Топ-10 рефрактарных металлов сегодня: долговечные высокотемпературные решения

Топ-10 распространенных рефрактарных металлов, доступных сейчас

“Рефрактарный металл” — термин для группы металлов с исключительно высокими температурами плавления, устойчивыми к износу, коррозии и деформации. В этой статье рассмотрим топ-10 распространенных рефрактарных металлов на рынке.

1. Вольфрам

История вольфрама

История прослеживается до XVII века. Шахтеры в горах Эльззаксы, Германия, заметили, что некоторые руды мешают восстановлению касситерита, давая слюду. Прозвища: «вольферт», «вольфрам». В 1783 братья Де Люяр извлекли вольфрамовистую кислоту из вольфрамита и впервые получили вольфрамовый порошок восстановлением триоксида углеродом.

Свойства и применения вольфрама

Температура плавления вольфрама — высшая среди металлов. Плотность (19,3 г/см³) близка к золоту, твердость очень высока. Карбид вольфрама по твердости близок к алмазу. Также: хорошая электрическая и термическая проводимость, малый коэффициент расширения. Широко используется в сплавах, электронике, химии, где карбид вольфрама — крупнейший потребитель.

2. Молибден

История молибдена

Хотя молибден открыт в конце XVIII века, он использовался раньше. XIV век: Япония использовала молибден-содержащую сталь для сабель. 1778: шведский химик Шелер обнаружил, что азотная кислота не реагирует с графитом, но с молибденитом дает белый порошок. Вдохновленный, в 1781 швед Йелм «углеродным восстановлением» отделил новый металл и назвал «Молибден».

Свойства и применения молибдена

Молибден — рефрактарный редкий металл, как вольфрам. Малый коэффициент расширения, большая электропроводность, хорошая теплопроводность. При нормальной температуре не реагирует с HCl, HF и щелочами, растворим только в HNO₃, царской воде или конц. H₂SO₄. Стабилен к большинству жидких металлов, шлаков и расплавленного стекла. Поэтому молибден и его сплавы имеют широкие применения и перспективы в металлургии, сельском хозяйстве, электричестве, химии, экологии, авиакосмике — важное сырье и незаменимое стратегическое вещество.

3. Рений

История рения

1871: Менделеев предсказал «марганцеподобный» элемент с атомным весом 190. 1925: немцы Вальтер Ноддак, Ида Ноддак, Отто Берг детектировали элемент рентгеновскими лучами в платине и ниобите. Назвали Рений по Рейну. Позже нашли в силиций-бериллий-итрии и молибдените. 1928: извлекли 1 г рения из 660 кг молибденита.

Свойства и применения рения

Рений — редкий рефрактарный металл. Не только хорошая пластичность, механические свойства и ползучесть, но и износостойкость, коррозионная стойкость. Хорошая химическая стабильность для большинства газов, кроме кислорода. Рений и сплавы широко используются в авиакосмике, электронике, нефтехимии. По USGS 2013, суперсплавы — крупнейший потребитель рения (~80%), катализаторы — вторые.

4. Ниобий

История ниобия

1801: британский химик Чарльз Хэтчетт нашел ниобий в образце руды из Британского музея. 1846: немецкий химик Гейнрих Розе проанализировал разные танталовые и ториевые руды, обнаружил другой элемент, близкий к танталу, назвал Ниобий. Имя из греческого мифа: Ниоба — дочь Тантала, показывая сходство.

Свойства и применения ниобия

Ниобий — редкий высокоплавкий металл серебристо-серого цвета, мягкий, ковкий. При комнатной температуре не реагирует с воздухом, не окисляется полностью при красноте в кислороде. При высоких температурах напрямую объединяется с серой, азотом, углеродом. Не реагирует с неорганическими кислотами или щелочами, нерастворим в царской воде, растворим в фтористоводородной кислоте. Благодаря хорошей сверхпроводимости, высокой температуре плавления, коррозионной и износостойкости, ниобий широко используется в стали, сверхпроводниках, авиакосмике, атомной энергии.

5. Тантал

История тантала

1802: шведский химик Экеберг открыл новый элемент в скандинавском минерале (ниобий-тантал руда). Назвал тантал в честь Тантала, сына Зевса в греческом мифе.

Свойства и применения тантала

Тантал имеет серию отличных свойств: высокую температуру плавления, низкое паровое давление, хорошую холодную обрабатываемость, высокую химическую стабильность, сильную стойкость к коррозии жидких металлов, большую диэлектрическую постоянную поверхностного оксидного слоя. Поэтому тантал важно применяется в высокотехнологичных областях: электроника, металлургия, сталь, химия, твердые сплавы, атомная энергия, сверхпроводимость, автоэлектроника, авиакосмика, медицина, наука.

6. Титан

История титана

1791: титан найден в Корнуолле, Англия, как титаносодержащий минерал. Открыватель — реверенд Уильям Грегор, любитель-минералог. 1795: немецкий химик Клаппрот нашел этот оксид в красной рутили из Венгрии. То, что открыли Грегор и Клаппрот — порошковый диоксид титана, не металлический титан. Только в 1910 американский химик Хантер первым восстановил TiCl₄ натрием, получив титан чистотой 99,9%.

Свойства и применения титанового сплава

Титан — важный структурный металл, разработанный в 1950-х. Титановый сплав: низкая плотность, высокая удельная прочность, хорошая коррозионная стойкость, низкая теплопроводность, нетоксичный, немагнитный, сварной, хорошая биосовместимость. Широко используется в авиации, космонавтике, химии, нефти, энергетике, медицине, строительстве, спортивных товарах. Многие страны признали важность, исследовали, разработали и получили практические применения.

7. Хром

История хрома

1766: немецкий Лехман проанализировал сибирскую руду, определил свинец. Руда классифицировали как сибирскую красную свинцовую. 1797: французский химик Никола-Луи Воклен привлечен ярко-красной рудой из сибирской золотой шахты, нашел новый элемент — хром, в следующем году углеродным восстановлением получил металлический хром.

Свойства и применения хрома

Хром широко используется в металлургии, химии, чугуне, огнеупорах и высокоточных технологиях благодаря отличным свойствам: твердость и ломкость, коррозионная стойкость.

8. Цирконий

История циркония

Цирконий назван в честь циркона, используемого как ювелирный камень веками. Библия упоминает циркон как один из 12 драгоценных камней первосвященника Израиля. Открытие и извлечение циркония заслужили два химика: немецкий Мартин Хайнрих Клаппрот и шведский Йенс Якоб Берцелиус. 1789: Клаппрот доказал, что циркон не алмаз. Нагрел циркон с гидроксидом натрия, получил оксид, предположил новый элемент, назвал оксид цирконием. 35 лет позже, 1824, Берцелиус впервые получил чистый цирконий.

Свойства и применения циркония

С древних времен цирконий считался драгоценным камнем за цвет и блеск, играл декоративную роль. С углублением знаний применение циркония расширяется. Возможно, многие мало знают о цирконии, но он проник во все аспекты жизни: окружающие здания, керамика, ножи, украшения, военное и ядерное дело.

9. Гафний

История гафния

1923: венгерский химик Георг Чарльс де Гевеши и датский физик Костер выполнили рентгеновскую спектроскопию различных циркониевых руд и нашли элемент. Чтобы почтить место открытия — Копенгаген, Дания, назвали гафний (от латинского Havnia), символ Hf.

Свойства и применения гафния

Гафний может реагировать с воздухом, образуя оксидную защитную пленку. При 500–750 °C пленка теряет защиту, при нагреве объединяется с кислородом и азотом, образуя оксиды и нитриды. При температуре выше 800 °C гафний быстро окисляется в HfO₂. Хорошая антикоррозионная стойкость, не реагирует с разбавленными HCl, H₂SO₄ и сильным щелочем, растворим в HF и царской воде. Отличная сварность, обрабатываемость, высокотемпературная стойкость, коррозионная стойкость — важный материал атомной энергетики. Рений обладает ковкостью, окислительной стойкостью, высокотемпературной стойкостью, также хороший сплавной материал, используется во многих сплавах.

10. Ванадий

История ванадия

1830: шведский химик отделил новый элемент при плавке чугуна. Благодаря блестящим цветам соединение назвали Ванадий в честь прекрасной богини Ванадис в греческом мифе. 1867: британский химик Роско водородом восстановил хлорид ванадия (VCl₃), впервые получив металлический ванадий.

Свойства и применения ванадия

Ванадий — важный легирующий элемент, главным образом в сталелитейной промышленности. Ванадий-содержащая сталь имеет отличные характеристики: высокая прочность, высокая вязкость, хорошая износостойкость. Поэтому широко используется в машиностроении, автопроме, судостроении, ж/д, авиации, мостах, электронике, обороне. Железно-сталевая промышленность использует наибольшую долю ванадия — 85%. Спрос стали напрямую влияет на рынок ванадия. Около 10% ванадия идет на титановые сплавы для авиакосмики. Ванадий может быть стабилизатором и усилителем титановых сплавов, дающим хорошую ковкость и пластичность. Кроме того, ванадийmainly используется как катализатор и краситель в химической промышленности. Также в производстве водородных аккумуляторов или ванадиевых редокс-батарей.

Заключение

Спасибо за чтение, надеемся, статья полезна. Если хотите узнать больше о распространенных рефрактарных металлах, посетите Advanced Refractory Metals (ARM) для дополнительной информации. Мы предоставляем клиентам высококачественные рефрактарные металлы по очень конкурентоспособной цене.