяли в основном для легирования сталей и некоторых сплавов. В связи с тем что для удовлетворения растущих потребностей авиации и ракетной техники необходимы все более жаропрочные материалы, тугоплавкие металлы и сплавы на их основе все шире применяются как жаропрочные конструкционные материалы. В этом случае к ним предъявляются повышенные требования по чистоте, так как тугоплавкие металлы, загрязненные примесями, особенно газовыми, хрупки и плохо поддаются обработке давлением и сварке.

Титан и его сплавы

Титан – элемент 4-й группы периодической системы Д. И. Менделеева – является переходным металлом. Он отличается сравнительно малой плотностью (4,51 г/см 3). По удельной прочности титановые сплавы превосходят легированные стали и высокопрочные алюминиевые сплавы, что делает их незаменимыми конструкционными материалами для авиации и ракетной техники. Основной недостаток титана и его сплавов как конструкционного материала – небольшой модуль упругости (см. § 5), примерно вдвое меньший, чем у железа и его сплавов. Титан плавится при 1670°С, в твердом состоянии имеет две аллотропические модификации. Низкотемпературная α-модификация, существующая до 882°С, обладает гексагональной плотноупакованной решеткой. Высокотемпературная β-модификация имеет объемноцентрированную кубическую решетку. Титан отличается высокой коррозионной стойкостью в пресной и морской воде и в различных агрессивных средах. Это свойство объясняется образованием защитной окисной пленки на поверхности, поэтому титан особенно стоек в тех средах, которые не разрушают окисную пленку или способствуют ее образованию (в разбавленной серной кислоте, царской водке, азотной кислоте).

На воздухе при температурах до 500°С титан практически стоек. Выше 500°С он активно взаимодействует с атмосферными газами (кислородом, азотом), а также с водородом, окисью углерода, водяным паром. Азот и кислород, растворяясь в титане в значительных количествах, снижают его пластические свойства. Углерод при содержании более 0,1 – 0,2%, откладываясь в виде карбида титана по границам зерен, также сильно снижает пластичность титана. Особенно вредной примесью является водород, который уже при содержании в тысячных долях процента приводит к появлению очень хрупких гидридов и этим вызывает хладноломкость титана. Все эти примеси ухудшают коррозионную стойкость, а также свариваемость титана. Из-за сильной реакционной способности титан и его сплавы плавят в вакуумных дуговых электрических печах в медных водоохлаждаемых кристаллизаторах.

Влияние легирующих элементов, вводимых в титан, целесообразно оценить по их действию на температуру полиморфного превращения. Большая группа металлов увеличивает область существования β-фазы и делает ее устойчивой вплоть до комнатной температуры. К таким элементам, которые называются β-стабилизаторами, относятся переходные металлы V, Сr, Mn, Mo, Nb, Fe. Другие элементы являются активными β-стабилизаторами, расширяющими область существования α-модификации титана. К ним относятся А1, О, N, С. Известны также нейтральные элементы (Sn, Zr, Hf), которые практически не влияют на температуру полиморфного превращения.

Таким образом, при легировании титана одним или более элементами при комнатной температуре можно получить разную структуру, состоящую из α-, α+β- или β-фазы. Именно на эти три группы и подразделяются все современные сплавы титана.

Почти все титановые сплавы легируют алюминием. Это объясняется тем, что алюминий эффективно упрочняет как α-, так и β-фазу при сохранении удовлетворительной пластичности, повышает жаропрочность сплавов, снижает склонность к водородной хрупкости.

Типичным деформируемым титановым α-сплавом является двойной сплав BT5, содержащий 5% А1. Механические свойства этого сплава при комнатной температуре: σ в = 750÷950 МПа, δ = 12÷25%. Для повышения сопротивления ползучести двойные сплавы титан – алюминий легируют нейтральными упрочнителями – оловом и цирконием. Такими сплавами являются BT5-1, содержащий 5% А1 и 2,5% Sn, и сплав BT20, содержаний 6,5% А1, 2% Zr и небольшие добавки (по 1%) молибдена и ванадия. При комнатной температуре первый сплав имеет σ в = 850÷950 МПа, второй – σ в = 950÷1000 МПа. Сплавы этого класса отличаются повышенной жаропрочностью. Они не упрочняются термообработкой и могут работать при температурах до 450 – 500°С. Большинство α-титановых сплавов применяют в отожженном состоянии, температура отжига 700 – 850°С.

Наиболее многочисленный и имеющий наибольшее практическое применение является группа α+β-деформируемых сплавов. К этой группе относятся сплавы, легированные алюминием и β-стабилизаторами. Эти сплавы обладают хорошим комплексом прочностных и пластических свойств и могут работать при температурах до 350 – 400°С. Меняя относительное количество α- и β-фаз, можно получить сплавы с большим диапазоном свойств. Кроме того, α+β-сплавы термически упрочняются, что также позволяет существенно изменять их свойства. Типичными α+β-сплавами являются сплавы BT6 (6% А1; 4% V) и BT14 (4% А1; 3% Mo; 1% V). Сплав ВТ14 – один из наиболее прочных титановых сплавов. Так, после закалки с 860 – 880°С предел прочности этого сплава равен 950 МПа, а после старения при 480 – 550°С в течение 12 – 16 ч он повышается до 1200 – 1300 МПа при сохранении высоких пластических свойств. Изделия из этих сплавов применяются в отожженном и термически упрочненном состоянии, они могут работать при температурах до 350 – 400°С. Из β-сплавов наиболее широко используется сплав ВТ15 (3 – 4% А1; 7 – 8% Мо; 10 – 11% Сr), который после закалки и старения обладает пределом прочности 1300 – 1500МПа при удлинении около 6%. Однако из-за невысокой стабильности пересыщенной β-фазы этот сплав может работать при температурах до 350°С.

Литейные титановые сплавы характеризуются высокой жидкотекучестью и дают плотные отливки, однако по сравнению с деформируемыми сплавами обладают меньшей прочностью и пластичностью. Наиболее широко используемый сплав ВТ5Л, содержащий 5% А1 обладает σ в = 700÷900 МПа, δ = 6÷13%. Сплав предназначен для получения фасонных отливок, длительно работающих при температурах до 400°С. Дополнительное легирование сплава ВТ5Л хромом и молибденом (сплав ВТ3-11) приводит к повышению прочности (σ в = 1050 МПа) и жаропрочности (до 450°С), но к снижению пластичности и жидкотекучести.

Титановые сплавы применяются главным образом в авиации, ракетостроении, судостроении, химическом машиностроении.

Цирконий и его сплавы

Цирконий имеет температуру плавления 1855°С, плотность при комнатной температуре 6,49 г/см 3 . Подобно титану, он существует в двух модификациях. Низкотемпературная α-модификация, устойчивая до 865°С, имеет гексагональную плотноупакованную решетку. Высокотемпературная β-модификация обладает объемноцентрированной кубической решеткой.

Цирконий стоек в растворах кислот и щелочей, в воде и водяном паре; активно взаимодействует с газами: с кислородом выше 150 – 200°С, водородом в интервале температур 300 – 1000°С, азотом и углекислым газом выше 450°С с образованием окислов, нитридов, гидридов, карбидов. Благодаря этой способности цирконий широко используется в качестве геттера – газопоглотительного материала. Загрязнение чистого циркония примесями внедрения, которые образуют, помимо указанных соединений, твердые растворы в цирконии, приводит к снижению пластичности и коррозионной стойкости металла. В связи с высокой химической активностью циркония процессы его получения и обработки проводят в вакууме или в защитной атмосфере.

Другой отличительной особенностью циркония является малое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов и высокая стойкость в условиях ядерного облучения. Эти качества в сочетании со стойкостью в воде и в перегретом паре до 300 – 350°С делают цирконий одним из основных конструкционных материалов атомных водоохлаждаемых реакторов. Однако чистый цирконий обладает сравнительно невысокими механическими свойствами: σ в = 200÷400 МПа, δ = 30÷20%, НВ (70 – 90). Поэтому в качестве конструкционных материалов применяют сплавы циркония. Цирконий легируют небольшими добавками (до 1 – 2%) олова, железа, никеля, хрома, молибдена, ниобия. Эти легирующие элементы, упрочняя цирконий, повышают его коррозионную стойкость. Кроме того, они обладают сравнительно малым сечением захвата тепловых нейтронов, что важно при работе под ядерным облучением.

Ниобий повышает коррозионную стойкость циркония в воде и перегретом паре. Двойные сплавы Zr-1% Nb и Zr – 2,5% Nb широко применяют для изготовления оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов) в водоохлаждаемых реакторах, где в качестве горючего используется твердое топливо. Небольшие добавки олова подавляют вредное влияние примесей внедрения, особенно азота, на коррозионную стойкость циркония. Еще больший эффект достигается при комплексном легировании оловом, железом, хромом, никелем. В настоящее время в промышленном масштабе применяют сплавы типа циркаллой-2 (1,2 – 1,7% Sn; 0,07 – 0,2% Fe; 0,05 – 0,15% Сr; 0,03 – 0,08% Ni), а также сплав оженит-0,5, легированный оловом, железом, ниобием, никелем при суммарном их содержании 0,5%. По механическим свойствам сплавы типа циркаллой-2 (σ в = 480÷500 МПа, δ = 30%) приближаются к нержавеющим сталям, сплав оженит обладает меньшей прочностью (σ в = 300 МПа, δ = 35%).

С помощью термообработки (закалки, отпуска, отжига) можно изменять механические свойства циркониевых сплавов, однако обычно их подвергают только отжигу в α-области (800 – 850°С) для снятия напряжений. Это вызвано тем, что закалка и отпуск, как правило, приводят к снижению основной эксплуатационной характеристики циркониевых сплавов – коррозионной стойкости из-за образования метастабильных фаз.

Вольфрам и его сплавы

Вольфрам – самый тугоплавкий металл. Его температура плавления 3400°С. Плотность вольфрама при комнатной температуре 19,3 г/м 3 , кристаллическая решетка кубическая объемноцентрированная. Основная масса этого металла расходуется на легирование сталей и получение так называемых твердых сплавов. Как самостоятельный материал вольфрам применяют в электровакуумной и электротехнической промышленности. Из него изготавливают нити ламп накаливания, детали радиоламп, нагреватели, различные детали вакуумных печей и т. д. Эти изделия получают пластическим деформированием штабиков, спеченных из порошков заготовок, и используют в нагартованном состоянии или после отжига для снятия напряжений (1000°С, 1 ч). Основной недостаток вольфрама технической чистоты – хрупкость при комнатной температуре, вызванная загрязнением примесями внедрения, в первую очередь кислородом и углеродом. Предел прочности такого металла при комнатной температуре составляет 500 – 1400 МПа при практически нулевом удлинении. Вольфрам технической чистоты становится пластичным при температуре выше 300 – 400°С. Эта температура называется порогом хрупкости. Рекристаллизованный вольфрам (температура рекристаллизации 1400 – 1500°С) еще более хрупок, его порог хрупкости 450 – 500°С. Это вызвано перемещением примесей внедрения к границам зерен и образованием хрупких прослоек. Глубокой очисткой вольфрама порог хруп, кости можно снизить до минусовых температур.

В электровакуумной промышленности, кроме технически чистого вольфрама марки ВЧ, используют специальные сорта с присадками окислов – А1 2 O 3 , SiO 2 , K 2 O (марка BA). Мелкодисперсные частицы этих присадок, располагаясь по границам зерен вольфрама, повышают температуру его рекристаллизации. Поэтому изделия из такого металла оказываются способными при нагреве сохранять форму и не провисать. Торированный вольфрам (с 1 – 2% ТhO 2) обладает высокой жаропрочностью, а также высокими и устойчивыми термоэмиссионными свойствами, однако из-за опасности для здоровья людей (радиоактивность) в последнее время его успешно заменяют вольфрамом с присадками окиси лантана (ВЛ) и окиси иттрия (ВИ). Изделия из плавленого вольфрама и его сплавов находят пока ограниченное применение, главным образом в новой технике.

При легировании вольфрама стремятся повысить его прочность, жаропрочность, снизить хрупкость и улучшить технологичность. Разработаны однофазные сплавы вольфрама с ниобием (до 2% Nb), с молибденом (до 15% Мо), с рением (до 30% Re). Особенно эффективное влияние на свойства вольфрама оказывает рений. Сплав с 27% Re пластичен при комнатной температуре и обладает в литом состоянии σ в = 1400 МПа и δ = 15%. Однако возможности использования этих сплавов ограничены дефицитностью рения.

Перспективны также гетерофазные сплавы вольфрама, упрочненные дисперсными частицами карбидов. Введение небольших добавок тантала (до 0,2 – 0,4%) и углерода (до 0,1%) вызывает повышение прочности и пластичности. Сплавы вольфрама при температурах до 1600 – 1900°С более жаропрочны, чем вольфрам, однако выше этих температур они теряют свое преимущество по жаропрочности.

Молибден и его сплавы

Молибден имеет объемноцентрированную кубическую решетку. Его температура плавления 2620°С. Молибден менее хрупок по сравнению с вольфрамом. Температурный порог его хрупкости в зависимости от чистоты лежит в пределах 70 – 300°С. Хрупкость молибдена также вызвана скоплением возле границ зерен примесей внедрения или фаз внедрения. При нагреве молибден сильно окисляется, а при температуре выше 680 – 700°С его окислы возгоняются. Основную массу молибдена расходуют на легирование сталей. Как самостоятельный материал молибден используют в виде проволоки, прутков, ленты, листов, изготовляемых из заготовок-штабиков, которые получают методом порошковой металлургии. В таком виде его применяют в электронных вакуумных приборах (аноды, сетки, опоры) в качестве нагревательных элементов и экранов вакуумных печей. Предел прочности молибдена разной чистоты при комнатной температуре составляет 450 – 800 МПа при удлинении 25 – 1%. Поскольку плотность молибдена (10,2 г/см 3) почти в два раза ниже плотности вольфрама, то по удельной прочности при температурах до 1300 – 1400°С молибден превосходит вольфрам и его сплавы.

В последнее время все большее применение получает более чистый молибден, подвергнутый дуговому вакуумному или электроннолучевому переплаву, а также сплавы молибдена. Легирование молибдена некоторыми элементами приводит к его упрочнению и повышению пластичности. Особенно эффективное влияние на молибден, так же как и на вольфрам, оказывает рений, который образует с ним широкую область твердых растворов. Рений существенно упрочняет молибден, в то же время уменьшает его чувствительность к примесям внедрения и хладноломкости, повышает температуру рекристаллизации. Легирование молибдена небольшими количествами титана и циркония (до 1%) приводит к значительному его упрочнению при комнатной и повышенной температурах. Эти легирующие элементы образуют с углеродом, всегда присутствующим в молибдене, дисперсные частицы карбидов.

Ниобий, тантал, ванадий и их сплавы

Ниобий обладает о. ц. к. решеткой, имеет температуру плавления 2470°С, плотность 8,57 г/см 3 . В отличие от вольфрама и молибдена ниобий способен в довольно значительных количествах растворять кислород, азот, углерод. Поэтому он и его сплавы обладают существенно более высокой пластичностью, не охрупчиваются при рекристаллизации, способны хорошо свариваться. Разработаны сплавы ниобия типа твердых растворов с вольфрамом (до 15%) и молибденом (до 5%). Созданы также сплавы с добавками циркония (до 1%) и углерода (до 0,1%), в которых упрочнение достигается в результате возникновения выделений карбидов циркония. Сплавы предназначены для работы при 900 – 1200°С. Значительные количества ниобия расходуют для легирования сталей.

Тантал обладает о. ц. к. решеткой, плавится при 3996°С, плотность его 16,6 г/см 3 . Этот металл отличается высокой пластичностью и химической стойкостью в агрессивных средах. Стойкость объясняется образованием плотной и прочной окисной пленки. Тантал используют в виде порошка для изготовления анодов электролитических конденсаторов методами порошковой металлургии. При этом главное значение имеют высокие диэлектрические свойства окисной пленки, специально создаваемой на внутренней поверхности пористых анодов. Из тантала изготавливают ленту, прутки, проволоку, трубы для деталей электровакуумных приборов и химической аппаратуры.

Ванадий имеет точку плавления 1900°С, обладает о. ц. к. решеткой, его плотность 6,1 г/см 3 . Основное количество ванадия расходуется для легирования сталей. Чистый ванадий и сплавы на его основе пока не нашли широкого промышленного применения.

Твердые сплавы

Твердыми сплавами называются металлические материалы, состоящие из карбида вольфрама и небольшого количества кобальта (2 – 20%). Изделия из твердых сплавов получают только методом порошковой металлургии. Вначале изготовляют прессовки из смеси порошков карбида вольфрама и кобальта. Затем их спекают при 1350 – 1480°С. Примерно при 1200°С в смеси порошков появляется жидкость эвтектического состава (65 – 70% Со, 35 – 30% WC). Таким образом, спекание происходит в присутствии большого количества жидкой фазы При охлаждении после спекания жидкость затвердевает и из нее выделяются карбид вольфрама, который присоединяется к нерасплавившимся зернам, и кобальт, который образует прослойки между зернами карбида вольфрама и обеспечивает механическую прочность твердосплавных изделий. Размер частиц карбида вольфрама в готовом твердом сплаве обычно 1 – 2 мкм. Главное назначение твердых сплавов – металлорежущий и буровой инструмент. Ребрами, фрезами, сверлами из твердых сплавов можно обрабатывать стали, чугуны, цветные сплавы при таких режимах, когда разогрев режущей кромки доходит до 1000°С и выше. Буровой твердосплавный инструмент (долота, шарошки) служит в несколько раз дольше, чем стальной. Из твердых сплавов изготавливают также инструмент для обработки металлов давлением – волоки, штампы, матрицы.

Кроме твердых сплавов на основе карбида вольфрама, существуют твердые сплавы на основе двойного карбида вольфрама и титана, а также тройного карбида вольфрама, титана и тантала.

Твердые сплавы на основе сложных карбидов обладают более высокой стойкостью при обработке сталей.

Вольфрамкобальтовые твердые сплавы обозначаются BK2, BK6, BK15 и т. д. Последняя цифра соответствует процентному содержанию кобальта. Твердые сплавы на основе карбидов вольфрама и титана обозначаются T15K6, T30K4 и т. п. Цифра после буквы Т показывает содержание карбида титана, цифра после буквы К – содержание кобальта. Для сплавов на основе тройного карбида принято обозначение ТТ7К12 и т. п. Цифра после букв ТТ соответствует суммарному содержанию карбидов титана и тантала. Твердые сплавы характеризуются прочностью на изгиб и твердостью по Роквеллу. Предел прочности при изгибе составляет 1000 – 2000 МПа, а твердость HRC (85 – 90). Большей прочностью и меньшей твердостью обладают сплавы с повышенным содержанием кобальта.

Близки к твердым сплавам по структуре и характеру использования наплавочные сплавы на основе литого карбида вольфрама так называемого рэлита. Полученный плавкой в графитовом тигле карбид вольфрама дробят до частиц не более 0,6 мм и затем наносят на рабочие поверхности горнорудного оборудования путем оплавления. Структура поверхностного слоя состоит из нерасплавившихся зерен рэлита в оплавленной стальной основе.

Самым сильным стабильным окислителем , является комплекс дифторида криптона и пентафторида сурьмы. Из-за сильного окисляющего действия (окисляет все элементы в высшие степени окисления, в том числе кислород и азот воздуха) для него очень трудно измерить электродный потенциал. Единственный растворитель, который реагирует с ним достаточно медленно – безводный фтористый водород.

Самым плотным веществом , является осмий. Его плотность составляет 22,5 г/см 3 .

Самый легкий металл – это литий. Его плотность составляет 0,543 г/см 3 .

Самый дорогой металл – это калифорний. Его стоимость в настоящее время составляет 6 500 000 долларов за 1 грамм.

Самый распространенный элемент в земной коре – это кислород. Его содержание составляет 49% от массы земной коры.

Самый редкий элемент в земной коре – это астат. Его содержание во всей земной коре, по оценкам специалистов составляет всего 0,16 грамм.

Самым горючим веществом , является, по-видимому, мелкий порошок циркония. Для того чтоб он не мог гореть, необходимо поместить его в атмосферу инертного газа на пластину из материала, не содержащего неметаллов.

Веществом с наименьшей температурой кипения , является гелий. Его температура кипения равна -269 градусов по Цельсию. Гелий – единственное вещество, не имеющее температуры плавления при обычном давлении. Даже при абсолютном нуле он остается жидким. Жидкий гелий широко используется в криогенной технике.

Самый тугоплавкий металл – это вольфрам. Его температура плавления составляет +3420 градусов по Цельсию. Из него изготовляют нити накаливания для электрических лампочек.

Самый тугоплавкий материал – это сплав карбидов гафния и тантала (1:1). Он имеет температуру плавления +4215 С.

Самым легкоплавким металлом , является ртуть. Ее температура плавления равна -38,87 градусов по Цельсию. Она же является самой тяжелой жидкостью , ее плотность составляет 13,54 г/см 3 .

Самую высокую растворимость в воде среди твердых веществ имеет трихлорид сурьмы. Его растворимость при +25 С составляет 9880 грамм на литр.

Самым легким газом , является водород. Масса 1 литра составляет всего 0,08988 грамм.

Самым тяжелым газом при комнатной температуре , является гексафторид вольфрама (т. кип. +17 С). Его масса составляет 12,9 г/л, т.е. в нем могут плавать некоторые виды пенопласта.

Самым стойким к кислотам металлом , является иридий. До сих пор не известно ни одной кислоты или их смеси, в которых он бы растворялся.

Самый широкий диапазон концентрационных пределов взрываемости имеет сероуглерод. Взрываться могут все смеси паров сероуглерода с воздухом содержащие от 1 до 50 объемных процентов сероуглерода.

Самой сильной стабильной кислотой является раствор пентафторида сурьмы во фтористом водороде. В зависимости от концентрации пентафторида сурьмы эта кислота может иметь показатель Гаммета до -40.

Самым необычным анионом в соли является электрон. Он входит в состав электрида 18-краун-6 комплекса натрия.

Рекорды для органических веществ

Самым горьким веществом , является денатония сахаринат. Его получили случайно, во время исследования денатония бензоата. Сочетание последнего с натриевой солью сахарина дало вещество в 5 раз более горькое, чем предыдущий рекордсмен (денатония бензоат). В настоящее время оба этих вещества используются для денатурации спирта и других непищевых продуктов.

Самым сильным ядом , является ботулинический токсин типа А. Его летальная доза для мышей (ЛД50, внутрибрюшинно) составляет 0,000026 мкг/кг веса. Это белок с молекулярной массой 150 000, продуцируемый бактерией Clostridium botulinum.

Самым нетоксичным органическим веществом , является метан. При увеличении его концентрации интоксикация возникает из-за недостатка кислорода, а не в результате отравления.

Самый сильный адсорбент , был получен в 1974 году из производного крахмала, акриламида и акриловой кислоты. Это вещество способно удерживать воду, масса которой в 1300 раз превосходит его собственную.

Самыми зловонными соединениями , являются этилселенол и бутилмеркаптан. Концентрация которую человек может обнаружить по запаху так мала, что до сих пор нет методов позволяющих ее точно определить. По оценкам величина ее составляет 2 нанограмма на кубометр воздуха.

Самым сильным галлюциногенным веществом , является диэтиламид l-лизергиновой кислоты. Доза всего в 100 микрограмм вызывает галлюцинации продолжающиеся около суток.

Самым сладким веществом , является N-(N-циклонониламино(4-цианофенилимино)метил)-2-аминоуксусная кислота. Это вещество в 200 000 раз превосходит по сладости 2% раствор сахарозы, но из-за своей токсичности, применения в качестве подсластителя, по видимому не найдет. Из промышленных веществ самым сладким является талин, который в 3 500 – 6 000 раз слаще сахарозы.

Самым медленным ферментом , является нитрогеназа, катализирующая усвоение клубеньковыми бактериями атмосферного азота. Полный цикл превращения одной молекулы азота в 2 иона аммония занимает полторы секунды.

Самым сильным наркотическим анальгетиком является, по-видимому, вещество, синтезированное в Канаде в 80-х годах. Его эффективная анальгетическая доза для мышей (подкожное введение) составляет всего 3,7 нанограмма на килограмм веса, то есть он в 500 раз сильнее эторфина.

Органическим веществом с самым большим содержанием азота является бис(диазотетразолил)гидразин. Он содержит 87,5% азота. Это взрывчатое вещество черезвычайно чувствительно к удару, трению и теплу.

Веществом с самой большой молекулярной массой является гемоцианин улитки (переносит кислород). Его молекулярная масса составляет 918 000 000 дальтон, что больше молекулярной массы даже ДНК.

Как известно, самый легкоплавкий металл – это ртуть, которую причислили к числу металлов сразу после подтверждения того, что она обладает электропроводностью, как в жидкой, так и в твердой форме.

За звание самого легкоплавкого из металлов мог бы «побороться» франций, однако он является редким металлом, который к тому же невозможно хорошо изучить из-за его высокой радиоактивности. О самом легкоплавком материале мы знаем, а какой металл самый тугоплавкий? Таковым является вольфрам.

Как был открыт данный металл?

Самый тугоплавкий металл в мире открыл ученый из Швеции К.В.Шееле (в 1781г.). Ему удалось синтезировать триокись вольфрама (именно так и был назван наиболее легкий из металлов), растворив руду в азотной кислоте. Пару лет спустя чистейший металл был получен химиками из Испании – Ф.Фермином и Х.Хосе де Элюаром, которые выделили его из вольфрамита. Однако в те времена данное открытие не особо впечатлило человечество, а все потому, что не существовало нужных технологий для обработки полученного металла.

Где применяется вольфрам?

Широко используют соединения вольфрама. Их применяют в машиностроительной и горнодобывающей промышленностях, для бурения скважин. Из данного металла благодаря его высокой прочности и твердости изготавливают детали двигателей летательных аппаратов, нити накаливания, артиллерийские снаряды, сверхскоростные роторы гироскопов, пули и т.д. Также вольфрам успешно применяется как электрод при аргонно-дуговой сварке. Не обходятся и такие отрасли промышленности без соединений вольфрама – текстильная, лакокрасочная.

Технология производства

Поскольку «чистый» вольфрам встретить в природе нельзя (он является составной частью горных пород), то необходима процедура по выделению данного металла. Причем ученые оценивают содержание его в коре Земли так – на 1000 кг породы всего 1,3 грамма вольфрама. Можно отметить, что самый тугоплавкий металл, является довольно редким элементом, если сравнить его с известными видами металлов.

Когда из недр Земли добывается руда, то количество вольфрама в ней составляет только лишь до двух процентов. По этой причине добываемое сырье идет на обогатительные заводы, где специальными способами массовую долю металла приводят к шестидесяти процентам. При получении «чистого» вольфрама процесс делится на несколько технологических этапов. Первый заключается в выделении чистого триоксида из добытого сырья. Для данной цели используется термическое разложение, когда самая высокая температура плавления металла составляет от 500 до 800 градусов. При данном температурном режиме лишние элементы поддаются плавлению, а из расплавленной массы собирается оксид вольфрама.

Далее получившееся соединение проходит этап тщательного измельчения, а затем осуществляется восстановительная реакция. Для этого добавляется водород и используется температура в 700 градусов. В результате получается чистый металл, который имеет порошкообразный вид. Затем идет процесс спрессовывания порошка, для чего применяют высокое давление, и спекания в среде из водорода, где температурный режим составляет 1200-1300 градусов.

Получившуюся массу отправляют в специальную печь для плавления, где масса нагревается электрическим током до отметки более 3000 градусов. То есть вольфрам получается жидким после плавления. Затем масса очищается от примесей и создается монокристаллическая ее решетка. Для этого используют способ зонной плавки – его суть состоит в том, что расплавленной на некотором промежутке времени является лишь часть металла. Этот метод позволяет осуществлять процесс перераспределения примесей, который скапливаются на одном участке, откуда их легко убрать из общей структуры сплава. Необходимый вольфрам имеет вид слитков, которые и применяются для производства необходимых видов продукции в разных отраслях деятельности.

Металлы относятся к самым распространенным материалам наравне со стеклом и пластмассами. Они используются людьми с давних времен. На практике люди познавали свойства металлов и с выгодой использовали их для изготовления посуды, бытовых предметов, различных сооружений и произведений искусства. Основной характеристикой этих материалов является их тугоплавкость и твердость. Собственно, от этих качеств зависит их применение в той или иной области.

Физические свойства металлов

Все металлы обладают следующими общими свойствами:

Цвет – серебристо-серый с характерным блеском. Исключение составляют: медь и золото. Они соответственно выделяются красноватым и желтым оттенком.
Агрегатное состояние – твердое тело, кроме ртути, которая является жидкостью.
Тепло- и электропроводность – для каждого вида металлов выражается по-разному.
Пластичность и ковкость – изменяющийся параметр в зависимости от конкретного металла.
Температура плавления и кипения – устанавливает тугоплавкость и легкоплавкость, обладает разными значениями для всех материалов.

Все физические свойства металлов зависят от строения кристаллической решетки, ее формы, прочности и пространственного расположения.

Тугоплавкость металлов

Этот параметр становится важным, когда возникает вопрос о практическом применении металлов. Для таких важных отраслей народного хозяйства, как авиастроение, кораблестроение, машиностроение, основой являются тугоплавкие металлы и их сплавы. Кроме этого, их используют для изготовления высокопрочного рабочего инструмента. Литьем и выплавкой получают многие важные детали и изделия. По прочности все металлы делятся на хрупкие и твердые, а по тугоплавкости их подразделяют на две группы.

Тугоплавкие и легкоплавкие металлы

Тугоплавкие – их температура плавления превышает точку плавления железа (1539 °C). К ним можно отнести платину, цирконий, вольфрам, тантал. Таких металлов всего несколько видов. На практике их применяется еще меньше. Некоторые не используются, так как они имеют высокую радиоактивность, другие – слишком хрупкие и не обладают нужной мягкостью, третьи – подвержены коррозии, а есть такие, что экономически невыгодные. Какой металл самый тугоплавкий? Как раз об этом пойдет речь в данной статье.
Легкоплавкие – это металлы, которые при температуре меньше или равной температуре плавления олова 231,9 °C могут изменить свое агрегатное состояние. Например, натрий, марганец, олово, свинец. Металлы применяются в радио- и электротехнике. Их часто используют для антикоррозийных покрытий и в качестве проводников.

Вольфрам – самый тугоплавкий металл

Это твердый и тяжелый материал с металлическим блеском, светло-серого цвета, обладающий высокой тугоплавкостью. Механической обработке поддается трудно. При комнатной температуре он является хрупким металлом и легко ломается. Вызвано это загрязнением его примесями кислорода и углерода. Технически чистый вольфрам при температуре более 400 градусов Цельсия становится пластичным. Проявляет химическую инертность, плохо вступает в реакции с другими элементами. В природе вольфрам встречается в виде сложных минералов, таких как:

шеелит;
вольфрамит;
ферберит;
гюбнерит.

Вольфрам получают из руды, применяя сложные химические переработки, в виде порошка. Используя методы прессования и спекания, изготовляют детали простой формы и бруски. Вольфрам – очень стойкий элемент к температурным воздействиям. Поэтому размягчить металл не могли в течение ста лет. Не имелось таких печей, которые могли бы разогреваться до нескольких тысяч градусов. Ученые доказали, что самым тугоплавким металлом является вольфрам. Хотя существует мнение, что сиборгий, по теоретическим данным, обладает большей тугоплавкостью, но утверждать твердо этого нельзя, так как он радиоактивный элемент и имеет маленький срок существования.

Исторические сведения

Знаменитый шведский химик Карл Шееле, имеющий профессию аптекаря, в небольшой лаборатории, проводя многочисленные опыты, открыл марганец, барий, хлор и кислород. А незадолго до смерти в 1781 году выявил, что минерал тунгстен является солью неизвестной тогда кислоты. После двух лет работы его ученики, два брата д’Элуяр (испанские химики), выделили из минерала новый химический элемент и назвали его вольфрамом. Только через столетие вольфрам – самый тугоплавкий металл – произвел настоящий переворот в промышленности.

Режущие свойства вольфрама

В 1864 году английский ученый Роберт Мюшет использовал вольфрам как легирующую добавку к стали, которая выдерживала красное каление и еще больше увеличивала твердость. Резцы, которые изготовляли из полученной стали, увеличили скорость резания металла в 1,5 раза, и она стала составлять 7,5 метра в минуту.

Работая в этом направлении, ученые получали все новые технологии, увеличивая скорость обработки металла с использованием вольфрама. В 1907 году появилось новое соединение вольфрама с кобальтом и хромом, которое стало основоположником твердых сплавов, способных увеличивать скорость резания. В настоящее время она возросла до 2000 метров в минуту, и все это благодаря вольфраму – самому тугоплавкому металлу.

Применение вольфрама

Этот металл обладает сравнительно высокой ценой и тяжело обрабатывается механическим способом, поэтому применяют его там, где невозможно заменить другими, сходными по свойствам материалами. Вольфрам прекрасно выдерживает высокие температуры, имеет значительную прочность, наделен твердостью, упругостью и тугоплавкостью, поэтому находит широкое использование во многих областях промышленности:

Металлургической. Она является основным потребителем вольфрама, который идет на производство высокого качества легированных сталей.
Электротехнической. Температура плавления самого тугоплавкого металла составляет почти 3400 °C. Тугоплавкость металла позволяет применять его для производства нитей накаливания, крючков в осветительных и электронных лампах, электродов, рентгеновских трубок, электрических контактов.

Машиностроительной. Благодаря повышенной прочности сталей, содержащих вольфрам, изготавливают цельнокованые роторы, зубчатые колеса, коленчатые валы, шатуны.
Авиационной. Какой самый тугоплавкий металл используют для получения твердых и жаропрочных сплавов, из которых делают детали авиационных двигателей, электровакуумных приборов, нити накаливания? Ответ прост – это вольфрам.
Космической. Из стали, содержащей вольфрам, производят реактивные сопла, отдельные элементы для реактивных двигателей.
Военной. Высокая плотность металла позволяет изготавливать бронебойные снаряды, пули, броневую защиту торпед, снарядов и танков, гранаты.
Химической. Стойкая вольфрамовая проволока против кислот и щелочей используется для сеток к фильтрам. С помощью вольфрама меняют скорость химических реакций.
Текстильной. Вольфрамовая кислота используется как краситель для тканей, а вольфрамит натрия применяют для производства кожи, шелка, водоустойчивых и огнестойких тканей.

Приведенный перечень использования вольфрама в разных областях индустрии указывает на высокую ценность этого металла.

Получение сплавов с вольфрамом

Вольфрам, самый тугоплавкий металл в мире, часто используют для получения сплавов с другими элементами для улучшения свойств материалов. Сплавы, которые содержат вольфрам, как правило, получают по технологии порошковой металлургии, так как при общепринятом способе все металлы превращаются в летучие жидкости или газы при его температуре плавления. Процесс сплавления проходит в вакууме или в атмосфере аргона, чтобы избежать окисления. Смесь, состоящую из металлических порошков, прессуют, спекают и подвергают плавке. В некоторых случаях только вольфрамовый порошок подвергают прессовке и спеканию, а затем пористую заготовку насыщают расплавом другого металла. Сплавы вольфрама с серебром и медью получают именно таким способом. Даже небольшие добавки самого тугоплавкого металла увеличивают жаростойкость, твердость и стойкость к окислению в сплавах с молибденом, танталом, хромом и ниобием. Пропорции в этом случае могут быть совершенно любыми в зависимости от потребностей промышленности. Более сложные сплавы, зависящие от соотношения компонентов с железом, кобальтом и никелем, имеют следующие свойства:

не тускнеют на воздухе;
обладают хорошей химической стойкостью;
имеют отличные механические свойства: твердость и износоустойчивость.

Довольно сложные соединения образует вольфрам с бериллием, титаном и алюминием. Они выделяются устойчивостью при высокой температуре к окислению, а также жаропрочностью.

Свойства сплавов

В практической деятельности вольфрам часто соединяют с группой иных металлов. Соединения вольфрама с хромом, кобальтом и никелем, обладающие повышенной стойкостью к кислотам, используют для изготовления хирургических инструментов. А особые жаропрочные сплавы, кроме вольфрама – самого тугоплавкого металла, содержат в своем составе хром, никель, алюминий, никель. Вольфрам, кобальт и железо входит в состав лучших марок магнитной стали.

Самые легкоплавкие и тугоплавкие металлы

К легкоплавким относятся все металлы, температура плавления которых меньше, чем у олова (231,9 °C). Элементы этой группы находят применение в качестве антикоррозийных покрытий, в электро- и радиотехнике, входят в состав антифрикционных сплавов. Ртуть, точка плавления которой -38,89 °C, при комнатной температуре является жидкостью и находит широкое применение в научных приборах, ртутных лампах, выпрямителях, переключателях, в хлорном производстве. У ртути самая низкая температура плавления по сравнению с другими металлами, входящими в группу легкоплавких. К тугоплавким металлам принадлежат все, температура плавления которых больше, чем у железа (1539 °C). Чаще всего их используют в качестве добавок при изготовлении легированных сталей, а также они могут служить и основой для некоторых специальных сплавов. Вольфрам, имеющий максимальную температуру плавления 3420 °C, в чистом виде используют в основном для нитей накала в электролампах.

Довольно часто в кроссвордах задают вопросы, какой из металлов самый легкоплавкий или самый тугоплавкий? Теперь, не задумываясь, можно ответить: самый легкоплавкий – ртуть, а самый тугоплавкий – вольфрам.

Коротко о железе

Этот металл называют основным конструкционным материалом. Детали из железа встречаются как на космическом корабле или подводной лодке, так и дома на кухне в виде столовых приборов и различных украшений. Этот металл имеет серебристо-серый цвет, обладает мягкостью, пластичностью и магнитными свойствами. Железо является очень активным элементом, на воздухе образуется оксидная пленка, которая препятствует продолжению реакции. Во влажной среде появляется ржавчина.

Температура плавления железа

Железо обладает пластичностью, хорошо поддается ковке и плохо обрабатывается литьем. Этот прочный металл легко обрабатывается механическим способом, используется для изготовления магнитоприводов. Хорошая ковкость позволяет его применять для декоративных украшений. Является ли железо самым тугоплавким металлом? Следует отметить, что его температура плавления равна 1539 °C. А по определению, к тугоплавким относятся металлы, температура плавления которых больше, чем у железа.

Однозначно можно сказать, что железо – не самый тугоплавкий металл, и даже не принадлежит к этой группе элементов. Он относится к среднеплавким материалам. Назовите самый тугоплавкий металл? Такой вопрос не застанет теперь вас врасплох. Можно смело отвечать – это вольфрам.

Вместо заключения

Примерно тридцать тысяч тонн в год вольфрама производится во всем мире. Этот металл непременно входит в состав наилучших сортов сталей для изготовления инструментов. На нужды металлургии расходуется до 95% всего вырабатываемого вольфрама. Для удешевления процесса в основном используют более дешевый сплав, состоящий из 80% процентов вольфрама и 20% железа. Используя свойства вольфрама, его сплав с медью и никелем применяют для производства контейнеров, используемых под хранение радиоактивных веществ. В радиотерапии этот же сплав служит для изготовления экранов, обеспечивая надежную защиту.

Вольфрам отличается от всех остальных металлов особой тяжестью, твердостью и тугоплавкостью. Плотность вольфрама почти вдвое больше, чем свинца, точнее — в 1,7 раза. По тугоплавкости и твердости вольфрам и его сплавы занимают высшие места среди металлов. Технически чистый вольфрам плавится при 3380°С, а кипит лишь при 5900°С. Такая температура — на поверхности Солнца!

А выглядит «король тугоплавкости» довольно заурядно. Цвет вольфрама в значительной мере зависит от способа получения.

Сплавленный вольфрам — блестящий серый металл, больше всего напоминающий платину. Вольфрамовый порошок — серый, темно-серый и даже черный.

Почти со всеми металлами вольфрам образует сплавы. Из всех сплавов вольфрама наибольшее значение приобрели вольфрам-содержащие стали.

Вольфрамовые стали идут на производство танковой брони, оболочек торпед и снарядов, наиболее важных деталей самолетов и двигателей.

Инструмент, изготовленный из вольфрамовой стали, выдерживает огромные скорости самых интенсивных процессов металлообработки. Скорость резания таким инструментом измеряется десятками метров в секунду.

В начале ХХ века вольфрамовую нить стали применять в электрических лампочках: она позволяет доводить накал до 2200°С. В этом качестве вольфрам совершенно незаменим и сегодня. Это объясняется двумя свойствами: его тугоплавкостью и пластичностью. Из одного килограмма вольфрама вытягивается проволока длиной 3,5 км, которой достаточно для изготовления нитей накаливания 23 тысяч 60-ваттных лампочек.

Вольфра м (лат. Wolframium), W, химический элемент VI группы периодической системы Менделеева, порядковый номер 74, атомная масса 183,85.

Природный вольфрам состоит из смеси пяти стабильных изотопов с массовыми числами 180, 182, 183, 184 и 186. Вольфрам был открыт и выделен в виде вольфрамового ангидрида WO 3 в 1781 году шведским химиком К. Шееле из минерала тунгстена, позднее назван шеелитом.

В 1783 году испанские химики братья д’ Элуяр выделили WO 3 из минерала вольфрамита и, восстановив WO 3 углеродом, впервые получили сам металл, названный ими вольфрамом.

Минерал вольфрамит был известен ещё Агриколе (16 в.) и назывался у него «Spuma lupi» – волчья пена (нем. Wolf – волк, Rahm – пена) в связи с тем, что вольфрам, всегда сопровождая оловянные руды, мешал выплавке олова, переводя его в пену шлаков («пожирает олово как волк овцу»). В США и некоторых других странах элемент назывался также «тунгстен» (по-шведски – тяжёлый камень).

Вольфрам долго не находил промышленного применения. Лишь во 2-й половине 19 в. начали изучать влияние добавок вольфрама на свойства стали.

Вольфрам мало распространён в природе; его содержание в земной коре 1· 10 -4 % по массе. В свободном состоянии не встречается, образует собственные минералы, главным образом вольфраматы.

В обычных условиях вольфрам химически стоек. При 400-500°С металл заметно окисляется на воздухе до WO 3 . Пары воды интенсивно окисляют его выше 600°С до WO 2 .

Галогены, сера, углерод, кремний, бор взаимодействуют с этим металлом при высоких температурах (фтор с порошкообразным вольфрамом – при комнатной). С водородом вольфрам не реагирует вплоть до температуры плавления; с азотом выше 1500°С образует нитрид.

При обычных условиях вольфрам стойкий по отношению к соляной, серной, азотной и плавиковой кислотам, а также к царской водке; при 100°С он слабо взаимодействует с ними; быстро растворяется в смеси плавиковой и азотной кислот. В растворах щелочей при нагревании вольфрам растворяется слегка, а в расплавленных щелочах при доступе воздуха или в присутствии окислителей – быстро; при этом образуются вольфраматы.

В соединениях вольфрам проявляет валентность от 2 до 6, наиболее устойчивы соединения высшей валентности.

Вольфрам образует четыре окисла: высший – трёхокись WO 3 (вольфрамовый ангидрид), низший – двуокись WO 2 и два промежуточных W 10 O 29 и W 4 O 11 . Вольфрамовый ангидрид – кристаллический порошок лимонно-жёлтого цвета, растворяющийся в растворах щелочей с образованием вольфраматов. При его восстановлении водородом последовательно образуются низшие окислы и вольфрам. Вольфрамовому ангидриду соответствует вольфрамовая кислота H 2 WO 4 – жёлтый порошок, практически нерастворимый в воде и в кислотах. При её взаимодействии с растворами щелочей и аммиака образуются растворы вольфраматов. При 188°С H 2 WO 4 отщепляет воду с образованием WO 3 . С хлором вольфрам образует ряд хлоридов и оксихлоридов. Наиболее важные из них: WCl 6 (t пл 275°С, t kип 348°С) и WO 2 Cl 2 (t пл 266°С, выше 300°С сублимирует). Они получаются при действии хлора на вольфрамовый ангидрид в присутствии угля. С серой вольфрам образует два сульфида WS 2 и WS 3 . Карбиды вольфрама WC (t пл 2900°C) и W 2 C (t пл 2750°C) – твёрдые тугоплавкие соединения, которые получаются при взаимодействии вольфрама с углеродом при 1000-1500°С.

Сырьём для получения вольфрама служат вольфрамитовые и шеелитовые концентраты (50-60% WO 3). Из концентратов непосредственно выплавляют ферровольфрам (сплав железа с 65-80% вольфрама), используемый в производстве стали. Для получения вольфрама, его сплавов и соединений из концентрата выделяют вольфрамовый ангидрид. В промышленности применяют несколько способов получения WO 3 . Шеелитовые концентраты разлагают в автоклавах раствором соды при 180-200°С (получают технический раствор вольфрамата натрия) или соляной кислотой (получают техническую вольфрамовую кислоту):

1. CaWO 4TB + Na 2 CO 3Ж = Na 2 WO 4Ж + СаСО 3ТВ

2. CaWO 4TB + 2HCl Ж = H 2 WO 4TВ + CaCl 2p=p

Вольфрамитовые концентраты разлагают либо спеканием с содой при 800-900°С с последующим выщелачиванием Na 2 WO 4 водой, либо обработкой при нагревании раствором едкого натра. При разложении щелочными агентами (содой или едким натром) образуется раствор Na 2 WO 4 , загрязнённый примесями. После их отделения из раствора выделяют H 2 WO 4 . (Для получения более грубых, легко фильтруемых и отмываемых осадков вначале из раствора Na 2 WO 4 осаждают CaWO 4 , который затем разлагают соляной кислотой.) Высушенная H 2 WO 4 содержит 0,2-0,3% примесей. Прокаливанием H 2 WO 4 при 700-800°С получают WO 3 , а уже из него – твёрдые сплавы. Для производства металлического вольфрама H 2 WO 4 дополнительно очищают аммиачным способом – растворением в аммиаке и кристаллизацией паравольфрамата аммония 5(NH 4) 2 O· 12WO 3 · n H 2 O. Прокаливание этой соли даёт чистый WO 3 .

Порошок вольфрама получают восстановлением WO 3 водородом (а в производстве твёрдых сплавов – также и углеродом) в трубчатых электрических печах при 700-850°С. Компактный металл получают из порошка металлокерамическим методом, т. е. прессованием в стальных прессформах под давлением 3-5 тс/см 2 и термической обработкой спрессованных заготовок-штабиков. Последнюю стадию термической обработки – нагрев примерно до 3000°С проводят в специальных аппаратах пропусканием электрического тока непосредственно через штабик в атмосфере водорода. В результате получают вольфрам, хорошо поддающийся обработке давлением (ковке, волочению, прокатке и т.д.) при нагревании. Из штабиков методом бестигельной электроннолучевой зонной плавки получают монокристаллы вольфрама.

Вольфрам широко применяется в виде чистого металла и в ряде сплавов, наиболее важные из которых – легированные стали, твёрдые сплавы на основе карбида вольфрама, износоустойчивые и жаропрочные сплавы. Вольфрам входит в состав ряда износоустойчивых сплавов, используемых для покрытия поверхностей деталей машин (клапаны авиадвигателей, лопасти турбин и др.). В авиационной и ракетной технике применяют жаропрочные сплавы вольфрама с другими тугоплавкими металлами. Тугоплавкость и низкое давление пара при высоких температурах делают его незаменимым для нитей накала электроламп, а также для изготовления деталей электровакуумных приборов в радиоэлектронике и рентгенотехнике. В различных областях техники используют некоторые химические соединения вольфрама, например, Na 2 WO 4 (в лакокрасочной и текстильной промышленности), WS 2 (катализатор в органическом синтезе, эффективная твёрдая смазка для деталей трения).

Вольфра мовые ру ды, природные минеральные образования, содержащие вольфрам в количествах, при которых экономически целесообразно его извлечение. Основными минералами вольфрама являются вольфрамит, содержащий 74-76% WO 3 , и шеелит – 80% WO 3 . Минимальные содержания трёхокиси вольфрама, при которых рентабельно разрабатывать вольфрамовые руды для крупных месторождений порядка 0,14-0,15%, для более мелких жильных – 0,4-0,5%. Вольфрамовые руды часто содержат другие полезные компоненты (олово, молибден, бериллий, золото, медь, свинец и цинк). Кроме того, вольфрамиты некоторых месторождений содержат повышенные количества тантала и скандия, которые могут быть из них извлечены. Для получения концентратов с содержанием 50-60% WO 3 руды обогащают, используя гравитационный, флотационный и другие методы обогащения.

Тугопла вкие мета ллы , по технической классификации – металлы, плавящиеся при температуре выше 1650-1700 °С. В их число входят титан Ti, цирконий Zr, гафний Hf (IV группа периодической системы), ванадий V, ниобий Nb, тантал Ta (V группа), хром Cr, молибден Mo, вольфрам W (VI группа), рений Re (VII группа). Все эти элементы (кроме хрома) относятся к редким металлам, a Re – к рассеянным редким металлам. Высокой температурой плавления характеризуются также металлы платиновой группы и торий, но они по технической классификации не относятся к тугоплавким металлам.

Тугоплавкие металлы имеют близкое электронное строение атомов и являются переходными элементами с достраивающимися oболочками. В их межатомных связях участвуют не только наружные s-электроны, но и d -электроны, что определяет большую прочность межатомных связей и, как следствие, высокую температуру плавления, повышенные механические прочность, твёрдость, электрическое сопротивление. Тугоплавкие металлы имеют близкие химические свойства. Переменная валентность этих металлов обусловливает многообразие их химических соединений. Они образуют металлоподобные тугоплавкие твёрдые соединения.

Физические и химические свойства. Кристаллические решётки тугоплавких металлов IV группы и Re гексагональные, остальных, а также Ti выше 882 °C, Zr выше 862 °C и Hf выше 1310°C – объёмно-центрированные кубические. Ti, V и Zr – относительно лёгкие металлы, а самые тугоплавкие из всех металлов – Re и W – по плотности уступают лишь Os, lr и Pt. Чистые отожжённые тугоплавкие металлы – пластичные металлы, поддаются как горячей, так и холодной обработке давлением, особенно хорошо – металлы IV и V групп. Для применения тугоплавких металов важно, что благоприятные механические свойства их и сплавов на их основе сохраняются до весьма высоких температур. Это позволяет рассматривать их, в частности, как жаропрочные конструкционные материалы. Однако их механические свойства в значительной мере зависят от их чистоты, степени деформации и условий термообработки. Так, Cr и его сплавы даже при малом содержании некоторых примесей становятся непластичными, a Re, имеющий высокий модуль упругости, подвержен сильному наклёпу, вследствие чего даже при небольшой степени деформации его необходимо отжигать. Особенно сильно на свойства тугоплавких металлов влияют примеси углерода (исключая Re), водорода (для металлов IV и V групп), азота, кислорода, присутствие которых делает эти металлы хрупкими. Характерные свойства всех тугоплавких металлов – устойчивость к действию воздуха и многих агрессивных сред при комнатной температуре и небольшом нагревании и высокая реакционная способность при больших температурах, при которых их следует нагревать в вакууме или в атмосфере инертных к ним газов. Особенно активны при нагревании металлы IV и V групп, на которые действует также водород, причём при 400-900 °C он поглощается с получением хрупких гидридов, а при нагревании в вакууме при 700-1000 °C вновь выделяется. Этим свойством пользуются для превращения компактных металлов в порошки путём гидрирования (и охрупчивания) металлов, измельчения и дегидрирования. Тугоплавкие металлы VI группы и Re химически менее активны (их активность падает от Cr к W), они не взаимодействуют с водородом, a Re – и с азотом; взаимодействие Mo с азотом начинается лишь выше 1500 °C, а W – выше 2000 °C. Тугоплавкие металлы способны образовывать сплавы со многими металлами.

Вольфра мовые спла вы – сплавы на основе вольфрама. Для легирования сплавов применяют металлы (Mo, Re, Cu, Ni, Ag и др.), окислы (ThO 2), карбиды (TaC) и другие соединения, которые вводят в вольфрам для повышения его жаропрочности, пластичности (при температурах до 500°С), обрабатываемости, а также обеспечения необходимого комплекса физических свойств. Вольфрамовые сплавы получают методами порошковой металлургии или сплавлением компонентов в дуговых и электроннолучевых печах. В промышленности применяются главным образом металлокерамические сплавы. По структуре различают 3 группы вольфрамовых сплавов: сплавы (твёрдые растворы), псевдосплавы с соединениями и псевдосплавы с металлами.

Основными вольфрамовыми сплавами с однофазной структурой твёрдого раствора являются сплавы вольфрама с Mo (до 50%) и Re (до 30%). При добавлении Mo повышается жаропрочность и электросопротивление сплава; кроме того, у сплавов W – Mo термический коэффициент расширения примерно такой же, как у различных сортов тугоплавкого стекла. Эти сплавы легче обрабатываются по сравнению с чистым вольфрамом. Сплавы с содержанием 20-50% Mo применяют в электровакуумных приборах для изготовления нагревателей, экранов и др.

Рений в твёрдом растворе на основе W существенно повышает низкотемпературную пластичность и соответственно обрабатываемость. Максимальной пластичностью обладают сплавы вольфрама с 20-28% Re. При дальнейшем увеличении содержания Re пластичность вновь начинает падать из-за выделения избыточной σ- фазы. Кроме повышенной пластичности, сплавы W – Re отличаются высокой жаропрочностью. Несмотря на то, что рений является редким и дорогим металлом, такие сплавы еще в 50-х гг. ХХ века начали использоваться в электровакуумных приборах (сплавы с 5-30% Re) и в качестве термопарных материалов, предназначенных для работы вплоть до 2500°С.

Псевдосплавы вольфрама с нерастворяющимися в нём Cu и Ag (вводимыми раздельно или вместе в количестве от 5 до 40%) имеют гетерогенную структуру, состоящую из зёрен W, окружённых прослойками Cu и Ag или их сплава. Эти материалы сочетают высокую твёрдость, жаропрочность, износостойкость, сопротивление электроэрозии, свойственные вольфраму, с хорошей электро- и теплопроводностью Cu и Ag. Из них изготовляют электроконтакты и др. Вольфрам, пропитанный Ag и Cu, применяется и при изготовлении ракетных двигателей. Близкую к псевдосплавам вольфрама с медью и серебром структуру имеют так называемые «тяжёлые сплавы» W с 3-10% Ni и 2-5% Cu. Их плотность после спекания спрессованных заготовок достигает 18 г/см 3 . «Тяжёлые сплавы» используют в качестве материалов защиты от гамма-излучения в радиотерапии и при изготовлении контейнеров для хранения радиоактивных препаратов. Большая плотность «тяжёлых сплавов» позволяет применять их и в других областях (самолетостроении, точном приборостроении и т. д.)

Вольфрама ты приро дные – группа минералов, являющихся солями вольфрамовой кислоты. В природных условиях встречаются только соли Fe, Mn, Zn, Ca, Pb, Al моновольфрамовой кислоты H 2 WO 4 . Из них широко распространены вольфрамит (Fe, Mn) WO 4 и шеелит CaWO 4 , остальные соединения – штольцит PbWO 4 , санмартинит (Zn, Fe) WO 4 встречаются редко. Вольфраматы образуются в эндогенных гидротермальных условиях. Вольфрамит и шеелит являются основными промышленными минералами, из которых извлекается вольфрам.

Металл тугоплавкие – Справочник химика 21

Существует некий серебристо-белый металл, тугоплавкий, легкий, стойкий на воздухе и в морской воде. Его название связано с именем царицы эльфов из старинных германских сказок. Он пластичен, хорошо подвергается ковке, прокатке в листы и даже в фольгу. Примеси кислорода, азота, углерода и водорода делают металл хрупким, лишают его пластичности, а заодно снижают его химическую активность. В чистом виде металл реагирует с фтороводородной и (при нагревании) с соляной кислотой, образуя фиолетовые растворы. Стружка металла способна загораться от спички, а порошок его вспыхивает от искры и пламени. В пылевидном состоянии металл на воздухе может даже взорваться и превращается при этом в диоксид. В присутствии окислителей (например, нитрата калия) металл реагирует с расплавами щелочей. Какой это металл [c.213]
Радиусы атомов ниобия и тантала, а также радиусы их ионов (Э “) очень близки из-за лантаноидного сжатия. Это объясняет большое сходство их физико-химических свойств. В свободном состоянии ванадий, ниобий и тантал весьма стойки к химическим воздействиям и обладают высокими температурами плавления. Эти металлы вместе с хромом, молибденом, вольфрамом, рением, а также рутением, родием, осмием и иридием (см. ниже) относятся к тугоплавким металлам. Тугоплавкими условно считают те металлы, температура плавления которых выше, чем хрома (1890°С). Тугоплавкие металлы и их сплавы играют большую роль в современной технике. [c.286]

Металлическое состояние. Платиновые металлы тугоплавки [c.154]

Гафний Hf (4,5-10 % по массе) очень походит по свойствам на цирконий и только с большим трудом может быть от него отделен. По-видимому, такое близкое сходство объясняется, помимо аналогии в строении электронных оболочек, еще и очень небольшим различием в величине радиусов атомов обоих элементов. Тягучесть металла, тугоплавкость и высокая электронная эмиссия (способность испускать электроны при нагревании) гафния поз- [c.275]

Силициды переходных металлов тугоплавки, устойчивы к окислению на воздухе даже при высоких температурах и не взаимо- [c.77]

Карбиды этих металлов тугоплавки и очень тверды. [c.349]

Как известно, элементы подгруппы железа и платины в свою очередь подразделяются на металлы подгруппы железа (Ре, О), N1) и металлы подгруппы платины (Ки, КЬ, Н(1, Оз, 1г, Р1), которые по сходству их свойств делятся на три диады рутений и ось-мий, родий и иридий, палладий и платина. Структуры внешних электронных оболочек атомов металлов подгруппы железа и платины приведены в табл. 20. Там же содержится ряд других данных, представляющих интерес для качественной характеристики строения расплавленных металлов этой подгруппы. Так как все эти металлы тугоплавки, строение и свойства их расплавов пока еще слабо изучены. [c.193]

Металлы III группы легко образуют интерметаллиды с другими металлами, что используется при создании сплавов со специальными свойствами. Карбиды и бориды этих металлов тугоплавки и слабо окисляются, обладая при этом электронной проводимостью. Нитриды этих металлов также отличаются металлической электропроводностью и, несмотря на одинаковые количественные составы с нитридом алюминия, совершенно на него не похожи (табл. 73). [c.338]

Соединения с переходными металлами тугоплавки, не растворяются в кислотах, щелочах и органических растворителях. Взаимодействуют с кислородом при нагревании. [c.58]

Непосредственным взаимодействием металлов подгруппы хрома при высоких температурах или косвенным путем можно получить их нитриды, фосфиды, арсениды, карбиды, силициды и бориды. Состав соединений большей частью не соответствует стехиометрическим соотношениям. По химическим свойствам они близки к металлам, тугоплавки, устойчивы по отношению к нагреванию и химическим реагентам. [c.571]

Система жидкий металл – тугоплавкое соединение. [c.100]

В последнее время получены различные нитевидные кристаллы из оксидов металлов, тугоплавких соединений типа карбидов, боридов, нитридов. Нитевидные кристаллы из оксидов металлов имеют ряд преимуществ по сравнению с металлическими волокнами и волокнами типа карбидов, нитридов, боридов высокую механическую прочность, высокую огнестойкость, химическую инертность, стабильные свойства при высоких температурах. [c.140]

В центре слитка образуется зона равноосных кристаллов 3. Здесь нет выраженного направления и имеется много центров кристаллизации в виде случайно попавших в жидкий металл тугоплавких составляющих и примесей. Эта часть слитка, как правило, обладает наименьшей прочностью. [c.23]

Большинство платиновых металлов (Ru, Rh и Ir) серебристо-белого цвета. Только платина серовато-белая, а осмий — синевато-белый. Все эти металлы тугоплавки. Pt и Pd сравнительно мягкие, хорошо поддаются механической обработке Ru, Rh, Os и Ir — металлы твердые и хрупкие. [c.507]

Широко применяются две конструкции универсальных ручных горелок, предназначенных для использования при монтаже всевозможных схем в вакуумных установках, пайки металла тугоплавкими припоями, сварки всевозможных металлических вводов в стеклоизделия, а также нагрева, проварки, резки, отжига и т.п. Принцип работы горелок аналогичен рассмотренным выше. Техническая характеристика горелок, соответствующая некоторым технологическим режимам, приведена в табл. 15.6. [c.232]

V Все металлы, кроме ртути, при обычной температуре твердые. Легкие металлы в общем и наиболее легкоплавкие. Большинство тяжелых металлов тугоплавкие. [c.193]

При вза и1модействии1 щелочи с хлоридом М еталла (1П) выпадает осадок зеленого цвета, который при нагревании теряет воду, и образуется оксид соответствующего металла — тугоплавкое темно-зеленое вещество, n p им eняeм oe для изготовления масляных красок. Такое же кол1Ичвство окоида металла можно получить при термическом разложении 50,4 г дихромата аммония. Рассчитайте количество исходного хлорида металла (III). [c.15]

Вольфрам применяется, как и хром, для придания твердости и других свойств сплаву. Оба металла тугоплавки и оба при накаливании способны давать соединения с углеродом и железом (подмесь к стали вольфрама придает ей тягучесть и твердость) [560). Молибден представляет порошок серого цвета, едва спекающийся в сильнейшем жару, имеющий уд. вес 9,0. На воздухе при обыкновенной температуре он не изменяется, но при накаливании превращается сперва в бурую, а потом в голубую окись и, наконец, в молибденовый ангидрид. Кислоты на него не действуют, т.-е. не выделяют с ним водо- [c.240]

Плотность металлов весьма различна. При этом металлы с плотностью не выше 5 г/см называют л е г к и м и, а остальные — тяжелыми. Как правило, легкие металлы и самые легкоплавкие например, щелочной металл цезий плавится при +28° С. Большинство тяжелых металлов тугоплавки наибольшую температуру плавления имеет вольфрам (3380° С). Кипят металлы при очень высоких температурах платина — при 4350° С, медь — при 2877° С и т. п. [c.240]

Е Металлы тугоплавкие. Методы испытания на растяжение при [c.17]

Металлы в чистом виде выделить гораздо труднее, так как это металлы тугоплавкие, а при высоких температурах обладающие высокой химической активностью. [c.340]

В зависимости от плотности металлы условно делятся на две группы легкие, плотность которых меньше пяти, и тяжелые — с плотностью больше пяти. Самый легкий металл — литий плотность 0,53 г см , (0,53 10 кг/м ), самый тяжелый — осмий плотность 22,48 г/см (22,48 10 кг/.н ). Многие легкие металлы легкоплавки, например цезий (т. пл. 28° С). Большинство тяжелых металлов тугоплавки. Самый тугоплавкий металл — вольфрам (т. пл. 3410° С). [c.169]

Бериллий и магний образуют соединения с галогенами, кислородом, серой и азотом. Окиси обоих металлов — тугоплавкие вещества белого цвета. Окись бериллия с водой образует почти не растворимую в воде гидроокись Ве(0Н)2, которая проявляет амфотерный характер, растворяясь как в кислотах, так и в щелочах. При взаимодействии гидроокиси бериллия со щелочами получаются бериллаты [c.224]

В таблице видно, что все эти металлы тугоплавкие и тяжелые. Рений имеет самую высокую температуру плавления очень редкий элемент. Технеций впервые был получен искусственно в 1937 г. Практически важен лишь марганец. [c.254]

В таблице видно, что рассматриваемые металлы в отличие от щелочных металлов тугоплавки и имеют значительно более высокую плотность. Энергии ионизации и радиусы атомов металлов 1В под- группы, если таковые сравнить с металлами 1А подгруппы, позволяет сделать вывод о том, что ойи химически пассивны. Обладают слабыми восстановительными свойствами. В ряду напряжений стоят вправо от водорода, следовательно, воду не разлагают и в разбав- [c.268]

Системы редкоземельный. металл — тугоплавкий металл. [c.222]

Жидкий металл – тугоплавкий окисел Экспериментальные и теоретические исследования выявили сле-дутощие признаки смачивания окислов жидкими металлами, [c.100]

Силициды переходных металлов тугоплавки, устойчивы к окислению на воздухе даже при высоких температурах и не взаимодействуют с неокисляющими кислотами. Например, TaSiz плавится при 2200″С, M0S12 устойчив к окислению до 1800° С, в силу чего его используют в качестве материала нагревательных элементов, работающих в окислительной атмосфере. Многие силициды переходных металлов, особенно с большим содержание кремния, устойчивые в кислых средах, разлагаются щелочами. [c.279]

Термодинамически рассмотрен процесс смачивания твердых тел исходя из концепции А. Н. Фрумкина об устойчивости тонких пленок. Рассмотрен случай, когда Ож > От- Сформулированы условия смачивания металлом тугоплавких соединений типа окислов, нитридов и карбидов. Сконструирована установка, позволяющая оценить характер изменения натяжения жидких пленок с толщиной на поверхности твердого тела. Полученные экспериментальные результаты для некоторых систем качественно подтверждают развитые представления. Применительно к процессу пропитки или жидкофазного спекания проведенный анализ позволяет сформулировать два возможных механизма образования метастабильных смачиваюцщх пленок или растекания — с затратой энергии на образование пленки металла конечной толщины и безактивационное смачивание. Аналогично рассмотрен процесс перехода границы раздела металл — твердое или металл — газ тугоплавкими частицами. Рис. 2, библиогр. 11. [c.229]

Рассматриваемые металлы тугоплавки и высокостойки к химическим воздействиям лишь при высокой температуре, когда разрушается защитная оксидная пленка, они взаимодействуют с кислородом, углеродом, галогенами и другими неметаллами. Оксидная защитная пленка настолько устойчива, что металлы не поддаются действию кислот, ванадий окисляется лишь азотной кислотой. С водными растворами щелочей не реагируют. В расплавленных щелочах разрушается оксидная пленка, имеющая кислотный характер [c.246]

Рутений Ru (лат. Ruthenium). Р.— элемент VIII группы 5-го периода периодич, системы Д. И, Менделеева, п. н. 44, атомная масса 101,07, относится к семейству платиновых металлов. Был открыт в 1844 г. Клаусом и назван в честь России (лат. название Ruthenia). Встречается вместе с другими платиновыми металла.ми. Р.— серебристо-белый, похожий на платину металл, тугоплавкий и очень твердый даже при высоких температурах. Наиболее ценные свойства Р.— тугоплавкость, твердость, химическая стойкость, способность ускорять некоторые химические реакции. Наиболее характерны соединения со степенью окисления -ЬЗ, -f4 и – -З. Склонен к образованию комплексных соединений. Применяют как катализатор, в сплавах с платиновыми металлами как материал для острых наконечников, для контактов, Электродов, в ювелирном деле и др. [c.115]

Физические и химические свойства. Р.— серебристо-белый, похожий на платину металл, тугоплавкий и очепь твердый даже при высоких темп-рах. Для него известны аморфное (скрытокристаллическое) и кристаллич. состояния. Аморфный Р.— черный порошок, образуется при восстановлении металла из р-ров. После перекристаллизации аморфного Р. из расплава с 5—6-кратным количеством Sn и обработки плава хлористым водородом получают светло-серые кристаллы кубич. формы. Кристаллич. решетка гексагональная с плотнейшей упаковкой, а = 2,7057 A, с == =4,2815 A. На основании измерений уд. теплоемкости и термич. коэфф. сопротивления было установлено существование 4 полиморфных модификаций Р. и определены темп-ры фазовых переходов а , 1035° Y, 1190° у б, 1500°. Атомный радиус Ru 1,338 A ионные радиусы Ru2+0,85 A Ru= +0,77A Ru +0,71A. Плотн, 12,4 (20°).Т. пл. 2250° т. кип. 4900° (вероятно) теплота плавления 46 кал1г теплота испарения (при т. нл.) 1460 кал1г давление пара 9,8-10 мм рт. ст. Уд. теплоемкость 0,057 кал/г-град (0°) термич. коэфф. линейного расширения 9,1 10″ (20°).Уд. электросопротивление 7,16—7,6 мком-см (0°) термич. коэфф. электросопротивления 44,9-10 (0—100°). Р. парамагнитен, уд. магнитная восприимчивость 0,426-10 (20°). Механич. свойства Р. (при комнатной темп-ре) модуль нормальной упругости 47 200 кГ/мм , твердость по Бринеллю (отожженного) 220 кГ/мм . [c.361]

Некоторые металлы, потребность в которых в связи с развитие.м новой техники непрерывно возрастает, вообще могут быть получены только три применении вакуума, как, например, ниобий и таитал [274]. Эти металлы, как и титан, являются самыми перспективными для химического аппаратостроения, так как они обладают превосходной коррозионной устойчивостью по отношению к действию многих агрессивных сред и прежде всего слот. Ниобий, тантал, их сплавы и некоторые соединения могут быть применены для изготовления нагревателей, конденсаторов, реакторов, аэраторов, адсорберов, мешалок, клапанов, трубопроводов, сит, проволочных фильтров. На ниобий практически не действуют применяемые в качестве жидко-металлических охладителей в ядерных реакторах жидкие расплавы натрия и его сплава с калием, лития, висмута, свинца, ртути, олова. Химическая устойчивость обусловлена наличием окисной пленки на поверхности металла. Эти металлы тугоплавки, имеют низкую упругость пара при высоких температурах [c.340]

Сжимаемость. Коэффициент сжимаемости определяется как относительное уменьшение объема на единицу давления при постоянной температуре. Для органических кристаллов коэффициент сжимаемости, как и коэффициент теплового расширения, значительно больше, чем для типичных неорганических веществ (исключая щелочные металлы), что опять-таки связано со сравнительно плохо упакованными структурами кристаллов органических веществ. Значения коэффициентов для металлов, тугоплавких окислов и неорганических солей обычно от 0,3-10 до 6-10 см -кг- -. Для щелочных металлов характерны значения от 1 10 до 6-10 см – кг” -, а для органических кристаллов — от 2-10 до 5-10 см -кг -. Сжимаемость бензола и гексана вблизи точки плавления исследовалась Стэйвели и Парамом [6881. Исследование кристаллических нормальных парафинов проведено Мюллером [450], который измерял методом дифракции рентгеновских лучей деформации решетки вдоль цепей и различных кристаллографических осей кристаллов под давлением до 1500 атм. Он показал, что сжимаемость вдоль оси цепочек молекул примерно в десять раз меньше, чем в перпендикуляр-Бом направлении. Пожалуй, наиболее обширное исследование сжимаемости органических кристаллов провел Бриджмен [87], который определил сжимаемость большого ряда органических кристаллов до высоких давлений порядка 4-10 кг-сж 2. Среди исследованных Бриджменом соединений были вормальные и циклические парафины, ароматические конденсированные циклические системы, органические производные, содержащие галогены, кислород, азот, серу и фосфор. Обобщение исследований Бриджмена до 1948 г. и другие данные по сжимаемости твердых веществ можно найти в его монографии [88]. [c.54]

Какой металл является самым тугоплавким

Тугоплавкие металлы — описание, изделия из тугоплавких Ме

Определение «тугоплавкие металлы» не требует дополнительных пояснений в силу исчерпывающей информативности самого термина. Единственным нюансом остается пороговая температура плавления, после которой вещество можно считать тугоплавким.

Разногласия в критическом параметре

Одни источники устанавливают пороговую величину как 4000 F. В переводе на привычную шкалу это дает 2204 0С. Согласно этому критерию, к жаропрочным относятся только пять элементов: вольфрам, ниобий, рений, тантал и молибден. Например, температура плавления вольфрама составляет 3422 0С.

плавка вольфрама водородной горелкой

Другое утверждение позволяет расширить класс температуростойких материалов, поскольку принимает за точку отсчета температуру плавления железа – 1539 0С. Это позволяет увеличить список еще на девять элементов, включив в него титан, ванадий, хром, иридий, цирконий, гафний, родий, рутений и осмий.

Существует еще несколько пороговых величин температуры, однако они не получили широкого распространения.

Сравнительная таблица степени тугоплавкости чистых металлов

Относительно чистых элементов, можно привести наглядную таблицу степени их температурной устойчивости. Возглавляет ее самый тугоплавкий металл, известный на сегодня, – вольфрам с температурой плавления 3422 0С. Такая осторожная формулировка связана с попытками выделить металлы, обладающие порогом расплава, превосходящим вольфрам.

Поэтому вопрос, какой металл самый тугоплавкий, может в будущем получить совсем иное определение.

Пороговые величины остальных соединений приведены ниже:

рений 3186;
осмий 3027;
тантал 3014;
молибден 2623;
ниобий 2477;
иридий 2446;
рутений 2334;
гафний 2233;
родий 1964;
ванадий 1910;
хром 1907;
цирконий 1855;
титан 1668.

Остается добавить еще один интересный факт, касающийся физических свойств жапропрочных элементов. Температура плавления некоторых из них чувствительная к чистоте материала. Ярким примером этому выступает хром, температура плавления которого может варьироваться от 1513 до 1920 0С, в зависимости от химического состава примесей. Поэтому, данные интернет пространства часто разнятся точными цифрами, однако качественная составляющая от этого не страдает.

Хром в чистом виде

Общие свойства жаропрочных материалов

Относительная схожесть физико-химических характеристик данных элементов, обусловлена общностью атомного строения и тем, что они оказываются переходными металлами. Напротив, различия в свойствах, связаны с их принадлежностью к широкому спектру групп Периодической таблицы: IV – VII.

Базовая общая характеристика тугоплавких материалов – прочные межатомные связи. Для их разрыва требуется высокая энергия, которая и обуславливает температуру плавления в тысячи градусов по Цельсию. Дополнительно, данное свойство сказывается на высоких значениях таких параметров тугоплавких металлов, как: твердость, механическая прочность, электрическое сопротивление.

Следующая характеристика, объединяющая данные элементы, – высокая химическая активность. Она связана с общей тенденцией тугоплавких металлов образовывать химические связи посредством свободной p- и частично заполненной d-орбитали, отдавая электроны с наружных уровней s и d. Это свойство затрудняет получение чистых тугоплавких металлов, разбивая технологическое производство на несколько этапов.

Строение жаропрочных элементов также идентично, все они характеризуются объемно-центрированной кубической кристаллической решеткой. Для этой структуры характерно «охрупчивание». Исключение составляет рений, обладающий гексагональной ячейкой. Переход в хрупкое состояние для каждого металла происходит при определенной температуре, регулирование которой достигается при помощи легирования.

Однако, с повышением температуры до 400 0С их активность аномально возрастает. Это требует создания определенных условий эксплуатации.

Поэтому, изделия из тугоплавких металлов, при повышенных температурах использования, часто помещают в атмосферу инертных газов или добиваются степени разреженности воздуха до условий вакуума.

Получение тугоплавких материалов

Как отмечалось ранее, основной препятствующий фактор производству жаропрочных металлов их высокая химическая активность, препятствующая выделению элементов в чистом виде.

Основной технологией получения остается порошковая металлургия. Данная методика позволяет получать порошки тугоплавких металлов различными способами:

Восстановление триоксидом водорода. Процесс производится в несколько этапов, внутри многотрубных печей при 750 – 950 °С. Технология применима под порошки тугоплавких металлов: вольфрам и молибден.
Восстановлением водородом перрената. Схема реализуется в производстве металлического рения. Рабочие температуры составляют около 500 °С. Заключительная стадия предусматривает отмывание порошка от щелочи. Для этого последовательно используется горячая вода и раствор соляной кислоты.
Использование солей металлов. Технология развита для выделения молибдена. Основным сырьем выступает аммонийная соль металла и его металлический порошок, вводимый в смесь на уровне 5 — 15% от массы. Состав проходит термическую обработку 500 – 850 °С в проточном инертном газе. Восстановление металла проходит в атмосфере водорода при температурах 800 – 1000 °С.

Производство тугоплавких металлов — порошковая металлургия

Экскурсия на производство

Способы получения жаропрочных металлов продолжают совершенствоваться, как и химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов, что связано с развитием ядерной энергетики, авиастроения, появлением новых моделей ракетных двигателей.

Одно из крупнейших предприятий по производству вольфрама на территории РФ – унечский завод тугоплавких металлов. Этот предприятие относительно молодое, строительство его началось в 2007 году на территории населенного пункта Унеча. Производственный акцент завода направлен на порошки тугоплавких металлов, точнее вольфрама и его карбидов.

В дальнейшем, для получения слитков рассыпчатую массу спекают или сдавливают прессом. Подобным образом порошки тугоплавких металлов обрабатываются для производства жаропрочных изделий.

Применение тугоплавких материалов

Применение чистых жаропрочных металлов имеет приоритеты по ряду направлений:

производство космических кораблей;

изготовление управляемых снарядов, ракет;

электронная и вакуумная техника.

Космическая промышленность

Последний пункт затрагивает электроды электровакуумных радиоламп. Например, высокочистый ниобий используется для производства сеток, трубок электронных деталей. Также из него изготавливаются электроды – аноды электровакуумных приборов.

Электровакуумные радиолампы

Аналогичное применение свойственно молибдену, вольфраму. Эти металлы в чистом виде используются не только как нити накаливания, но и под электроды радиоламп, крючки, подвески электровакуумного оборудования. Монокристаллы вольфрама, напротив, эксплуатируются как подогреватели электродов, в частности катодов, а также при изготовлении электрических контактов, предохранителей.

Чистые ванадий и ниобий используются в ядерной энергетике, где их них изготовлены трубы атомных реакторов, оболочки тепловыделяющих элементов. Область применения высокочистого тантала – химия (посуда и аппаратура), поскольку металл обладает высокой стойкостью к коррозии.

Отдельно следует рассматривать тугоплавкий припой, поскольку он не включает металлов, имеющих высокие температуры плавления. Например, тугоплавкое олово не содержит порошки тугоплавких металлов. В качестве добавок тут используются медь, серебро, никель или магний.

Тугоплавкие металлы и сплавы востребованы как прокат, так и в других сферах. В частности, применение сплавов обусловлено способностью, модифицировать определенные свойства металла: понизить температуру охрупчивания, улучшить жаропорочные характеристики.

Прокат из тугоплавких металлов достаточно широк по ассортименту и включает:

полосы обычные и для глубокой вытяжки;

Термоэлектродная проволока вольфрам-рениевая

Наиболее крупным отечественным производителем данного типа продукции выступает опытный завод тугоплавких металлов и твердых сплавов.

тугоплавкие металлы

Источник: http://xlom.ru/spravochnik/tugoplavkie-metally-opisanie-izdeliya-iz-tugoplavkix-me/

Самый тугоплавкий металл в мире — Справочник металлиста

С древних времен человек научился обрабатывать и использовать в своей жизни металлы.

Какие-то из них подходят для изготовления посуды и других товаров народного потребления, из других, например нержавеющая сталь, делают оружие и медицинские инструменты.

А некоторые металлы и сплавы используются для строительства сложных технических механизмов, например космический корабль или самолет. Одной из характеристик, на которую обращают внимание при выборе того или иного материала, является его тугоплавкость.

Самый тугоплавкий металл вольфрам

Тугоплавкость металлов

Внимание этой характеристике уделяют все инженеры и конструкторы, работающие в машиностроении. В зависимости от величины этой характеристики, человек может рассчитать и определить в какую конструкцию можно применить те или иные тугоплавкие материалы.

Материалы, температура плавления который выше температуры плавления железа, равной 1539 °С, называются тугоплавкими. Самые тугоплавкие материалы:

тантал;
ниобий;
молибден;
рений;
вольфрам.

ТанталМолибден

Полный список содержит больше химических элементов, но не все из них получили распространенное применение в производстве и некоторые обладают меньшими температурами плавления или радиоактивны.

Вольфрам – самый тугоплавкий металл. На вид он светло-серого цвета, твердость и вес достаточно велики. Однако, он становится хрупким при низких температурах и его легко сломать (хладноломкость). Если нагреть вольфрам больше 400 °С, он станет пластичным. С другими веществами вольфрам плохо соединяется. Добывают его из сложных и редких минералов руд, таких как:

шеелит;
ферберит;
вольфрамит;
гюбнерит.

Переработка руды очень сложный и дорогостоящий процесс. Извлеченный материал формируют в бруски или готовые детали.

Гюбнерит

Вольфрам был открыт в XVIII веке, но долгое время не существовало печей, способных нагреваться до температуры плавления этого тугоплавкого металла. Ученые провели множество исследований и подтвердили, что вольфрам самый тугоплавкий металл. Стоит отметить, что по одной из теорий, сиборгий имеет большую температуру плавления, но не удается провести достаточное количество исследований, т.к. он радиоактивен и нестабилен.

Добавление вольфрама в сталь увеличивает ее твердость, поэтому его стали применять в изготовлении режущего инструмента, что увеличило скорость резания и тем самым привело к росту производства.

Высокая стоимость и трудность обработки этого тугоплавкого металла сказываются на сферах его применения. Он используется в тех случаях, когда нет возможности применить другой. Его достоинства:

устойчив к высоким температурам;
повышенная твердость;
прочный или упругий при определенных температурах;

Переработка металлической руды

Все эти характеристики помогают вольфраму найти широкое применение в различных сферах, таких как:

металлургия, для легированных сталей;
электротехника, для нитей накаливания, электродов и др.;
машиностроение, в изготовлении узлов зубчатых передач и валов, редукторов и многом другом;
авиационное производство, в изготовлении двигателей;
космическая отрасль, применяется в соплах ракет и реактивных двигателях;
военно-промышленный комплекс, для бронебойных снарядов и патронов, брони военной техники, в устройстве торпед и гранат;
химическая промышленность, вольфрам обладает хорошей коррозийной стойкостью к действию кислот, поэтому из него делают сетки для фильтров. Кроме того соединения с вольфрамом используют в качестве красителей тканей, в производстве одежды для пожарных и многом другом.

Такой перечень отраслей, где используется этот тугоплавкий металл говорит о том, что его значение для человечества очень велико. Ежегодно по всему миру изготавливают десятки тысяч тон чистого вольфрама и с каждым годом потребность в нем растет.

Тугоплавкие металлы

Тугоплавкие металлы были выделены в отдельный класс благодаря объединяющему их свойству — высокой температуре плавления. Она выше, чем у железа, которая равна 1539 °C. Поэтому металлы данной группы и получили такое название. Они принадлежат к числу так называемых редкоземельных элементов. Так, например, по распространённости в земной коре ниобий и тантал составляют 3%, а цирконий только 2%.

Тугоплавкие металлы

По температурному показателю плавления кроме перечисленных, к ним относятся металлы, так называемой платиновой группы. Ещё их называют благородными или драгоценными.

Определённая схожесть строения атома обусловила схожесть их свойств. На основании этого можно обобщить некоторые черты проявления таких металлов в земной коре и определиться с технологией их добычи, производства и переработки.

Свойства тугоплавких металлов

За счёт того, что они расположены в соседних группах периодической таблицы, физические свойства у тугоплавких металлов достаточно близкие:

Плотность металла колеблется в интервале от 6100 до 10000 кг/м3. По этому показателю выделяется только вольфрам. У него он равен 19000 кг/м3.
Температура плавления. Она превышает температуру плавления железа и колеблется от 1950 °С у ванадия до 3395 °С у вольфрама.
Удельная теплоёмкость у них незначительно отличается друг от друга и находится в пределах от 200 до 400 Дж/(кг-град).
Коэффициент теплопроводности сильно меняется от элемента к элементу. Если у ванадия он равен 31 Вт/(м-град), то у вольфрама он достигает величины в 188 Вт/(м-град).

Физические свойства тугоплавких металлов

Химические свойства также достаточно схожие:

Очень похожее строение атома.
Обладают высокой химической активностью. Это свойство определяет основные трудности при сохранении стабильности их соединений.
Прочность межатомных связей определяет высокую температуру плавления. Это обстоятельство объясняет высокую механическую прочность, твёрдость и электрические характеристики (в частности сопротивление).
Проявляют хорошую устойчивость при воздействии различных кислот.

К основным недостаткам тугоплавких металлов относятся:

Низкая коррозийная стойкость. Процесс окисления происходит достаточно быстро. Его разделяют на две последовательные стадии. Непосредственное взаимодействие металла с кислородом окружающего воздуха, что приводит к образованию оксидной плёнки. На второй стадии происходит процесс диффузии (проникновения) атомов кислорода через образовавшуюся оксидную плёнку.
Трудности со свариваемостью тугоплавких металлов. Это вызвано высокой химической активностью к окружающему воздуху при высоких температурах, хрупкостью при насыщении различными примесями. Кроме того, трудно определить точку перегрева и практически невозможно контролировать повышение предела текучести.
Трудности их получения использования в чистом виде без примесей.
Необходимость применения специальных покрытий от быстрого окисления. Для сплавов, основу которых составляет вольфрам и молибден, разработаны силицидные покрытия.
Трудности, связанные с механической обработкой. Для качественной обработки их сначала необходимо нагреть.

Производство тугоплавких металлов

Все способы производства тугоплавких металлов основаны на методиках так называемой порошковой металлургии. Сам процесс происходит в несколько этапов:

На начальном этапе получают порошок металла.
Затем методами химического восстановления (обычно аммонийных солей или оксидов) выделяют требуемый металл. Такое выделение получается в результате воздействия на порошок водорода.
На завершающем этапе получают химическое соединение, называемое гексафторидом соответствующего металла, и уже из него сам металл.

Применение тугоплавких металлов

Начиная со второй половины двадцатого века тугоплавкие металлы стали применяться во многих отраслях промышленного производства. Порошки тугоплавких металлов используются для производства первичной продукции. Тугоплавкие металлы вырабатывают в виде проволоки, слитков, арматуры, прокатного металла и фольги.

Отдельное место такие металлы занимают в технологии выращивания лейкосапфиров. Они относятся к классу монокристаллов и называются искусственными рубинами.

Изделия из тугоплавких металлов входят в состав бытовых и промышленных электрических приборов, огнеупорных конструкций, деталей для двигателей авиационной и космической техники. Особое место занимают тугоплавкие металлы при производстве деталей сложной конфигурации.

Так получают волокнистую структуру (проволоку). Она достаточно прочная и практически не ломается. На конечном этапе его раскатывают в виде тонких нитей или гибкой ленты. Для проведения механической обработки необходимо создать защитную среду из инертного газа. В этой среде температура должна превышать 400 °С. При температуре окружающей среды он приобретает свойства парамагнетика.

Ему присущи следующие недостатки:

сложность в создании условий для механической обработки;
быстрое образование на поверхности оксидных плёнок. Если в контакте имеются серосодержащие вещества, образуются сульфидные плёнки;
создание хорошего электрического контакта между несколькими деталями возможно только при создании большого давление.

Вольфрам

Для улучшения свойств вольфрама (тугоплавкости, устойчивости к коррозии, износостойкости) в него добавляют легирующие металлы. Например, рений и торий.

Металл используется для производства нитей накаливания для осветительных и сушильных ламп. Его добавляют в сварочные электроды, элементы электронных ламп и рентгеновских трубок. Также применяется при производстве элементов ракет, в реактивных двигателях, артиллерийских снарядах.

По внешнему виду и характеристикам очень похож на вольфрам. Главным отличием является то, что его удельный вес почти в два раза меньше. Его получают аналогичным образом. Он широко применяется в радиоэлектронной промышленности, для изготовления различных испарителей в вакуумной технике, разрывных электрических контактов. Как и вольфрам, он является парамагнетиком. Для изготовления электродов стекловаренных (стеклоплавильных) печей он просто незаменим.

Ниобий

Температура плавления ниобия составляет 2741 °С. По своим химическим, физическим и механическим свойствам очень напоминает тантал. Он достаточно пластичен. Обладает хорошей свариваемостью и высокой теплопроводностью даже без дополнительного нагрева. Как и все остальные металлы его получают из порошка. Конечные заготовки из ниобия – проволока, лента, труба.

Ниобий

Сам металл и его сплавы демонстрируют эффект сверхпроводимости. Его широко применяют для изготовления анодов, экранных и антидинатронных сеток в электровакуумных приборах. Благодаря хорошей пористости, его успешно применяют в качестве газопоглотителей. В микроэлектронике он идёт на изготовление резисторов в микросхемах.

Ниобий хорошо себя проявил в качестве легирующей добавки. Используется при создании различных жаростойких конструкций, агрегатов работающих в агрессивных и радиоактивных средах. Из сплава стали и ниобия изготавливают некоторые элементы реактивных двигателей. Благодаря его свойству не взаимодействовать с радиоактивными веществами при высоких температурах, например, с ураном, применяется при изготовлении оболочек для урановых элементов, отводящих тепло в реакторах.

Тантал

Эти операции не требуют значительного нагрева. Для удобства дальнейшего использования тантал изготавливают в форме фольги и тонких листов.

Повышение температуры вызывает активное взаимодействие со всеми газами, кроме инертных – с ними никаких реакций не наблюдается.

Тантал

Из тантала производят внутренние элементы генераторных ламп (магнетронов и клистронов). Он активно используется при производстве пластин в электролитических конденсаторах. Очень удобен для изготовления пленочных резисторов. Активно применяется для изготовления так называемых лодочек в испарителях, в которых осуществляется термическое напыление различных материалов на тонкие пленки.

Ввиду ряда своих уникальных качеств, считается незаменимым в ядерной, аэрокосмической и радиоэлектронной промышленности.

Рений

В основном его используют как легирующую добавку. Полученные сплавы приобретают хорошие характеристики прочности и ковкости. Это один из самых дорогих металлов, поэтому его применение приводит к резкому увеличению цены всего оборудования.

Те не менее, его применяют в качестве катализатора.

Хром

Хром — уникальный металл. Широко применяется в промышленности благодаря своим замечательным свойствам: прочности, устойчивости к внешним воздействиям (нагреву и коррозии), пластичности. Достаточно твердый, но хрупкий металл. Имеет серо-стальной цвет. Весь необходимый хром извлекают из руды двух видов хромита железа или окиси хрома.

Основными его свойствами являются:

Даже при нормальной температуре обладает почти идеальным антиферромагнитным упорядочением. Это придаёт ему отличные магнитные свойства.
По-разному реагирует на воздействие водорода и азота. В первом случае сохраняет свою прочность. Во втором, становится хрупким и полностью теряет все свои пластические свойства.
Обладает высокой устойчивостью против коррозии. Это происходит благодаря тому, что при взаимодействии с кислородом на поверхности образуется тонкая защитная плёнка. Она служит для защиты от дальнейшей коррозии.

Кристаллы хрома

Этот материал способен выдерживать очень высокие температуры. Поэтому его используют в различных нагревательных элементах. Хромом активно покрывают поверхности различных деталей (металла, дерева, кожи). Это процесс осуществляется с помощью гальваники.

Токсичность некоторых солей хрома используют для сохранения древесины от повреждения, вредного воздействия грибков и плесени. Они также хорошо отпугивают муравьёв, термитов, насекомых разрушителей деревянных конструкций. Солями хрома обрабатывают кожу. Хром применяется при изготовлении различных красителей.

Благодаря высокой теплостойкости его используют как огнеупорный материал для доменных печей. Каталитические свойства соединений хрома успешно используют при переработке углеводородов. Его добавляют при производстве магнитных лент наивысшего качества. Именно он обеспечивает низкий коэффициент шума и широкую полосу пропускания.

Источник: https://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/tugoplavkie-metally.html

Связанные статьи:

Редкие металлыРедкие металлы, условное наименование группы металлов (более чем 50), список которых дан в таблице. Это металлы, относительно новые в технике либо ещё
Раскисление металловРаскисление металлов, процесс удаления из расплавленных металлов (в основном стали и др. сплавов на базе железа) растворённого в них кислорода, что есть

Источник: http://australianembassy.ru/tugoplavkie-metally/

Какой металл считается самым тугоплавким

Металл с давних времён используются человеком в различных сферах деятельности. Чтобы получить качественное металлическое изделие, важно подобрать хороший материал, оценивая при этом его характеристики. Важный параметр — тугоплавкость. Для изготовления некоторых изделий подходят только самые тугоплавкие металлы.

Исторические сведения

Прежде чем изучать характеристики самых тугоплавких металлов в мире следует ознакомиться с их историей открытия. Металлообработка известна человеку несколько тысяч лет. Однако активное получение тугоплавких металлов началось только со второй половины 19 века.

Изначально они использовались только в электротехнике. С появлением новых технологий в строении самолётов, машин, поездов и ракет детали с высоким показателем плавления начали использоваться активнее. Пик популярности заготовок, выдерживающих температуры более 1000 градусов, пришёлся на середину 20 века.

Определение

Тугоплавкий металл — отдельный класс, к которому относятся металлические заготовки, выдерживающие воздействие критически высоких температур. Обычно у представителей этого класса температура плавления более 1600 градусов, что считается точкой плавления железа. К ним относят благородные сплавы. Их ещё называют представителями платиновой группы.

Виды

Виды металлов и сплавов, обладающие устойчивостью к повышенным температурам:

Вольфрам. Впервые о нем узнали в 1781 году. Чтобы расплавить, его потребовалось разогреть до 3380 градусов. Вольфрам считается самым тугоплавким. Изготавливается он из порошка, который обрабатывается химическим способом. Сначала смесь разогревается, а затем подвергается давлению. На выходе получаются спрессованные заготовки.
Ниобий. Плавится при 2500 градусах. Обладает высокой теплопроводностью, обрабатывается не так сложно, как вольфрам. Изготавливается из порошка, который запекают и обрабатывают с помощью высокого давления. Из ниобия делают проволоку, трубы и ленту.
Молибден. Визуально его можно спутать с вольфрамом. Изготавливается он из порошка при запекании и воздействии давлением. Как и вольфрам обладает парамагнетическими свойствами. Используется в радиоэлектронике, изготовлении промышленного оборудования, печей и электродов.
Тантал. Плавится при 3000 градусах. Чтобы сделать проволоку из тантала или закалить материал, его не нужно нагревать до критических температур. Используется для изготовления элементов в радиоэлектронике (конденсаторы, пленочные резисторы). Популярен в ядерной промышленности.
Рений. Материал, который ученые открыли позже остальных. Найти его можно в медной и платиновой руде. Используется на промышленном производстве, как легирующая добавка.

К материалам с высокими температурами плавления относится и хром. Благодаря своим уникальным характеристикам он применяется в различных сферах промышленности. Обладает повышенной устойчивостью к критическим температурам и коррозийным процессам. Однако стоит учитывать его хрупкость.

Свойства

Чтобы понимать, где лучше использовать материал, нужно знать свойства тугоплавких металлов. Из них изготавливаются детали для промышленного оборудования, техники и электроники. Характеристики тяжелых тугоплавких металлов будут описаны ниже.

Физические свойства

Характеристики:

Плотность — до 10000 кг/м3. У вольфрама этот показатель достигает 19000 кг/м3.
Средняя температура плавления — 2500 градусов по Цельсию. Самая высокая температура плавления металла у вольфрама — 3390 градусов.
Удельная теплоёмкость — 400 Дж.

Тугоплавкие предметы не выдерживают ударов и падений.

Химические свойства

Химические свойства:

Это твердые вещества, обладающие высокой химической активностью.
Прочная межатомная структура.
Сопротивляемость длительному воздействию кислот и щелочей.
Высокий показатель парамагнитности.

Эти материалы имеют некоторые недостатки. Главным из них является трудный процесс обработки и изготовления продукции из него.

Применение

Изначально тугоплавкие металлы использовались при изготовлении конденсаторов и транзисторов для радиоэлектроники. Количество их сфер применения увеличилось только к середине 20 века. Промышленной комплекс расширился до изготовления деталей для станков, автомобилей, самолётов и ракет.

Сплавы, выдерживающие воздействие критических температур, начали использоваться для изготовления посуды. Тугоплавкие металлы применяются в процессе производства строительных и соединительных материалов. Из них делают детали для бытовых приборов и электроники.

Самым тугоплавким считается вольфрам. Его температура плавления в 3390 градусов превышает показатели других материалов. Однако нельзя забывать про то, что при падении вольфрамовой детали с высоты, она треснет или разобьётся на отдельные части.

Вольфрам — Самый ТУГОПЛАВКИЙ Металл На ЗЕМЛЕ!
Остальные материалы с высоким показателем плавления, немногим отличаются от вольфрама. Используются в машиностроении, кораблестроении, ядерной энергетики, изготовлении промышленного оборудования.

Их разработка и исследование продолжается и по сей день.

Какой металл считается самым тугоплавким Ссылка на основную публикацию

Источник: https://metalloy.ru/obrabotka/termo/samyj-tugoplavkij-metall

Тугоплавкие металлы и их сплавы

Если верить википедии, к тугоплавким относятся металлы, которые имеют температуру плавления от 2200 °C. Под это утверждение подпадают ниобий, рений, молибден, тантал и вольфрам.

Название	Температура плавления
Ниобий	2477°C
Молибден	2623 °C
Тантал	3017 °C
Вольфрам	3422 °C
Рений	3186 °C

Тугоплавкие металлы широко применяются во многих отраслях промышленности и в повседневной жизни. Их применяют при изготовлении лампочек накаливания, мобильных телефонов, компьютеров или, например, ядерных реакторов.

В более широком понятии и практическом применении к тугоплавким металлам еще относят ванадий, гафний, рутений, хром, цирконий и осмий.

Их также используют в качестве легирующих элементов в сплавах с металлами из первой группы для улучшения комплекса эксплуатационных или технологических свойств.

Сами по себе чистые металлы конечно применяются в производстве, например чистые молибден и вольфрам применяют в радиоэлектронной промышленности, химическом машиностроении или при производстве печей для термообработки. Но большинство из них склонны к хрупкому разрушению при высоких температурах, также они обладают относительно низкой жаропрочностью. Гораздо интереснее, с точки зрения повышения эксплуатационных свойств, представляется использование сплавов этих металлов.

Тугоплавкие сплавы на основе вольфрама

Представителем таких сплавов является сплав вольфрама и ниобия ВВ2 с температурой жаропрочности до 1200°C. Для повышения коррозионной стойкости и тугоплавкости вольфрамовые сплавы легируют рением. А для повышения износостойкости торием.

Сплавы на основе молибдена

Молибден и его сплавы являются наверное самыми частоиспользуемыми из всех тугоплавких. В промышленности часто используются сплавы легированные цирконием, бором, титаном, ниобием: сплавы ЦМ3, ЦМ6, ЦМ2А, ВМ3

Тугоплавкие сплавы на основе ниобия

Ниобий и его сплавы, благодаря высокой коррозионной стойкости, высокой жаропрочности (до 1300°C) и хорошей работе при нейтронном облучении, нашли широкое применение при изготовлении изделий атомной промышленности. В качестве примера сплавов на основе ниобия стоит назвать сплавы ВН2, ВН2А, ВН3.

Способы повышения жаропрочности и жаростойкости сплавов

Жаропрочность тугоплавких сплавов, как уже было сказано выше, повышают легированием элементами с более высокой температурой плавления, образующими в сплаве твердые растворы замещения. Большей эффективности повышения жаропрочности и в некоторых случаях износостойкости, удается добиться при дисперсионном твердении сплава с образованием карбидов (ZrC, NiC), нитридов (TiN) и оксидов (ZrO2).

Все тугоплавкие металлы обладают низкой жаростойкостью, поэтому для их защиты при температурах выше 400°C используют интерметаллидные и керамические покрытия. Для молибдена и вольфрама используют покрытия на основе кремния (MoSi2, WSi2). [1]

Литература:

Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева., Материаловедение, 1990

Источник: https://HeatTreatment.ru/tugoplavkie-metally-i-ih-splavy.html

Самый тугоплавкий металл в мире: свойства, получение, применение — Сайт о

Металлы относятся к самым распространенным материалам наравне со стеклом и пластмассами. Они используются людьми с давних времен.

На практике люди познавали свойства металлов и с выгодой использовали их для изготовления посуды, бытовых предметов, различных сооружений и произведений искусства.

Основной характеристикой этих материалов является их тугоплавкость и твердость. Собственно, от этих качеств зависит их применение в той или иной области.

Физические свойства металлов

Все металлы обладают следующими общими свойствами:

Цвет – серебристо-серый с характерным блеском. Исключение составляют: медь и золото. Они соответственно выделяются красноватым и желтым оттенком.
Агрегатное состояние – твердое тело, кроме ртути, которая является жидкостью.
Тепло- и электропроводность – для каждого вида металлов выражается по-разному.
Пластичность и ковкость – изменяющийся параметр в зависимости от конкретного металла.
Температура плавления и кипения – устанавливает тугоплавкость и легкоплавкость, обладает разными значениями для всех материалов.

Тугоплавкие и легкоплавкие металлы

Тугоплавкие – их температура плавления превышает точку плавления железа (1539 °C). К ним можно отнести платину, цирконий, вольфрам, тантал. Таких металлов всего несколько видов. На практике их применяется еще меньше.
Некоторые не используются, так как они имеют высокую радиоактивность, другие – слишком хрупкие и не обладают нужной мягкостью, третьи – подвержены коррозии, а есть такие, что экономически невыгодные.
Какой металл самый тугоплавкий? Как раз об этом пойдет речь в данной статье.
Легкоплавкие – это металлы, которые при температуре меньше или равной температуре плавления олова 231,9 °C могут изменить свое агрегатное состояние. Например, натрий, марганец, олово, свинец. Металлы применяются в радио- и электротехнике.
Их часто используют для антикоррозийных покрытий и в качестве проводников.

Вольфрам – самый тугоплавкий металл

Вызвано это загрязнением его примесями кислорода и углерода. Технически чистый вольфрам при температуре более 400 градусов Цельсия становится пластичным. Проявляет химическую инертность, плохо вступает в реакции с другими элементами.

В природе вольфрам встречается в виде сложных минералов, таких как:

шеелит;
вольфрамит;
ферберит;
гюбнерит.

Не имелось таких печей, которые могли бы разогреваться до нескольких тысяч градусов. Ученые доказали, что самым тугоплавким металлом является вольфрам.

Хотя существует мнение, что сиборгий, по теоретическим данным, обладает большей тугоплавкостью, но утверждать твердо этого нельзя, так как он радиоактивный элемент и имеет маленький срок существования.

Исторические сведения

Знаменитый шведский химик Карл Шееле, имеющий профессию аптекаря, в небольшой лаборатории, проводя многочисленные опыты, открыл марганец, барий, хлор и кислород.

А незадолго до смерти в 1781 году выявил, что минерал тунгстен является солью неизвестной тогда кислоты. После двух лет работы его ученики, два брата д’Элуяр (испанские химики), выделили из минерала новый химический элемент и назвали его вольфрамом.

Только через столетие вольфрам – самый тугоплавкий металл — произвел настоящий переворот в промышленности.

Режущие свойства вольфрама

Работая в этом направлении, ученые получали все новые технологии, увеличивая скорость обработки металла с использованием вольфрама.

В 1907 году появилось новое соединение вольфрама с кобальтом и хромом, которое стало основоположником твердых сплавов, способных увеличивать скорость резания.

В настоящее время она возросла до 2000 метров в минуту, и все это благодаря вольфраму – самому тугоплавкому металлу.

Применение вольфрама

Вольфрам прекрасно выдерживает высокие температуры, имеет значительную прочность, наделен твердостью, упругостью и тугоплавкостью, поэтому находит широкое использование во многих областях промышленности:

Металлургической. Она является основным потребителем вольфрама, который идет на производство высокого качества легированных сталей.
Электротехнической. Температура плавления самого тугоплавкого металла составляет почти 3400 °C. Тугоплавкость металла позволяет применять его для производства нитей накаливания, крючков в осветительных и электронных лампах, электродов, рентгеновских трубок, электрических контактов.

Машиностроительной. Благодаря повышенной прочности сталей, содержащих вольфрам, изготавливают цельнокованые роторы, зубчатые колеса, коленчатые валы, шатуны.
Авиационной. Какой самый тугоплавкий металл используют для получения твердых и жаропрочных сплавов, из которых делают детали авиационных двигателей, электровакуумных приборов, нити накаливания? Ответ прост – это вольфрам.
Космической. Из стали, содержащей вольфрам, производят реактивные сопла, отдельные элементы для реактивных двигателей.
Военной. Высокая плотность металла позволяет изготавливать бронебойные снаряды, пули, броневую защиту торпед, снарядов и танков, гранаты.
Химической. Стойкая вольфрамовая проволока против кислот и щелочей используется для сеток к фильтрам. С помощью вольфрама меняют скорость химических реакций.
Текстильной. Вольфрамовая кислота используется как краситель для тканей, а вольфрамит натрия применяют для производства кожи, шелка, водоустойчивых и огнестойких тканей.

Получение сплавов с вольфрамом

Процесс сплавления проходит в вакууме или в атмосфере аргона, чтобы избежать окисления. Смесь, состоящую из металлических порошков, прессуют, спекают и подвергают плавке. В некоторых случаях только вольфрамовый порошок подвергают прессовке и спеканию, а затем пористую заготовку насыщают расплавом другого металла.

Сплавы вольфрама с серебром и медью получают именно таким способом. Даже небольшие добавки самого тугоплавкого металла увеличивают жаростойкость, твердость и стойкость к окислению в сплавах с молибденом, танталом, хромом и ниобием. Пропорции в этом случае могут быть совершенно любыми в зависимости от потребностей промышленности.

Более сложные сплавы, зависящие от соотношения компонентов с железом, кобальтом и никелем, имеют следующие свойства:

не тускнеют на воздухе;
обладают хорошей химической стойкостью;
имеют отличные механические свойства: твердость и износоустойчивость.

Свойства сплавов

В практической деятельности вольфрам часто соединяют с группой иных металлов.

Соединения вольфрама с хромом, кобальтом и никелем, обладающие повышенной стойкостью к кислотам, используют для изготовления хирургических инструментов.

А особые жаропрочные сплавы, кроме вольфрама – самого тугоплавкого металла, содержат в своем составе хром, никель, алюминий, никель. Вольфрам, кобальт и железо входит в состав лучших марок магнитной стали.

Вольфрамсодержащие стали устойчивы к истиранию, не трескаются, неизменно сохраняют твердость. Режущие инструменты не только увеличивают скорость обработки металла, но и имеют длительный срок службы.

Самые легкоплавкие и тугоплавкие металлы

Ртуть, точка плавления которой -38,89 °C, при комнатной температуре является жидкостью и находит широкое применение в научных приборах, ртутных лампах, выпрямителях, переключателях, в хлорном производстве. У ртути самая низкая температура плавления по сравнению с другими металлами, входящими в группу легкоплавких.

К тугоплавким металлам принадлежат все, температура плавления которых больше, чем у железа (1539 °C). Чаще всего их используют в качестве добавок при изготовлении легированных сталей, а также они могут служить и основой для некоторых специальных сплавов.

Вольфрам, имеющий максимальную температуру плавления 3420 °C, в чистом виде используют в основном для нитей накала в электролампах.

Коротко о железе

Этот металл имеет серебристо-серый цвет, обладает мягкостью, пластичностью и магнитными свойствами. Железо является очень активным элементом, на воздухе образуется оксидная пленка, которая препятствует продолжению реакции.

Во влажной среде появляется ржавчина.

Температура плавления железа

Хорошая ковкость позволяет его применять для декоративных украшений. Является ли железо самым тугоплавким металлом? Следует отметить, что его температура плавления равна 1539 °C.

А по определению, к тугоплавким относятся металлы, температура плавления которых больше, чем у железа.

Однозначно можно сказать, что железо — не самый тугоплавкий металл, и даже не принадлежит к этой группе элементов. Он относится к среднеплавким материалам. Назовите самый тугоплавкий металл? Такой вопрос не застанет теперь вас врасплох. Можно смело отвечать – это вольфрам.

Вместо заключения

Для удешевления процесса в основном используют более дешевый сплав, состоящий из 80% процентов вольфрама и 20% железа. Используя свойства вольфрама, его сплав с медью и никелем применяют для производства контейнеров, используемых под хранение радиоактивных веществ.

В радиотерапии этот же сплав служит для изготовления экранов, обеспечивая надежную защиту.

Источник: https://nzmetallspb.ru/benzoinstrument/samyj-tugoplavkij-metall-v-mire-svojstva-poluchenie-primenenie.html

Тугоплавкие металлы — характеристики, свойства и применение

Еще с конца 19 века были известны тугоплавкие металлы. Тогда им не нашлось применения. Единственная отрасль, где их использовали, была электротехника и то в очень ограниченных количествах. Но все резко поменялось с развитием сверхзвуковой авиации и ракетной техники в 50-е года прошлого столетия. Производству потребовались новые материалы, способные выдерживать значительные нагрузки в условиях температур свыше 1000 ºC.

Список и характеристики тугоплавких металлов

Тугоплавкость характеризуется повышенным значением температуры перехода из твердого состояния в жидкую фазу. Металлы, плавление которых осуществляется при 1875 ºC и выше, относят к группе тугоплавких металлов. По порядку возрастания температуры плавки сюда входят следующие их виды:

Ванадий
Хром
Родий
Гафний
Рутений
Вольфрам
Иридий
Тантал
Молибден
Осмий
Рений
Ниобий.

Современное производство по количеству месторождений и уровню добычи удовлетворяют только вольфрам, молибден, ванадий и хром. Рутений, иридий, родий и осмий встречаются в естественных условиях довольно редко. Их годовое производство не превышает 1,6 тонны.

Жаропрочные металлы обладают следующими основными недостатками:

Повышенная хладноломкость. Особенно она выражена у вольфрама, молибдена и хрома. Температура перехода у металла от вязкого состояния к хрупкому чуть выше 100 ºC, что создает неудобства при их обработке давлением.
Неустойчивость к окислению. Из-за этого при температуре свыше 1000 ºC тугоплавкие металлы применяются только с предварительным нанесением на их поверхность гальванических покрытий. Хром наиболее устойчив к процессам окисления, но как тугоплавкий металл он имеет самую низкую температуру плавления.

К наиболее перспективным тугоплавким металлам относят ниобий и молибден. Это связано с их распространённостью в природе, а, следовательно, и низкой стоимостью в сравнении с другими элементами данной группы.

Помимо этого, ниобий зарекомендовал себя как металл с относительно низкой плотностью, повышенной технологичностью и довольно высокой тугоплавкостью. Молибден ценен, в первую очередь, своей удельной прочностью и жаростойкостью.

Самый тугоплавкий металл встречаемый в природе — вольфрам. Его механические характеристики не падают при температуре окружающей среды свыше 1800 ºC. Но перечисленные выше недостатки плюс повышенная плотность ограничивают его область использования в производстве. Как чистый металл он применяется все реже и реже. Зато увеличивается ценность вольфрама как легирующего компонента.

Физико-механические свойства

Металлы с высокой температурой плавления (тугоплавкие) являются переходными элементами. Согласно таблице Менделеева выделяют 2 их разновидности:

Подгруппа 5A – тантал, ванадий и ниобий.
Подгруппа 6A – вольфрам, хром и молибден.

Наименьшей плотностью обладает ванадий – 6100 кг\м3, наибольшей вольфрам – 19300 кг\м3. Удельный вес остальных металлов находится в рамках этих значений. Эти металлы отличаются малым коэффициентом линейного расширения, пониженной упругостью и теплопроводностью.

Данные металлы плохо проводят электрический ток, но обладает таким качеством как сверхпроводимость. Температура сверхпроводящего режима составляет 0,05-9 К исходя из вида металла.

Абсолютно все тугоплавкие металлы отличаются повышенной пластичностью в комнатных условиях. Вольфрам и молибден помимо этого выделяются на фоне остальных металлов более высокой жаропрочностью.

Коррозионная стойкость

Жаропрочным металлам свойственна высокая стойкость к большинству видов агрессивных сред. Сопротивление коррозии элементов 5A подгрупп увеличивается от ванадия к танталу. Как пример, при 25 ºC ванадий растворяется в царской водке, между тем как ниобий полностью инертен по отношению к данной кислоте.

Тантал, ванадий и ниобий отличаются устойчивостью к воздействию расплавленных щелочных металлов. При условии отсутствия в их составе кислорода, которые значительно усиливает интенсивность протекания химической реакции.

Молибден, хром и вольфрам имеют большую сопротивляемость к коррозии. Так азотная кислота, которая активно растворяет ванадий, значительно менее воздействует на молибден. При температуре 20 ºC данная реакция вообще полностью останавливается.

Все тугоплавкие металлы охотно вступают в химическую связь с газами. Поглощение водорода из окружающей среды ниобием осуществляется при 250 ºC. Тантал при 500 ºC. Единственный способ остановить эти процессы – проведение вакуумного отжига при 1000 ºC. Стоит заметить, что вольфрам, хром и молибден куда менее склонны к взаимодействию с газами.

Как уже было сказано ранее, лишь хром отличается сопротивляемостью к окислению. Данное свойство обусловлено его способностью образовывать твердую пленку оксида хрома на своей поверхности. Растворение кислорода хромом происходит только при 700 С. У остальных тугоплавких металлов процессы окисления начинаются ориентировочно при 550 ºC.

Хладноломкость

Распространению использования жаропрочных металлов в производстве мешает обладание ими повышенной склонности к хладноломкости. Это означает, что при падении температуры ниже определенного уровня происходит резкое возрастание хрупкости металла. Для ванадия такой температурой служит отметка в -195 ºC, для ниобия -120 ºC, а вольфрама +330 ºC.

Наличие хладноломкости жаропрочными металлами обусловлено содержанием примесями в их составе. Молибден особой чистоты (99,995%) сохраняет повышенные пластические свойства вплоть до температуры жидкого азота. Но внедрение всего 0,1% кислорода сдвигает точку хладноломкости к -20 С.

Области применения

До середины 40-х годов тугоплавкие металлы использовались только как легирующие элементы для улучшения механических характеристик стальных цветных сплавов на основе меди и никеля в электропромышленности. Соединения молибдена и вольфрама применялись также в производстве твердых сплавов.

Техническая революция, связанная с активным развитием авиации, ядерной промышленности и ракетостроения, нашла новые способы использования тугоплавких металлов. Вот неполный перечень новых сфер применения:

Производство тепловых экранов головного узла и каркасов ракет.
Конструкционный материал для сверхзвуковых самолётов.
Ниобий служит материалом сотовой панели космических кораблей. А в ракетостроении его используют в качестве теплообменников.
Узлы термореактивного и ракетного двигателя: сопла, хвостовые юбки, лопатки турбин, заслонки форсунок.
Ванадий является основой для изготовления тонкостенных трубок тепловыделяющих элементов термоядерного реактора в ядерной промышленности.
Вольфрам применяется как нить накаливания электроламп.
Молибден все шире и шире используется в производстве электродов, применяемых для плавки стекла. Помимо этого, молибден — металл, используемый для производства форм литья под давлением.
Производство инструмента для горячей обработки деталей.

Источник: https://prompriem.ru/metally/tugoplavkie-metally.html

Самый тугоплавкий металл на земле

Любознательных людей наверняка интересует вопрос, какой металл самый тугоплавкий? Прежде чем дать на него ответ, стоит разобраться с сами понятием тугоплавкости. Все известные науки металлы имеют разную температуру плавления в связи с различной степенью устойчивости связей между атомами в кристаллической решетке. Чем слабее эта связь, тем меньшая температура требуется, чтобы ее разорвать.

Самые тугоплавкие металлы в мире используются в чистом виде или в составе сплавов для производства деталей, которые работают в экстремальных термических условиях. Они позволяют эффективно противостоять высоким температурам и значительно продляют эксплуатационный период агрегатов. Но стойкость металлов данной группы к термическому воздействию заставляет металлургов прибегать к нестандартным методам их производства.

Какой металл самый тугоплавкий?

Самый тугоплавкий металл на Земле был открыт в 1781 году шведским ученым Карлом Вильгельмом Шееле. Новый материал получил название вольфрам. Шееле удалось синтезировать триокись вольфрама путем растворения руды в азотной кислоте.

Чистый металл был выделен двумя годами позже испанскими химиками Фаусто Фермином и Хуаном Хосе де Элюар. Новый элемент не сразу получил признание и был взят на вооружение промышленниками.

Дело в том, что технологии того времени не позволяли обрабатывать столь тугоплавкое вещество, поэтому большинство современников не придали особого значения научному открытию.

Вольфрам был оценен гораздо позже. На сегодняшний день его сплавы используются при производстве термостойких деталей для различных отраслей промышленности. Нить накаливания в газоразрядных бытовых лампах также изготавливается из вольфрама.

Также он применяется в аэрокосмической промышленности для производства ракетных сопел, используется в качестве многоразовых электродов в газодуговой сварке.

Кроме тугоплавкости вольфрам также обладает высокой плотностью, что позволяет использовать его для изготовления высококачественных клюшек для гольфа.

Соединения вольфрама с неметаллами также широко применяется в промышленности. Так сульфид используется в качестве термостойкой смазки, способной переносить температуры до 500 градусов по Цельсию, карбид служит для изготовления резцов, абразивных дисков и сверл, способных обрабатывать самые твердые вещества и переносить высокие температуры нагрева. Рассмотрим, наконец, промышленное получение вольфрама. Самый тугоплавкий металл имеет температуру плавления 3422 градуса по Цельсию.

Как получают вольфрам?

В природе чистый вольфрам не встречается. Он входит в состав горных пород в виде триоксида, а также вольфрамитов железа, марганца и кальция, реже меди или свинца. По оценкам ученых содержание вольфрама в земной коре в среднем составляет 1,3 грамма на одну тонну.

Это достаточно редкий элемент по сравнению с другими видами металлов. вольфрама в руде после добычи обычно не превышает 2%.

Поэтому добытое сырье отправляется на обогатительные фабрики, где методом магнитной или электростатической сепарации массовая доля металла доводится до отметки 55-60%.

Процесс его получения разделяется на технологические этапы. На первом этапе выделяют чистый триоксид из добытой руды. Для этого используют метод термического разложения. При температурах от 500 до 800 градусов по Цельсию все лишние элементы расплавляются, а тугоплавкий вольфрам в виде оксида легко можно собрать из расплава. На выходе получается сырье с содержанием оксида шестивалентного вольфрама на уровне 99%.

Полученное соединение тщательно измельчают и проводят восстановительную реакцию в присутствии водорода при температуре 700 градусов по Цельсию. Это позволяет выделить чистый металл в виде порошка.

Далее его спрессовывают под высоким давлением и спекают в водородной среде при температурах 1200-1300 градусов по Цельсию.

После этого полученная масса отправляется в электрическую плавильную печь, где под воздействием тока нагревается до температуры свыше 3000 градусов. Так вольфрам переходит в расплавленное состояние.

Для окончательной очистки от примесей и получения монокристаллической структурной решетки используется метод зонной плавки. Он подразумевает, что в определенный момент времени расплавленной находится только некоторая зона из общей площади металла. Постепенно двигаясь, эта зона перераспределяет примеси, в результате чего в конечном итоге они скапливаются в одном месте и их легко можно удалить из структуры сплава.

Готовый вольфрам поступает на склад в виде штабиков или слитков, предназначенных для последующего производства нужной продукции. Для получения сплавов вольфрама все составные элементы измельчают и смешивают в виде порошка в необходимых пропорциях. Далее производится спекание и плавка в электрической печи.

Источник: https://promplace.ru/vidy-metallov-i-klassifikaciya-staty/samyi-tugoplavkii-metall-1551.htm

Наиболее тугоплавкий металл. Характеристика металлов

Металлы — это самый распространенный материал (наряду с пластмассами и стеклом), который применяется людьми с древних времен. Уже тогда человеку была известна характеристика металлов, он с выгодой использовал все их свойства для создания прекрасных произведений искусства, посуды, предметов быта, сооружений.

Одной из главных черт при рассмотрении этих веществ является их твердость и тугоплавкость. Именно эти качества позволяют определять область использования того или иного металла. Поэтому рассмотрим все физические свойства и особое внимание уделим вопросам плавкости.

Легкоплавкие и тугоплавкие металлы

Данный параметр является очень важным, когда речь заходит об областях применения рассматриваемых веществ. Тугоплавкие металлы и сплавы — это основа машино- и кораблестроения, выплавки и литья многих важный изделий, получения качественного рабочего инструмента. Поэтому знание температур плавления и кипения играет основополагающую роль.

Характеризуя металлы по прочности, можно разделить их на твердые и хрупкие. Если же говорить о тугоплавкости, то здесь выделяют две основные группы:

Легкоплавкие — это такие, которые способны менять агрегатное состояние при температурах ниже 1000 оС. Примерами могут служить: олово, свинец, ртуть, натрий, цезий, марганец, цинк, алюминий и другие.
Тугоплавкими считаются те, чья температура плавления выше обозначенной величины. Их не так много, а на практике применяется еще меньше.

Таблица металлов, имеющих температуру плавления свыше 1000 оС, представлена ниже. Именно в ней и располагаются самые тугоплавкие представители.

Название металла	Температура плавления, оС	Температура кипения, оС
Золото, Au	1064.18	2856
Бериллий, Ве	1287	2471
Кобальт, Со

Источник: https://FB.ru/article/182368/naibolee-tugoplavkiy-metall-harakteristika-metallov

Тугоплавкие металлы – описание, изделия из тугоплавких Металлов — Портал о ломе, отходах и экологии

Определение “тугоплавкие металлы” не требует дополнительных пояснений в силу исчерпывающей информативности самого термина. Единственным нюансом остается пороговая температура плавления, после которой вещество можно считать тугоплавким.

Разногласия в критическом параметре

Одни источники устанавливают пороговую величину как 4000 F. В переводе на привычную шкалу это дает 2204 ⁰С. Согласно этому критерию, к жаропрочным относятся только пять элементов: вольфрам, ниобий, рений, тантал и молибден. Например, температура плавления вольфрама составляет 3422 ⁰С.

Видео – плавка вольфрама водородной горелкой

Другое утверждение позволяет расширить класс температуростойких материалов, поскольку принимает за точку отсчета температуру плавления железа – 1539 ⁰С. Это позволяет увеличить список еще на девять элементов, включив в него титан, ванадий, хром, иридий, цирконий, гафний, родий, рутений и осмий.

Существует еще несколько пороговых величин температуры, однако они не получили широкого распространения.

к содержанию ↑

Следует отметить, что тугоплавкие материалы не ограничиваются исключительно металлами. К этой категории относится ряд соединений – сплавы и легированные металлы, разработанных, чтобы улучшить определенные характеристики исходного материала. Относительно чистых элементов, можно привести наглядную таблицу степени их температурной устойчивости. Возглавляет ее самый тугоплавкий металл, известный на сегодня, – вольфрам с температурой плавления 3422 ⁰С. Такая осторожная формулировка связана с попытками выделить металлы, обладающие порогом расплава, превосходящим вольфрам. Поэтому вопрос, какой металл самый тугоплавкий, может в будущем получить совсем иное определение.

Пороговые величины остальных соединений приведены ниже:

Остается добавить еще один интересный факт, касающийся физических свойств жапропрочных элементов. Температура плавления некоторых из них чувствительная к чистоте материала. Ярким примером этому выступает хром, температура плавления которого может варьироваться от 1513 до 1920 ⁰С, в зависимости от химического состава примесей. Поэтому, данные интернет пространства часто разнятся точными цифрами, однако качественная составляющая от этого не страдает.

Хром в чистом виде

к содержанию ↑

Общие свойства жаропрочных материалов

Строение жаропрочных элементов также идентично, все они характеризуются объемно-центрированной кубической кристаллической решеткой. Для этой структуры характерно “охрупчивание”. Исключение составляет рений, обладающий гексагональной ячейкой. Переход в хрупкое состояние для каждого металла происходит при определенной температуре, регулирование которой достигается при помощи легирования.

Каждый тугоплавкий металл, по определению жаропрочный, однако не любой из них жаростойкий. Большинство тугоплавких металлов устойчивы к окислению и действию агрессивных сред: кислоты, щелочи; в обычных условиях. Однако, с повышением температуры до 400 ⁰С их активность аномально возрастает. Это требует создания определенных условий эксплуатации. Поэтому, изделия из тугоплавких металлов, при повышенных температурах использования, часто помещают в атмосферу инертных газов или добиваются степени разреженности воздуха до условий вакуума.

к содержанию ↑

Получение тугоплавких материалов

Восстановление триоксидом водорода. Процесс производится в несколько этапов, внутри многотрубных печей при 750 – 950 °С. Технология применима под порошки тугоплавких металлов: вольфрам и молибден.
Восстановлением водородом перрената. Схема реализуется в производстве металлического рения. Рабочие температуры составляют около 500 °С. Заключительная стадия предусматривает отмывание порошка от щелочи. Для этого последовательно используется горячая вода и раствор соляной кислоты.
Использование солей металлов. Технология развита для выделения молибдена. Основным сырьем выступает аммонийная соль металла и его металлический порошок, вводимый в смесь на уровне 5 – 15% от массы. Состав проходит термическую обработку 500 – 850 °С в проточном инертном газе. Восстановление металла проходит в атмосфере водорода при температурах 800 – 1000 °С.

Производство тугоплавких металлов – порошковая металлургия

Экскурсия на производство

к содержанию ↑

Применение тугоплавких материалов

Применение чистых жаропрочных металлов имеет приоритеты по ряду направлений:

сверхзвуковая авиация;

производство космических кораблей;

изготовление управляемых снарядов, ракет;

электронная и вакуумная техника.

Космическая промышленность

Электровакуумные радиолампы

Отдельно следует рассматривать тугоплавкий припой, поскольку он не включает металлов, имеющих высокие температуры плавления. Например, тугоплавкое олово не содержит порошки тугоплавких металлов. В качестве добавок тут используются медь, серебро, никель или магний.

Прокат из тугоплавких металлов достаточно широк по ассортименту и включает:

полосы обычные и для глубокой вытяжки;

проволоку и прутки.

Термоэлектродная проволока вольфрам-рениевая

к содержанию ↑

Видео – Вольфрам – 184

Тугоплавкие металлы: вольфрам, молибден, ниобий, тантал

Тугоплавкие металлы

Свойства тугоплавких металлов

Плотность металла колеблется в интервале от 6100 до 10000 кг/м³. По этому показателю выделяется только вольфрам. У него он равен 19000 кг/м³.
Температура плавления. Она превышает температуру плавления железа и колеблется от 1950 °С у ванадия до 3395 °С у вольфрама.
Удельная теплоёмкость у них незначительно отличается друг от друга и находится в пределах от 200 до 400 Дж/(кг-град).
Коэффициент теплопроводности сильно меняется от элемента к элементу. Если у ванадия он равен 31 Вт/(м-град), то у вольфрама он достигает величины в 188 Вт/(м-град).

Физические свойства тугоплавких металлов

Химические свойства также достаточно схожие:

Очень похожее строение атома.
Обладают высокой химической активностью. Это свойство определяет основные трудности при сохранении стабильности их соединений.
Прочность межатомных связей определяет высокую температуру плавления. Это обстоятельство объясняет высокую механическую прочность, твёрдость и электрические характеристики (в частности сопротивление).
Проявляют хорошую устойчивость при воздействии различных кислот.

К основным недостаткам тугоплавких металлов относятся:

Низкая коррозийная стойкость. Процесс окисления происходит достаточно быстро. Его разделяют на две последовательные стадии. Непосредственное взаимодействие металла с кислородом окружающего воздуха, что приводит к образованию оксидной плёнки. На второй стадии происходит процесс диффузии (проникновения) атомов кислорода через образовавшуюся оксидную плёнку.
Трудности со свариваемостью тугоплавких металлов. Это вызвано высокой химической активностью к окружающему воздуху при высоких температурах, хрупкостью при насыщении различными примесями. Кроме того, трудно определить точку перегрева и практически невозможно контролировать повышение предела текучести.
Трудности их получения использования в чистом виде без примесей.
Необходимость применения специальных покрытий от быстрого окисления. Для сплавов, основу которых составляет вольфрам и молибден, разработаны силицидные покрытия.
Трудности, связанные с механической обработкой. Для качественной обработки их сначала необходимо нагреть.

Производство тугоплавких металлов

На начальном этапе получают порошок металла.
Затем методами химического восстановления (обычно аммонийных солей или оксидов) выделяют требуемый металл. Такое выделение получается в результате воздействия на порошок водорода.
На завершающем этапе получают химическое соединение, называемое гексафторидом соответствующего металла, и уже из него сам металл.

Применение тугоплавких металлов

Вольфрам

Этот металл открыли в далёком 1781 г. Его температура плавления равна 3380 °С. Поэтому он на сегодняшний день является самым тугоплавким металлом. Получают вольфрам из специального порошка, подвергая его химической обработке. Этот процесс основан на прессовании с последующим спеканием при высоких температурах. Далее его подвергают ковке и волочению на станках. Это связано с его наибольшей тугоплавкостью. Так получают волокнистую структуру (проволоку). Она достаточно прочная и практически не ломается. На конечном этапе его раскатывают в виде тонких нитей или гибкой ленты. Для проведения механической обработки необходимо создать защитную среду из инертного газа. В этой среде температура должна превышать 400 °С. При температуре окружающей среды он приобретает свойства парамагнетика. Ему присущи следующие недостатки:

сложность в создании условий для механической обработки;
быстрое образование на поверхности оксидных плёнок. Если в контакте имеются серосодержащие вещества, образуются сульфидные плёнки;
создание хорошего электрического контакта между несколькими деталями возможно только при создании большого давление.

Вольфрам

Молибден

Ниобий

Тантал

Внешне имеет светло-серый цвет с небольшим голубоватым оттенком. Температура плавления близка к 3000 °С. Хорошо поддается основным видам обработки. Его можно ковать, прокатывать, производить волочение для изготовления проволоки. Эти операции не требуют значительного нагрева. Для удобства дальнейшего использования тантал изготавливают в форме фольги и тонких листов. Повышение температуры вызывает активное взаимодействие со всеми газами, кроме инертных – с ними никаких реакций не наблюдается.

Тантал

Из тантала производят внутренние элементы генераторных ламп (магнетронов и клистронов). Он активно используется при производстве пластин в электролитических конденсаторах. Очень удобен для изготовления пленочных резисторов. Активно применяется для изготовления так называемых лодочек в испарителях, в которых осуществляется термическое напыление различных материалов на тонкие пленки.

Рений

Был открыт позже всех из перечисленных ранее металлов. Он полностью оправдывает свое название «редкоземельный металл», потому что находится в небольших количествах в составе руды других металлов, таких как платина или медь. В основном его используют как легирующую добавку. Полученные сплавы приобретают хорошие характеристики прочности и ковкости. Это один из самых дорогих металлов, поэтому его применение приводит к резкому увеличению цены всего оборудования. Те не менее, его применяют в качестве катализатора.

Хром

Основными его свойствами являются:

Даже при нормальной температуре обладает почти идеальным антиферромагнитным упорядочением. Это придаёт ему отличные магнитные свойства.
По-разному реагирует на воздействие водорода и азота. В первом случае сохраняет свою прочность. Во втором, становится хрупким и полностью теряет все свои пластические свойства.
Обладает высокой устойчивостью против коррозии. Это происходит благодаря тому, что при взаимодействии с кислородом на поверхности образуется тонкая защитная плёнка. Она служит для защиты от дальнейшей коррозии.

Кристаллы хрома

Он используется в металлургической, химической, строительной индустриях. Хром, как легирующая добавка, обязательно используется для производства различных марок нержавеющей стали. Особое место занимает при изготовлении такого материала как нихром. Этот материал способен выдерживать очень высокие температуры. Поэтому его используют в различных нагревательных элементах. Хромом активно покрывают поверхности различных деталей (металла, дерева, кожи). Это процесс осуществляется с помощью гальваники.

Благодаря высокой теплостойкости его используют как огнеупорный материал для доменных печей. Каталитические свойства соединений хрома успешно используют при переработке углеводородов. Его добавляют при производстве магнитных лент наивысшего качества. Именно он обеспечивает низкий коэффициент шума и широкую полосу пропускания.

5 сфер применения + 4 свойства

Самый тугоплавкий металл: разбор понятия тугоплавкости + общие физические свойства элементов + 3 методики получения тугоплавких металлов + 7 популярных сфер применения + рейтинг тугоплавкости металлов.

В промышленности термин «тугоплавкий металл» весьма распространен. Благодаря физическим свойствам, группу веществ металлического типа ценят во всех металлургийных отраслях.

Да что там говорить, без открытия самого тугоплавкого металла наш мир не увидел бы лампочку в ее классическом виде еще десятки лет. В сегодняшней статье будут рассмотрены особенности тугоплавких металлов, их физические/химические свойства + области применения в различных областях промышленности и не только.

Что такое тугоплавкость металлов?

Суть термина должна быть ясна из самого словосочетания – это металлы, которые «туго» /тяжело плавятся. В большинстве научной и технической литературы, термин присваивается на основании минимальной температуры плавления химического элемента – от +2 200 градусов по Цельсию.

Важно: помимо основной пятерки тугоплавких металлов, преодолевающих отметку в 2 200, имеется и субподгруппа металлических веществ с температурой плавления в промежутке от 1 850 градусов до 2 2000.

Дополнительные химические элементы относятся к так называемой расширенной группе тугоплавких металлов – 9 веществ + 5 из основной группы. Существуют и другие металлы, у которых температура плавления входит в промежуток тугоплавких веществ, но они расположены в периодической системе за ураном (трансурановые).

В силу нестабильности изотопов + малого распространения по земной поверхности, трансурановые металлы не относят к группе тугоплавких.

Физические/химические свойства тугоплавких металлов:

если не брать в расчет углерод с осмием, температурные показатели для плавления у веществ не имеет конкурентов в таблице Менделеева;
высокий порог сопротивления к деформации вещества под постоянным воздействием давления механического типа (деформация ползучести). У обычных металлических элементов оговоренный порог начинается от 220 градусов, а у тугоплавких от 15000 градусов. Именно потому ковать железо куда проще, нежели изделие с ниобия или другого тугоплавкого вещества;
благодаря простоте вступления в реакции соединения с прочими химическими элементами, найти тугоплавкие металлы в чистом виде почти нереально;
на открытом воздухе тугоплавкие металлы окисляются очень медленно. Почти сразу на поверхности образовывается защитный слой в виде пленки;
при нагревании неплавких металлов, те становятся уязвимыми к коррозии. Повышается их хрупкость + теряется 50%+ свойств.

Физические свойства тугоплавких металлов сильно отличаются из-за их принадлежности к различным группам. Все 100% элементов – тугоплавкие, но только 25% из них можно отнести к жаростойким. Подобное различие обусловлено сменой физических свойств при нагревании химического элемента. Металл может стать подвержен действиям агрессивных сред, таких как щелочи и кислоты. Детальнее по каждому из тугоплавких металлов будет ниже.

Самый тугоплавкий металл: 5 элементов группы + добыча/применение материалов

Тугоплавкие металлы тяжелы в обработке, но как компонент в сплавах они незаменимы. В 21 веке тяжело представить отрасль металлургии или другое подразделение промышленности, где можно обойти стороной титан или другие химические элементы рассматриваемой группы.

10 самых крепких металлов в мире

1) Получение и применение тугоплавких металлов

Важнейшая проблема добычи тугоплавких металлов заключается в их химической активности, что препятствует сохранению элемента в его чистом представлении. Продуктом производства является металлический порошок, добывающейся в специальной установке.

В 2020 году все еще не имеется высокотехнологично метода добычи тугоплавких металлов в чистом виде. Химические вариации имеют существенные недостатки, которые отображаются на продуктивности производства и качестве конечного продукта. О методах добычи тугоплавких металлов расскажет таблица ниже.

Методика	Описание	Популярность (из 5 ★)
Восстановление через триоксид водорода	Многоэтапная технология производства металлического порошка, реализующаяся в многотрубных печах с постоянным поддержанием температурного режима на уровне 800-1000 градусов Цельсия. Наибольшее распространение способ добычи приобрел среди таких тугоплавких металлов как молибден и вольфрам.	★★★★★
Восстановление через водород перрената.	Алгоритм применяется в промышленном изготовлении рения. Температурный режим находится в пределах 480-520 градусов. На завершающем этапе производства происходит вымывание щелочи из стального порошка. Для этой цели применяется соляная кислота (раствор) + горячая вода.	★★★
Через металлические соли	Схема добычи используется при выделении тугоплавкого металла, молибдена. В качестве основы берется соль аммония элемента + его порошок. Второй добавляется на уровне 6%-16% от массы всей смеси. Полученный состав подвергается термообработке при температуре 550-900 градусов Цельсия в инертной среде. Далее, производится восстановление молибдена в водородной среде при режиме температуры в 820-980 градусов.	★★★★

Получаемый порошок, перерабатывают в проволоку, арматуру, жестяные листы или фольгу путем уплотнения через специализированные плавильные печи. Наряду с нагревательным элементом, в конструкциях имеется прессовальные компоненты, которые из-за влияния высокой температуры способны деформировать материал как душе угодно. И все это из-за уязвимости некоторых представителей тугоплавких металлов к совокупному воздействию температуры и воздуха.

В рамках нашего государства, одним из крупнейших производителей порошка тугоплавких металлов является металлургийный завод Унеча. Предприятие сравнительно молодое, но его объемы производства растут стабильно каждый квартал. Основная специализация – чистый вольфрам + его карбиды.

Сферы применения тугоплавких металлов:

как добавка в легированных сталях;
в электротехнике – электроды, нити накаливания и прочие мелочи, где нужна жаростойкость;
автомобилестроение. При производстве узлов зубчатого типа, валов, редукторов и прочих мелочей с высокими показателями прочности;
как элементы двигателей в авиационных системах сплавы сверхпрочных металлов крайне необходимы;
сопла ракет и реактивные двигатели постоянно подвергаются существенным температурным нагрузкам, из-за чего производство оговоренных деталей из жаростойких материалов крайне важно;
военная сфера РФ и всего мира использует тугоплавкие металлы как основу для разработки сплавов, выступающих элементами брони, снарядов, патронов и прочей военной техники/снаряжения;
фильтры, добавка в красителе и покрытие для огнестойкой одежды – эти и прочие мелочи как составная часть химической промышленности.

Не обошли тугоплавкие металлы и атомную энергетику. Трубы в ядерных реакторах, оболочки атомных электростанций и другие компоненты точек выработки электроэнергии при использовании термоустойчивых материалов становятся в разы безопаснее при ежедневном использовании со стороны человека.

2) ТОП-5 таблицы Менделеева из числа самых тугоплавких металлов

В данном разделе будет рассмотрена основная группа тугоплавких металлов, состоящих из 5 химических элементов. Расширенный вариант из +9 веществ – спорный вопрос, ибо пиковая температура плавления здесь ниже 2 200 градусов Цельсия, что накладывает на материалы существенные ограничения по областям применения в промышленности.

А) Рений (Re)

Распространенность	★★ (2.0 из 5.0)	Общая привлекательность в промышленности ★★★★★ 3.0
Стоимость	★★ (2.0 из 5.0)
Применение	★★★(3.0 из 5.0)

Тугоплавкий металл, расположенный в периодической системе на 75 позиции. Занимает второе место по тугоплавкости в мире. Если рассматривать вещество в стандартных условиях, мы увидим плотную структуру и серебристый цвет с беловатым отблеском. Происхождение самого названия идет с Германии, а именно реки, в пределах которой вещество было впервые обнаружено – Рейн.

Обратите внимание: Менделеев заранее предсказал появление рения в таблице. Тогда он его называл «тримарганец». Вывод ученого основывался на аналогии свойств в периодической системе.

Официальное открытие рения произошла в 1925 году, что делает металл одним из самых молодых не только в рамках тугоплавких, но и масштабах всей системы. Автором открытия стал химик-немец Нодлак. Первый образец чистого химического вещества получилось выделить только в 1928 году, и то на один грамм пришлось тратить 650+ килограмм молибденита.

Физические свойства	Химические свойства
Один их самых твердых материалов на земле (4 место). Плотность вещества составляет 21 грамм на кубический сантиметр.	Высокая устойчивость к составляющим воздуха при обычных условиях хранения/эксплуатации материала.
Температура плавления выше 3 200, а температура кипения выше 5 600 градусов Цельсия.	Умеренное окисление при температурах от 300 и сильное окисление при температуре от 600 градусов.
В чистом виде порошок рения обладает пластичностью, но после обработки показатели прочности резко идут вверх. Причина – большой модуль упругости вещества. Рений способен многократно выдерживать цикл нагрева-охлаждения без потери в крепости структуры.	Устойчивость к реакциям с азотными и водородными реагентами. Порошковый вид рения с водородом адсорбируется.
Удельное сопротивление металла выше его конкурентов по группе тугоплавких.	Во время нагревания вещества возможны реакции с кислотами на основе хлора и брома, но отношение к серной, соляной плавиковой кислотам инертное.

Рений считается одним из самых редких металлов (да и веществ) на нашей планете. Стоимость 1 килограмма чистого вещества начинается от 1 300 и заканчивается 12 000 долларами. Ценник растет по мере увеличения чистоты порошка. Основными точками производства и добычи является Чили, США и Россия. Общий запас рения на 2020 год – 13 000 тонн, что позволит удовлетворять спрос на металл еще на протяжении 150-200 лет.

Области применения рения:

как защитный слой против воздействия агрессивных сред. Хотя по сравнению с хромированием, покрытие из сплава рения будет куда дороже;
как составляющий компонент при изготовлении жаропрочных сплавов;
в ракетостроении – сопла двигателей и лопатки турбин;
в военной промышленности для создания сплавов в реактивные двигатели с высокими показателями эффективности;
как легирующая присадка;
как добавка в сплавах для изготовления деталей высокой точности;
из-за химической стойкости, рений применяется в покрытии внутренних частей емкостей для хранения агрессивных кислот.

В отношении биологических процессов и жизнедеятельности человеческого организма, то здесь рений не при делах. Металл хоть и принадлежит группе тугоплавких, его применение в промышленности не столь распространено из-за недостатка в объемах и высокой стоимости использования.

B) Тантал (Ta)

Распространенность	★★★ (3.0 из 5.0)	Общая привлекательность в промышленности ★★★★★ 3.5
Стоимость	★★★ (3.0 из 5.0)
Применение	★★★★ (4.0 из 5.0)

Тантал расположен на 73 позиции таблицы. В стандартных условиях – это очередной серебристо-белый металл без каких-либо внешних отличительных признаков. Иногда в оттенках тантала можно встретить голубоватый цвет, который появляется вследствие наложения оксидной пленки. Открытие металл произошло в 1802 году, химиком-шведом Экебергом, но выделить в чистом виде металл удалось только в 1844 году. Потому элемент и назвали «Тантал». Пластичная разновидность тантала впервые была выделена в 1903 году немцем Болтоном.

Физические свойства	Химические свойства
Плавится при температуре в 3000 градусов, а закипает при 5 500 градусах.	Окисление происходит только при температуре выше 280 градусов по Цельсию. Если речь о галогенах, то температурный порог – это 250 градусов.
Невзирая на высокую плотность чистого вещества – почти 17 грамм на сантиметр кубический, пластичность тантала сравнима с золотом.	При повышении температуры вещества входит в реакцию с С, В, Si, P, Se, Те и множеством других химических элементов.
Металл является газопоглотителем (геттером). При температурах свыше 800, может поглощать до 800 объемов входящего газового вещества.	В чистом виде металл проявляет устойчивость к влиянию щелочных металлов в жидком виде, кислотам органического происхождения и множеству других агрессивных сред.
Обладает парамагнитными свойствами.	По уровню устойчивости к реагентам, тантал сравнивают со стеклом.
При температуре ниже 4,5 Кельвина переходит в сверхпроводящее состояние.	Вещество нерастворимо в большинстве кислот/кислотных смесях.

Добыча тантала происходит из танталовых руд. Основные месторождения расположены на территории Франции, Египта и Таиланда. Общее процентное содержание тантала в коре земли составляет 2.5*10 в -4 степени. В зависимости от типа пород, его долевое содержание может колебаться в 3-20 раз. Один килограмм тантала обойдется на рынке металлов от 240 долларов. Если же человек приобрести элемент высокой чистоты (до 99.9%), ему придется выложить сумму в 4 000+ долларов.

Применение тантала в промышленности и обиходе:

составляющая антикоррозийных и жаропонижающих сплавов;
компонент деталей в коррозионно-устойчивой аппаратуре в химии – лабораторная посуда, фильтры, тигли и так далее;
пары цезия и расплавы менее всего влияют на тантал, что позволяет его использовать в теплообменниках систем ядерной энергетики;
как проволока в криотронах.

Последние несколько лет тантал стал появляться и в украшениях. Обусловлено это его оксидной пленкой радужной расцветки. Метод добычи тантала – хлорирование, углеродное восстановление или электрохимический расплав. На одну тонну тантала с чистотой выше 80% уходит 3000 тонн руды.

C) Ниобий (Nb)

Распространенность	★★★★(4.0 из 5.0)	Общая привлекательность в промышленности ★★★★★ 4.0
Стоимость	★★★★(4.0 из 5.0)
Применение	★★★★(4.0 из 5.0)

Элемент имеет 41 порядковый номер. Устаревшее название вещества – колумбий. Впервые металл открыли в 1801 году, выделив его из минерала колумбита. Вопросом занимался англичанин Хэтчет. Из-за сильной схожести свойств ниобия с танталом, его изначально считали за определенную разновидность второго. Свое нынешнее название элемент приобрел в 1844 году от немецкого химика Розе, который назвал металл в честь своей дочери.

Химические свойства ниобия:

не взаимодействует с кислотами соляного, ортофосфорного, серного и азотного типа;
может растворяться в едких щелочных растворах и серной кислоте при нагревании в 150+ градусов;
прокаливание в воздухе приводит к окислению до оксида ниобия, у которого имеется больше 10 модификаций.

Ниобий получают из комплексных руд в 3 этапа – вскрывается концентрат, распределение тантала и ниобия в смеси и рафинирование + восстановление элемента с его сплавами из полученной смеси. Основной промышленный метод производства – карботермический. У ниобия только один стабильный изотоп, все остальные – радиоактивны. Из этого вытекают физиологические особенности тугоплавкого металла – пыль раздражает кожу с глазами, токсичность, паралич конечностей при попадании в организм человека.

Области применения ниобия:

добавка в сплавы для изготовления деталей летательных аппаратов;
использование для легирования цветных металлов;
как часть сверхпроводящих элементов;
в изготовлении электролитических конденсаторов, имеющих высокие показатели удельной теплоемкости;
замена тантала в промышленности. Ниобий в дешевле и в 2 раза легче;
как добавка при чеканке коллекционных монет.

Основные месторождения ниобия расположены в США, Японии и Бразилии. На территории России ниобий добывают в пределах Кольских островов. Биологическая роль ниобия в настоящее время не исследуется, и для организма человека особой роли не имеет.

Сварка алюминия при помощи электрода

D) Молибден (Мо)

Распространенность	★★★★(4.0 из 5.0)	Общая привлекательность в промышленности ★★★★ 4.0
Стоимость	★★★★★ (5.0 из 5.0)
Применение	★★★★(4.0 из 5.0)

Впервые о молибдене мир услышал в 177 году от шведского химика Шееле. В чистом виде (металлический порошок), элемент был получен Берцелиусом в 1817 году через восстановление оксидом водорода. Массовая доля молибдена в земной коре составляет 3*10 в -4 степени. В чистом виде вещество найти не представляется возможным. Процентный рост элемента в породе растет пропорционально содержанию диоксида кремния. Вид молибдена в природе – молибдатная и сульфидная руды + еще 18 разновидностей минералов с незначительным процентным содержанием вещества.

Физические свойства	Химические свойства
Высокая твердость вещества – по шкале Мооса твердость составляет 4.5 балла.	Хорошая устойчивость чистого вещества при комнатной температуре.
Уровень мягкости металла обуславливается уровнем его чистоты.	Окисление при повышении температуры свыше 400 градусов, а при превышении отметки в 600 процесс ускоряется в 10 раз.
Низкий коэффициент теплового расширения.	Электропроницательность по шкале Полинга составляет 2.16.
Плавиться металл начинает при температуре больше 2600 градусов, а закипает при температуре в 4 650 градусов Цельсия.	5 разновидностей по степеням окисления – 2, 3, 4, 5 и 6.

Самые крупные месторождения молибдена расположены в США, Мексике и Чили. В отношении России, молибден выпускают на специализированном заводе в Сорске. Выделилась и Армения – ее запасы молибдена составляют 7% от общемировых. Особенность тугоплавкого металла состоит в его концентрации среди космических тел. В красных гигантах имеется порядка 10% чистого вещества.

Применение молибдена:

для легирования сталей в качестве жаропрочного и коррозионностойкого элемента;
в соединениях молибден выступает в качестве катализатора химических реакций;
используется с целью получения технеция-99, который используется в медицине с целью диагностики онкологических заболеваний;
космическая промышленность – компонент в зеркалах для лазеров газодинамического типа;
как нагревательный элемент в высокотемпературных печах сопротивления вакуумного типа;
держатели-крючки в лампочках накаливания делаются из низкопробного молибдена.

Биологическая роль молибдена в жизнедеятельности организма человека доказано в 1953 году. Элемент повышает действие антиокислителей, и является крайне важным веществом для нормального протекания процессов дыхания тканей. Недостаток молибдена в организме снижает защитные функции иммунной системы организма. Пыль из молибдена негативно влияет на дыхательные пути, вызывая неизлечимую болезнь – пневмокониоз.

Развернутое описание самого тугоплавкого металла в мире:

E) Вольфрам (W)

Распространенность	★★★★(4.0 из 5.0)	Общая привлекательность в промышленности ★★★★★ 4.5
Стоимость	★★★★ (4.0 из 5.0)
Применение	★★★★★ (5.0 из 5.0)

Переходим к лидеру тугоплавкости среди металлов – вольфраму. Более высокую температуру плавления имеет углерод, но он не относится к неметаллическим элементам. Происхождение названия элемента уходит корнями в 16 век, когда сопровождаемый оловянные руды вольфрам препятствовал нормальной выплавке олова, превращая его в шлаковую пену. Официальное открытие тугоплавкого металла приходится на 1783 год от имени двух братьев из Испании Элюар.

Физические особенности свойств вольфрама:

самый тугоплавкий материал в мире. Плавление наступает при достижении 3 400 по Цельсию, а кипение при 5 555 градусов;
один из самых плотных материалов на земле – 19.25 граммов на сантиметр кубический. По Бринеллю плотность составляет 488 килограмм на миллиметр квадратный;
имеет парамагнетические свойства;
в чистом виде хорошо поддается ковке. Материал можно вытянуть на специализированном оборудовании в тонкую нить или сделать сверхтонкую пластину.

В отношении химии, у вольфрама возможны валентности от 2 до 6. Наилучшие показатели устойчивости у шестивалентного. Материал обладает высокими антикоррозийными устройствами. В ряде напряжений вольфрам расположился сразу после водорода. Растворимость в соляной, низко концентрированной серной и плавиковой кислотах.

Применение вольфрама:

Рынок вольфрама в 2020 году предлагает за 1 килограмм самого тугоплавкого металла от 110 американских долларов. Если речь идет о низкопробном веществе, то можно надеяться на цену от 70 долларов. Биологической роли в организме человека вольфрам, сам по себе как элемент, не имеет.

ICMM • What are minerals and metals?

Считается, что существует более 4000 различных полезных ископаемых, многие из которых содержат металлы.

Руды представляют собой твердые, природные неорганические вещества, которые залегают в земной коре. Они образовались без вмешательства человека и имеют определенный химический состав и кристаллическую структуру.

Металлы представляют собой простые вещества (например, золото, серебро и медь), которые имеют кристаллическую структуру в твердом состоянии и содержатся в рудах. Для них часто характерны такие свойства, как хорошая электропроводность и теплопроводность, внешний блеск и ковкость. Металлы, которые мы видим в нашей повседневной жизни, производятся путем переработки металлических руд. Для этого, в большинстве случаев, требуются химические вещества и особые технологии.

Распространенные группы металлов

Металлы обычно делят на группы по свойствам или назначению. Названия этих групп не являются точными или научными, однако отражают общее назначение или свойства металлов:

Благородные металлы включают в себя золото, серебро и платину. Около 90 процентов всего золота добывается на золотых приисках. Остальные 10 процентов добываются как побочный продукт при добыче других металлов, таких как медь и никель. Благородные металлы обращаются на мировых рынках и имеют различное назначение — от ювелирных изделий и электронных компонентов до каталитических конвертеров в автомобилях.

Неблагородные металлы включают в себя менее дорогостоящие металлы, главным образом медь, свинец и цинк. В очищенном виде эти металлы обычно обращаются на мировых рынках в различных стандартных формах и размерах. Они представляют собой основные строительные материалы и используются повсюду в мире.

Черные металлы включают в себя металлы с высоким содержанием железа, которое входит во все виды стали. Железо на латыни имеет название ferrum, под которым этот металл известен нам из периодической таблицы Менделеева. К этой группе обычно относят такие металлы, как хром, кобальт, марганец и молибден, поскольку они преимущественно используются для улучшения свойств стали.

Цветные металлы включают в себя алюминий, медь, свинец, магний, никель, олово и цинк, и их основное назначение не связано с выплавкой стали. Обратите внимание, что некоторые из неблагородных металлов также относятся к этой группе, и поэтому выбор группы для классификации металлов зависит от контекста.

Редкоземельные металлы не настолько редко встречаются в земной коре, однако их добыча связана с определенными сложностями. К ним относятся скандий, иттрий, лантан и 14 элементов, следующих за лантаном в периодической таблице (лантанидов). Они повсеместно используются, хотя и в небольших объемах, в производстве стекла, керамики, глазури, магнитов, лазеров и телевизионных трубок, а также в переработке нефти.

Сплавы производятся путем смешивания двух или более металлов для получения нового уникального вещества, химические и физические свойства которого отличаются от свойств составляющих его компонентов. Свыше 90 процентов металлов на сегодняшний используются в сплавах.

Легирующие элементы обычно добавляются к чистым металлам для повышения их прочности или улучшения определенных свойств, таких как коррозионная стойкость, износостойкость и легкость в обработке. Растущие промышленные требования, такие как высокая тугоплавкость, повышенная прочность для использования в системах под давлением, усталостная прочность, легкий вес и упругость, а нередко их комбинации, лежат в основе разработки самых разнообразных сплавов.

Наиболее распространенные сплавы в широком смысле относятся к сталям, В эти изначально прочные сплавы железа и углерода добавляются другие вещества, которые дополнительно усиливают их долговечность и другие характеристики. Например, в автомобиле встречается более 10 различных стальных сплавов: в кузове, зубчатых передачах, тягах, коленчатых валах и клапанах и так далее.

Эксперты прогнозируют, что спрос на более энергоэффективные системы, информационные технологии и космические исследования станет основным движущим фактором разработки новых сплавов в этом столетии.

тугоплавких металлов | MetalTek

Когда очень жарко, кажется, что ваша энергия и силы просто истощаются. Металлы, используемые при высоких температурах, не могут позволить себе расслабиться с прохладным напитком. К счастью, есть металлы, которые продолжают работать, когда становится действительно жарко. Среди них тугоплавкие металлы.

Тугоплавкие металлы – это группа металлических элементов, обладающих высокой термостойкостью и износостойкостью. Принято считать, что вольфрам, молибден, ниобий, тантал и рений лучше всего подходят для большинства определений тугоплавких металлов.Эти элементы имеют общие ключевые определяющие свойства: каждый из них имеет температуру плавления выше 2000 ° C / 3632 ° F. Все они очень плотные, довольно устойчивы к коррозии в чистом виде, а их прочность превосходит другие металлы при экстремально высоких температурах. Тугоплавкие металлы широко используются в качестве легирующих элементов в сталях, нержавеющих сталях, жаропрочных сплавах и суперсплавах.

Несмотря на то, что они похожи по своим свойствам семейства, особенности различаются в зависимости от материала.

Вольфрам (первоначально названный Wolfram, отсюда и символ элемента «W») имеет самую высокую плотность и самую высокую температуру плавления среди всех металлов и является наиболее распространенным из тугоплавких металлов.Он часто используется там, где присутствуют высокие температуры, необходима прочность, а высокая плотность не является проблемой. Скорее всего, вы испытываете высокотемпературные свойства вольфрама всякий раз, когда включаете лампочку накаливания. Нити в большинстве этих ламп сделаны из вольфрама.

Другие высокотемпературные области применения включают ракетные сопла и легирующие добавки для жаропрочных и суперсплавов. Из-за высокой плотности его также используют для балансировки самолетов и вертолетов, головок клюшек для гольфа.

Чаще используется и экономичнее молибден . Он используется в качестве добавки к стали, упрочняющего твердый раствор, и повышает стойкость к точечной коррозии, делая нержавеющие стали более стойкими к коррозии в морской воде. «Moly» обычно используется в конструкционных трубах и трубопроводах, компонентах ракет и ракетных двигателей, а также в производстве управляющих стержней ядерных реакторов.

Ниобий (ранее колумбий) является наименее плотным из пяти тугоплавких металлов и может обеспечивать широкий диапазон прочности и эластичности.Поскольку он окисляется при температурах выше примерно
400 ° C / 726 ° F, используется защитное покрытие, чтобы избежать потери металла и его хрупкости. Некоторые сплавы, содержащие ниобий, используются в турбинах самолетов и в экстремальных температурных условиях, таких как компоненты дожигателя.

Тантал также обладает высокими антикоррозийными свойствами и может использоваться в медицинских и хирургических областях и в жестких кислых средах. У вас есть тантал в составе вашего мобильного телефона или компьютера.

Наконец, рений считается весьма желательным в качестве легирующей добавки с другими тугоплавкими металлами.Вольфрам-рениевые сплавы обладают самой высокой температурной стойкостью из всех металлов; комбинация резко увеличивает пластичность и прочность на разрыв. Рений находит применение в ядерных реакторах, миниатюрных ракетах и других коммерческих и аэрокосмических приложениях.

Хотя лимонад может помочь восстановить силы в такие жаркие дни, он не очень хороший легирующий агент. Для этого у нас есть такие материалы, как тугоплавкие металлы.

Огнеупорный металл – обзор

5.1 Введение

Исследования и разработки силицидов тугоплавких металлов в целом и силицидов молибдена в частности обусловлены требованиями более высоких рабочих температур в диапазоне 1100–1400 ° C для компонентов газовых турбин в реактивных двигателях и др. аэрокосмические приложения. Кроме того, существует несколько других существующих или потенциальных применений, включая нагревательные элементы в высокотемпературных печах, фурмы для расплавленного металла и свечи накаливания дизельных двигателей [1].Основными требованиями для таких применений являются высокие температуры плавления, сохранение прочности при повышенных температурах, сопротивление ползучести и окислению, а также разумная пластичность и вязкость разрушения в температурном диапазоне применения. Конечно, также желательно, чтобы материал обладал достаточной пластичностью и вязкостью разрушения при комнатной температуре.

Обычно силициды Mo, Nb, W, Ti и Cr имеют температуры плавления около 2000 ° C или выше. Основываясь на обзоре структуры и свойств, Мештер и Шварц [1] показали, что MoSi ₂ и Ti ₅ Si ₃ являются наиболее перспективными среди всех бинарных силицидов для структурных приложений при повышенных температурах.Кроме того, MoSi ₂ получил большее внимание из-за его выдающейся стойкости к окислению в диапазоне от 700 ° C до 1700 ° C, а его удельное электрическое сопротивление увеличивается с температурой, что делает его идеальным для использования в качестве «суперкантального» нагревательного элемента в воздухе. или окислительные печи. Первый патент, связанный с разработкой сплавов MoSi ₂ и Mo (Si, Al) ₂ для использования в нагревательных элементах, принадлежит Kieffer et al. [2] Действительно, первое коммерческое применение нагревательных элементов на основе MoSi ₂ было запатентовано в 1956 году Kanthal [3].

Хронологию всех исторических событий, связанных с исследованиями и разработками MoSi ₂, начиная с его изобретения в 1907 году, можно найти в более раннем обзоре Васудевана и Петровича [4]. Идея разработать MoSi ₂ в качестве конструкционного материала, по-видимому, зародилась в начале 1950-х годов и принадлежит Максвеллу [5]. Для несущих нагрузок структурная целостность и сохранение прочности при повышенных температурах так же важны, как и устойчивость к разрушению окружающей среды.Первоначальные исследования механических свойств, проведенные Максвеллом, определили хрупкость при комнатной температуре и низкую вязкость разрушения как основные недостатки MoSi ₂, о которых необходимо позаботиться для широко распространенных структурных приложений. Хотя до 1970-х годов интерес к хрупким материалам был незначительным, все же можно найти работу Фитцера [6] о покрытиях MoSi ₂ и Mo ₅ Si ₃ и Новотны. по расчетам фазовой диаграммы [7].Интерес резко возрос в конце 1980-х годов после того, как сообщалось о значительном улучшении вязкости разрушения за счет дисперсии пластичной арматуры из Nb-проволоки [8]. Среди интерметаллидов на основе силицидов, MoSi ₂ и Ti ₅ Si ₃ были показаны как наиболее перспективные для структурных приложений в обзоре этого класса материалов, проведенном Мештером и Шварцем [9]. Помимо MoSi ₂, Mo ₅ Si ₃ и многофазных тройных или четверных сплавов, содержащих бор в качестве легирующего элемента, также вызвали значительный интерес за последнее десятилетие [10–13].Интерес к сплавам Mo-Si-B значительно вырос после того, как Беркзик [11] получил патент на семейство тугоплавких тройных сплавов на основе Mo-Si (1,6–15,2 ат.%) – B (0–39,4 ат.%), Которые показал впечатляющую стойкость к окислению. Кроме того, имеются обзоры [13–15] по разработке сплавов Mo-Si-B с акцентом на состав и обработку, эволюцию микроструктуры, физико-механические свойства и поведение при окислении.

Основные цели исследований силицидов молибдена для применения в конструкциях при повышенных температурах включают разработку материалов со следующими свойствами: (i) температура плавления ≥ 2000 ° C, (ii) плотность предпочтительно меньше, чем у используемых в настоящее время сплавов, (iii ) BDTT как можно ниже, (iv) вязкость разрушения при комнатной температуре ≥ 15.0 МПа√м, и (v) впечатляющая стойкость к окислению при возможных температурах воздействия. В таблице 5.1 представлена информация о некоторых основных физических, механических и окислительных свойствах различных силицидов Mo, которые были исследованы в прошлом.

Таблица 5.1. Данные о свойствах силицидов Mo, которые имеют решающее значение для приложений

Силициды	Точки плавления (° C)	Плотность (г / куб.см)	Модуль Юнга (ГПа)	BDTT (° C)	Вязкость разрушения (МПа√м)	Комментарии по стойкости к окислению
MoSi ₂	2020	6.24	439,7 [16–18]	SC, RT [19] Poly, 1100–1300 [20]	SC, 1,9–4 [21] Poly, 2,5–4 [22–26]	Надежный , 700–1700 ° C [27] Заражение [28]
Mo ₅ Si ₃	2180	8,24	323 [29]	SC, 1250 [30]	SC, 2–2,5 [31] Поли, 2,9 [32]	Плохое заражение [33]
Mo ₃ Si	2025	8.9	295 [34]	Poly, 1400 [35]	Poly, 3,0 [35]	Ожидается, что плохой результат
Mo ₅ SiB ₂	2160–2200	8,8	383 [29]	SC, 1500 [36]	SC, 2,0 [36]	Хорошо [37]
Mo (Si, Al) ₂		6,2	370,7 [38]	SC, 1100 [39]	Нет в наличии	Хорошо [40]

«SC» – это сокращение от монокристалла, а «поли» – для поликристалла.

Механическое поведение сплавов на основе силицида молибдена зависит от множества факторов: (а) кристаллической структуры, которая влияет на типы ближайших соседних атомов и их системы связи и вероятного скольжения; (б) методы обработки; (c) микроструктурные особенности, включая размер зерна, структурные дефекты и включения на основе оксидов и примесей; (d) легирующие добавки, которые влияют на кристаллическую структуру, природу межатомных связей и микроструктуру; и (e) объемная доля, распределение и морфология хрупкой или пластичной и непрерывной или прерывистой арматуры.Монокристаллы MoSi ₂ с осью напряжений вдоль выбранных мягких ориентаций показали доказательства пластической деформации при отрицательных или комнатных температурах [16]. Однако поликристаллический MoSi ₂ оказался хрупким при температурах ≤ 1000 ° C из-за необходимости наличия пяти независимых систем скольжения для пластической деформации поликристаллических материалов. Более того, плохая симметрия кристалла приводит к тому, что величина возможных векторов Бюргерса дислокаций становится большой, тем самым увеличивая как их собственную энергию, так и силу, необходимую для их движения.Окислительное поведение силицидов молибдена зависит в первую очередь от состава сплава и условий воздействия. При заданной температуре окислительное поведение зависит от характеристик оксидной окалины наиболее активных частиц, которая может быть либо самовосстанавливающейся и защищать ее от дальнейшего окисления, либо быть пористой, допускающей проникновение кислорода из воздуха.

Эта глава иллюстрирует основы, касающиеся фазовых равновесий и структур интерметаллидов на основе силицида молибдена; конкретные методики обработки; механические свойства, включая вязкость разрушения, предел текучести при изгибе и сжатии, впечатляющие характеристики ползучести при сжатии и растяжении; а также стойкость к окислению в различных температурных режимах.В этой главе представлена сравнительная оценка свойств, взаимосвязей между структурой и свойствами, а также механизмов деформации и окисления.

тугоплавкие металлы и сплавы | Американские элементы | Продукция

Огнеупорные металлы и их сплавы представляют собой особый класс материалов с исключительно высокими температурами плавления и устойчивостью к коррозии, износу и истиранию, термическому удару и деформации ползучести. В дополнение к их температурам плавления (более 2200 ° C) эти металлы обладают превосходной прочностью на разрыв, твердостью и плотностью, а также электрически и теплопроводными, что делает их идеальными материалами для исключительно высоких температур и сложных условий.

Основными тугоплавкими металлами являются ниобий, вольфрам, тантал, молибден и рений в чистых металлических или легированных формах. Другие металлы, которые иногда считаются тугоплавкими, – это гафний, цирконий и иридий.

Уникальные свойства тугоплавких металлов являются ключевыми для множества промышленных применений и оборудования. Примеры включают оборудование для выращивания кристаллов, такое как тигли и печи, детали аэрокосмических и реактивных двигателей, ядерные реакторы, компоненты микроэлектроники, такие как конденсаторы и нити, стоматологические и биомедицинские имплантаты, оборудование для диагностической визуализации и радиологии, а также оборудование для металлургии, химической обработки и нефти и газа. производство.

Тугоплавкие металлы, как известно, трудно обрабатывать из-за их физических свойств. Инженеры American Elements являются экспертами в производстве высококачественных прецизионных огнеупорных компонентов и могут дать рекомендации по выбору материалов. Наши обширные производственные возможности включают литье, экструзию, резку, горячее прессование, спекание, вакуумно-дуговую или электронно-лучевую плавку, ружейное сверление и механическую обработку, термообработку, зонное измельчение и отжиг. Формы включают трубы, проволоку, пруток и пруток, фольгу, листы и пластины, ленты и полосы, слитки, тигли и нестандартные детали как стандартных, так и индивидуальных размеров и допусков.

Мы также предлагаем контрактную упаковку, услуги химической обработки по индивидуальному заказу и индивидуальное распыление сплавов. Все тугоплавкие металлы и сплавы проходят тщательную проверку и испытания на соответствие стандартам ASTM, ASME и AWS.

Ниже представлена лишь небольшая часть нашего обширного каталога продукции из специальных тугоплавких металлов и сплавов. Свяжитесь со специалистом по тугоплавким металлам American Elements по адресу [email protected], чтобы обсудить ваши уникальные требования.

Узнайте о тугоплавких металлах

Термин «тугоплавкий металл» используется для описания группы металлических элементов, которые имеют исключительно высокие температуры плавления и устойчивы к износу, коррозии и деформации.

В промышленности термин тугоплавкий металл чаще всего относится к пяти наиболее часто используемым элементам:

Однако более широкие определения также включали менее часто используемые металлы:

Характеристики

Отличительной чертой тугоплавких металлов является их термостойкость. Все пять промышленных тугоплавких металлов имеют температуру плавления выше 3632 ° F (2000 ° C).

Прочность тугоплавких металлов при высоких температурах в сочетании с их твердостью делает их идеальными для режущих и сверлильных инструментов.

Тугоплавкие металлы также очень устойчивы к тепловому удару, а это означает, что повторное нагревание и охлаждение нелегко вызвать расширение, напряжение и растрескивание.

Все металлы имеют высокую плотность (они тяжелые), а также хорошие электрические и теплопроводные свойства.

Еще одним важным свойством является их сопротивление ползучести, склонность металлов к медленной деформации под действием напряжения.

Благодаря своей способности образовывать защитный слой тугоплавкие металлы также устойчивы к коррозии, хотя они легко окисляются при высоких температурах.

Огнеупорные металлы и порошковая металлургия

Из-за их высоких температур плавления и твердости тугоплавкие металлы чаще всего обрабатываются в виде порошка и никогда не производятся путем литья.

Металлические порошки изготавливаются определенного размера и формы, затем смешиваются для создания правильного сочетания свойств перед уплотнением и спеканием.

Спекание включает нагрев металлического порошка (в форме) в течение длительного периода времени. Под действием тепла частицы порошка начинают связываться, образуя твердую деталь.

Спекание может связывать металлы при температурах ниже их точки плавления, что является значительным преимуществом при работе с тугоплавкими металлами.

Карбидные порошки

Одно из первых применений многих тугоплавких металлов возникло в начале 20 века с разработкой цементированных карбидов.

Widia , первый коммерчески доступный карбид вольфрама, был разработан Osram Company (Германия) и поступил на рынок в 1926 году. Это привело к дальнейшим испытаниям с такими же твердыми и износостойкими металлами, что в конечном итоге привело к разработке современных спеченных карбидов.

Для изделий из карбидных материалов часто используются смеси различных порошков. Этот процесс смешивания позволяет привнести полезные свойства из разных металлов, тем самым создавая материалы, превосходящие то, что можно было бы создать из отдельного металла. Например, исходный порошок Widia состоял на 5-15% из кобальта.

Примечание. Подробнее о свойствах тугоплавких металлов см. В таблице внизу страницы.

Приложения

Сплавы и карбиды на основе тугоплавких металлов используются практически во всех основных отраслях промышленности, включая электронику, аэрокосмическую, автомобильную, химическую, горнодобывающую промышленность, ядерные технологии, обработку металлов и протезирование.

Следующий список конечного использования тугоплавких металлов был составлен Ассоциацией тугоплавких металлов:

Металлический вольфрам

Нить накаливания, люминесцентные и автомобильные лампы
Аноды и мишени для рентгеновских трубок
Полупроводник поддерживает
Электроды для дуговой сварки в инертном газе
Катоды большой емкости
Электроды для ксенона ламповые
Автомобильные системы зажигания
Сопла ракетные
Излучатели электронные ламповые
Тигли для переработки урана
Нагревательные элементы и радиационные экраны
Легирующие элементы в сталях и суперсплавах
Армирование металломатричных композитов
Катализаторы химических и нефтехимических процессов
Смазочные материалы

молибден

Легирующие добавки в чугун, сталь, нержавеющую сталь, инструментальные стали и суперсплавы на основе никеля
Шлифовальные шпиндели высокоточные
Распылительная металлизация
Плашки для литья под давлением
Детали ракет и ракетных двигателей
Электроды и стержни для перемешивания в производстве стекла
Нагревательные элементы электропечи, лодки, тепловые экраны и футеровка глушителя
Насосы, желоба, клапаны, мешалки и термопары для рафинирования цинка
Производство стержней управления ядерными реакторами
Электроды переключатели
Опоры и подложки для транзисторов и выпрямителей
Нити накаливания и опорные тросы для автомобильных фар
Геттеры для вакуумных трубок
Юбки, конусы и тепловые экраны ракет
Компоненты ракет
Сверхпроводники
Химико-технологическое оборудование
Теплозащитные экраны в высокотемпературных вакуумных печах
Легирующие добавки в ферросплавы и сверхпроводники

Карбид вольфрама цементированный

Карбид вольфрама цементированный
Инструмент режущий для обработки металлов
Оборудование для атомной энергетики
Инструмент для горного и нефтяного бурения
Плашки формовочные
Валки для формовки металла
Нитенаправители

Вольфрамовый тяжелый металл

Втулки
Седла клапана
Лезвия для резки твердых и абразивных материалов
Наконечники для шариковой ручки
Пилы и сверла по камню
Хэви-метал
Щиты радиационные
Противовесы самолетов
Противовес для часов с автоподзаводом
Механизмы балансировки аэрофотоаппарата
Противовесы лопасти несущего винта вертолета
Золотые вставки для булав
Корпуса дротиков
Взрыватели вооружения
Гашение колебаний
Военная артиллерия
Пулизы для дробовика

Тантал

Конденсаторы электролитические
Теплообменники
Байонетные нагреватели
Колодцы для термометров
Нити для вакуумных трубок
Химико-технологическое оборудование
Комплектующие для высокотемпературных печей
Тигли для работы с жидким металлом и сплавами
Режущий инструмент
Компоненты авиационно-космических двигателей
Хирургические имплантаты
Добавка в суперсплавы

Физические свойства тугоплавких металлов

Тип	Блок	Пн	Ta	Nb	Вт	Правый	Zr
Типичная коммерческая чистота		99.95%	99,9%	99,9%	99,95%	99,0%	99,0%
Плотность	см / куб.см	10,22	16,6	8,57	19,3	21,03	6,53
	фунтов / дюйм ²	0,369	0,60	0,310	0,697	0,760	0,236
Точка плавления	по Цельсию	2623	3017	2477	3422	3180	1852
	° F	4753.4	5463	5463	6191,6	5756	3370
Температура кипения	по Цельсию	4612	5425	4744	5644	5627	4377
	° F	8355	9797	8571	10211	10 160,6	7911
Типичная твердость	DPH (Виккерс)	230	200	130	310	–	150
Теплопроводность (при 20 ° C)	кал / см ² / см ° C / сек	–	0.13	0,126	0,397	0,17	–
Коэффициент теплового расширения	° C x 10 ^-6	4,9	6,5	7,1	4,3	6,6	–
Удельное электрическое сопротивление	Микроом-см	5,7	13,5	14,1	5,5	19,1	40
Электропроводность	% МАКО	34	13.9	13,2	31	9,3	–
Предел прочности (KSI)	Окружающий	120-200	35-70	30-50	100-500	200	–
	500 ° С	35-85	25-45	20-40	100-300	134	–
	1000 ° С	20-30	13-17	5-15	50-75	68	–
Минимальное удлинение (калибр 1 дюйм)	Окружающий	45	27	15	59	67	–
Модуль упругости	500 ° С	41	25	13	55	55
	1000 ° С	39	22	11.5	50	–	–

Источник: http://www.edfagan.com

Объяснение

тугоплавких металлов | Нажмите для получения дополнительной информации

Тугоплавкие металлы – это группа специальных элементов или сплавов, которые имеют очень высокую температуру плавления, а также устойчивы к коррозии, износу и деформации. Они имеют несколько применений, подходящих для различных отраслей промышленности, включая теплообменники, носители заряда, конденсаторы, реактивные двигатели и многое другое.

Вольфрам, тантал, ниобий, молибден и рений являются примерами тугоплавких металлов, и все они обладают устойчивостью к деформации, что делает их идеальными для режущих и сверлильных инструментов. Кроме того, эти металлы можно использовать в качестве осветительных приборов, ядерных реакций и катализаторов химических или электрических реакций.

Но что делает тугоплавкие металлы такими особенными?

Прочность при высоких температурах

Тугоплавкие металлы жаропрочные.Их высокая температура плавления позволяет им хорошо проводить тепло, что делает их идеальными для отраслей, где требуются металлы, которые должны выдерживать экстремальные температуры. Помимо температуры, превышающей 2000 ° C, тугоплавкие металлы могут выдерживать высокое давление и удары, поэтому они служат дольше, чем другие металлы!

Устойчивость к тепловому удару

Вам нужен металл, который не расширяется? Вам подойдут тугоплавкие металлы. Эти металлы не растрескиваются под высоким давлением или высокой температурой.Это связано с их особенно высокими температурами плавления, что делает их полезными для таких вещей, как нагревательные элементы и медицинские детали. Металл. Например, молибден – тугоплавкий металл, очень твердый и чистый, его температура плавления составляет 2620 ° C. Этот металл обладает высокой теплопроводностью, поэтому его используют для изготовления деталей авиакосмической отрасли!

Высокая плотность

Специальные металлы, такие как вольфрам, являются хорошими электрическими и нагревательными проводниками. Это связано с тем, что металл имеет высокую плотность (оказывается очень тяжелым) и достаточно силен, чтобы эффективно переносить токи.Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления из всех тугоплавких металлов, что делает его очень прочным и высокопрочным. Эти металлы могут быть эффективными для изготовления мишеней для рентгеновского излучения, потому что они надежны и обладают способностью выдерживать нагрев до определенной степени.

Сопротивление деформации

Часто металлы имеют тенденцию к «ползучести», то есть деформации, когда они подвергаются нагрузкам и экстремальным температурам. Однако тугоплавкие металлы устойчивы к такому давлению, а это означает, что они с меньшей вероятностью изменят форму после нагрева.Устойчивость к деформации делает их полезными для деталей печи, сохраняя свою структуру в течение более длительных периодов времени.

Устойчивость к коррозии

Все ли металлы подвержены коррозии? Хотя это действительно так, тугоплавкие металлы бывают разными. Они состоят из нескольких элементов, что приводит к добавлению защитного слоя – благодаря сочетанию этих свойств они обладают большей стойкостью, чем отдельные элементы! При высоких температурах тугоплавкие металлы могут легко окисляться, то есть химически соединяться с кислородом.

Производство специальных металлов

Ищете жаростойкий металл? В Special Metals Fabrication у нас есть идеальное решение для вас. Тугоплавкие металлы, которые у нас есть, включают молибден, цирконий и тантал – все они очень износостойкие, когда дело касается коррозии и проводимости!

Итак, если вам нужен металл, подходящий для медицинского оборудования, электроники (компьютеры / мобильные телефоны) или ламп накаливания, у Special Metals Fabrication есть именно то, что вы ищете! Чтобы связаться с нами по поводу наших тугоплавких металлов, позвоните нам по телефону 01268 820409 или 01268 280665.Вы также можете написать нам по адресу [email protected].

Получите БЕСПЛАТНУЮ ЦЕНУ НА ЖЕ ДЕНЬ сегодня!

Размещено: 14 февраля, 2017

Свойства тугоплавких металлов | Что делает тугоплавкие металлы уникальными?

Свойства тугоплавких металлов | Что делает тугоплавкие металлы такими уникальными?

Просмотры сообщений: 1,600

Тугоплавкие металлы в основном включают вольфрам, тантал, молибден, ниобий, гафний, хром, ванадий, цирконий и титан.На самом деле температура плавления рения также чрезвычайно высока, но его запасы слишком редки, чаще всего используются в деталях реактивного двигателя из жаропрочных сплавов. Среди них наиболее распространенными тугоплавкими металлами являются вольфрам, тантал, молибден, ниобий. В этой статье мы рассмотрим эти четыре часто используемых свойства тугоплавких металлов .

Свойства тугоплавких металлов

Свойства тугоплавких металлов – 1. Вольфрам

Он имеет самую высокую температуру плавления среди обычно используемых тугоплавких металлов, достигая 3410 ± 20 ℃ .Он серебристо-белый и похож на сталь. Вольфрам не только твердый, но и химически устойчивый. Большинство кислот и оснований лишь незначительно влияют на вольфрам. Водород, вода или разбавленные кислоты не действуют на вольфрам. Коррозия возникает только в горячей царской водке и смеси плавиковой и азотной кислот в соотношении 1: 1.

Вольфрам

Вольфрам имеет высокую твердость и температуру плавления, поэтому его трудно обрабатывать. Однако сварка вольфрама в виде чешуек или нитей относительно проста.Поэтому в вакуумных системах вольфрам часто используется для изготовления электронно-эмиссионных нитей, катодов рентгеновских трубок, пружинных элементов, высокотемпературных термопар, печных испарителей и сварочных электродов.

Свойства тугоплавких металлов – 2. Тантал

Тантал – легкий, высокопрочный тугоплавкий металл с температурой плавления 2996 ° C . В химическом отношении тантал обладает очень хорошей коррозионной стойкостью. Он не реагирует с царской водкой, хромовой кислотой, азотной кислотой, серной кислотой и соляной кислотой в горячих и холодных условиях, но растворим во фтористоводородной кислоте, растворе фторида и щавелевой кислоте.

Тантал

В то же время он может соединяться с водородом с образованием гидридов, нарушая свойства металлов и вызывая хрупкость. Кроме того, тантал обладает значительной геттерирующей способностью для активных газов и может поглощать большую часть остаточных газов в вакуумной системе, за исключением инертных газов.

Свойства тугоплавких металлов – 3. Молибден

Молибден – тугоплавкий металл с высокой твердостью, немагнитными и стабильными химическими свойствами.Его температура плавления 2620 ° C . При высоких температурах молибден будет медленно окисляться при 520 ° C , а быстрое окисление начнется при температуре выше 600 ° C . При нормальной или не слишком высокой температуре молибден устойчив на воздухе или в воде.

Молибден

Что касается коррозионной стойкости, молибден подвергается коррозии только горячим разбавленным раствором соляной кислоты и смесью плавиковой и азотной кислот 1: 1 .В условиях вакуума молибден подвергают термообработке или добавляют ниобий для повышения прочности на разрыв.

Свойства тугоплавких металлов – 4. Ниобий

Ниобий имеет температуру плавления 2468 ° C и представляет собой тугоплавкий металл с высокой прочностью и малым удельным весом. Ниобий имеет различные свойства, аналогичные танталу , но он имеет низкую температуру плавления и более высокое давление пара, чем тантал, поэтому он редко используется в качестве эмиттера горячих электронов.Из-за его сильного сродства ниобий может использоваться как геттер, особенно высокотемпературный геттер.

Ниобий

В вакуумных системах он также может использоваться как конструкционный материал. Он также обычно используется при электросварке или электронно-лучевой сварке. Его добавляют в некоторые нержавеющие стали в качестве добавки для предотвращения межкристаллитной коррозии, вызванной углеродом. Кроме того, этот тугоплавкий металл также можно увидеть в нагревательном элементе и тепловом экране нагревательного устройства в вакуумном оборудовании.

Заключение

Спасибо, что прочитали нашу статью, и надеемся, что она вам понравилась. Если вы хотите узнать больше о тугоплавких и тугоплавких металлах, , вы можете посетить Advanced Refractory Metals (ARM) для получения дополнительной информации. Мы поставляем высококачественные тугоплавкие металлы для удовлетворения потребностей наших клиентов в исследованиях, разработках и производстве.

Каковы преимущества использования тугоплавких металлов?

Тугоплавкие металлы – это классификация металлических элементов, обладающих свойствами, которые делают их более прочными и эластичными, чем другие стандартные металлы.Хотя определение этого термина немного различается, одной из определяющих характеристик тугоплавких металлов является их чрезвычайно высокая температура плавления. Обычно термин «тугоплавкие металлы» применяется ко всем металлам, имеющим температуру плавления выше 3630 ° F (2000 ° C).

Металлы, обычно включаемые в эту классификацию, – это ниобий, тантал, вольфрам, молибден и рений. Более широкие определения также включают металлы с температурой плавления выше 3362 ° F (1850 ° C) и включают: хром, цирконий, ванадий, титан, родий, гафний, рутений, осмий и иридий.

Помимо высоких температур плавления тугоплавкие металлы также обладают рядом дополнительных преимуществ, таких как высокая коррозионная стойкость, отличная теплопроводность и электропроводность, высокая твердость при комнатной температуре, низкая теплоемкость и исключительная устойчивость к деформации. (Чтобы узнать больше об определении твердости этих и других материалов, прочтите 5 способов измерения твердости материалов.)

Из-за своих желаемых характеристик тугоплавкие металлы обычно сплавлены с другими металлами для получения множества агрессивных, требовательных и высокопроизводительных Приложения.Например, вольфрам, который имеет самую высокую температуру плавления из всех тугоплавких металлов, полезен в приложениях, где требуется устойчивость к высоким температурам.

Нити из вольфрамовой проволоки используются в большинстве бытовых осветительных приборов и промышленных дуговых ламп. Этот металл также используется при дуговой сварке вольфрамовым электродом (GTAW) (также известной как сварка вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG)) для изготовления постоянных неплавящихся электродов. Вольфрам и молибден также имеют относительно низкую теплоемкость и обладают высокой устойчивостью к расплавленному стеклу и кварцу, что делает их идеальными для изготовления штампов печей, оправок, салазок и опор.

Еще одним важным преимуществом тугоплавких металлов является их способность улучшать механические и химические свойства металлических сплавов. Тантал, один из наиболее стойких к коррозии тугоплавких металлов, можно комбинировать с другими металлами, чтобы значительно улучшить коррозионную стойкость получаемого сплава. Многие инструменты в медицинской и хирургической областях должны быть гигиеничными, износостойкими и всегда свободными от загрязнений. Таким образом, металлические сплавы с относительно небольшим количеством тантала (а также хрома) предпочтительны из-за их коррозионной стойкости в кислой среде.

Инертность тантала и других тугоплавких металлов также имеет решающее значение в медицинском секторе из-за их химической инертности и биосовместимости, то есть эти металлы не производят токсичных продуктов и не вызывают неблагоприятных иммунологических реакций при воздействии жидкостей организма.

Другие полезные свойства тугоплавких металлов (твердость, сопротивление деформации, электропроводность и т.