Все, что вам нужно знать о тугоплавких металлах

---

Все, что вам нужно знать о тугоплавких металлах

Хотите узнать о тугоплавких металлах? Тогда вы попали в нужное место. В этой статье вы найдете все, что вам нужно знать о тугоплавких металлах . .

Все, что вам нужно знать о тугоплавких металлах

Прежде всего, что такое тугоплавкие металлы?

тугоплавкие металлы относятся к металлам с температурой плавления выше 3632 ° F . и определенные объемы запасов, включая вольфрам, тантал, молибден, ниобий, гафний, хром, ванадий, цирконий и титан.

Обычно тугоплавкие металлы имеют большую плотность и большой вес. С тугоплавким металлом в качестве матрицы сплавы с добавлением других элементов называются сплавами тугоплавких металлов, включая сплавы вольфрама, сплавы молибдена, сплавы ниобия, сплавы титана, сплавы ванадия, сплавы хрома, сплавы рения, сплавы хрома и циркония, тантал и пуговичные сплавы. и т. д.

Кроме того, тугоплавкие металлы обычно может производиться в виде листов, полос, фольги, труб, прутков, резьб, профилей и изделий порошковой металлургии, таких как танталовый пруток , молибденовая проволока , вольфрамовая пластина и т. д.

Все, что вам нужно знать о тугоплавких металлах - Открытие

Поскольку тугоплавкие металлы обладают очень активными химическими свойствами, а процессы их извлечения сложны, было поздно, когда люди впервые открыли тугоплавкие металлы.

Молибден был впервые обнаружен в 1782 году шведским химиком Джиммером (П. Дж. Хьельм). Порошок вольфрама был впервые извлечен испанскими братьями де Люр в 1783 году методом восстановления углерода. Хром был извлечен французским химиком Л. Н. Вокленом в 1798 г. В 1866 г. К. В. Бломстранд открыл ниобий восстановлением хлорида ниобия водородом. Пластичный тантал был впервые извлечен в Германии под названием Болтон в 1903 году. Металлический цирконий и титан были впервые обнаружены соответственно в 1824 и 1910 годах. Металлический рений не был открыт до 1925 года.

Все, что вам нужно знать о тугоплавких металлах - Разработка

Только в 20 веке тугоплавкие металлы широко использовались. В 1909 году американец У. Д. Кулидж впервые применил метод порошковой металлургии для производства вольфрамовых заготовок. После обжима и растяжения материал превратился в вольфрамовую проволоку для лампочек.

В 1910 году молибден перерабатывался в стержни, куски и проволоку. В середине 1940-х годов быстрое развитие тугоплавких металлических материалов и технологий их обработки быстро развивалось в связи с потребностями авиации, аэрокосмической техники, электроники и технологий атомной энергетики.

Таким образом, получили развитие плавка тугоплавких металлов, порошковая металлургия и обработка пластмасс. В 1940-х годах появилась первая вакуумная белая электродуговая печь. В 1950-х годах была изобретена электронно-лучевая плавильная печь.

Электронно-лучевая плавильная печь

С 1960-х годов появилось много новых технологий, включая холодное, горячее изостатическое прессование, точное литье, изотермическую деформацию, сварку и серию порошковой металлургии, литья, обработки пластмасс, нагрева. обработка и так далее.

С помощью этих передовых технологий было произведено большое количество тугоплавких металлов и тугоплавких сплавов. В 1956 году А. Каверли извлек монокристаллы вольфрама, молибдена и рения с чистотой выше 4N с помощью технологии плавки с электронно-лучевой суспензией.

Все, что вам нужно знать о тугоплавких металлах - Свойства

Хрупкость при низких температурах

Тугоплавкие металлы не трескаются или ломаются при высоких температурах и могут выдерживать многократные нагревания или термические удары. Вольфрам, молибден, хром и другие тугоплавкие металлы при низких температурах могут стать хрупкими, а в условиях высоких температур - пластичными.

Температура перехода от вязкого к хрупкому состоянию (DBTT) является важным показателем для обработки пластичности и использования тугоплавких металлов. DBTT может зависеть от многих факторов, таких как чистота материала, ингредиенты сплавов, методы обработки и структуры. Есть два способа уменьшить ДБТТ. Один из них - добавление легирующих элементов в тугоплавкие металлы.

Например, рений можно добавить в вольфрам. Другой путь - это выбор более разумных методов обработки, например, технологии переработки пластмасс.

Стойкость к окислению

тугоплавкие металлы с высокой плотностью, очень стабильны при комнатной температуре и не поддаются окислению на воздухе. Однако тугоплавкие металлы быстро окисляются при высоких температурах.

Вольфрам и молибден начинают окисляться при температуре около 752 ° F. При повышении температуры они окисляются и образуются соответственно в WO3 и MoO3. Когда температура достигнет 1562 ° F и 1112 ° F, материалы будут заметно сублимированы. Рений начинает окисляться при 572 ° F и превращается в Re2O7 при температуре 662 ° F.

Тантал и ниобий начинают окисляться при температурах 536 ° F и 392 ° F. Когда температура превышает 932 ° F, они превращаются в Ta2O5 и Nb2O5. Титан и цирконий могут быстро окисляться при температурах от 1112 до 1292. Порошок циркония и титана может самовоспламеняться на воздухе и даже гореть при взрывах.

Чтобы решить проблему окисления, есть две меры. Первый производит антиоксидантные сплавы, а второй покрывает тугоплавкие металлы антиоксидантными покрытиями.

Однако проблема окисления тугоплавких металлов при высоких температурах до сих пор полностью не решена.

Устойчивость к окислению

Стойкость к окислению

Вольфрам, молибден, рений не вступают в реакцию с водородом, но их оксиды могут быть восстановлены до металла водородом при определенной температуре. Вольфрам, молибден и рений могут стать хрупкими при поглощении водорода. Когда температура достигает 572–932 ° F, эти металлы поглощают большое количество водорода и превращаются в хрупкий гидрид металла.

В условиях высокого вакуума будет выделяться водород. Следовательно, эта особенность тугоплавких металлов может быть использована для получения порошка сплава титана, циркония, тантала и ниобия.

Реакция на водород

Коррозионная стойкость

тугоплавкие металлы обладают хорошей коррозионной стойкостью. Когда температура ниже 302 ° F, поверхность тантала имеет плотную и стабильную оксидную пленку. Таким образом, химические свойства тантала очень стабильны.

Тантал обладает отличной стойкостью к серной кислоте, соляной кислоте, азотной кислоте, фосфорной кислоте, органическим кислотам и гидрохлориду азотной кислоты, но будет плавиться в плавиковой кислоте, концентрированном растворе щелочи и расплавляться. база.

Коррозионная стойкость ниобия аналогична коррозионной стойкости тантала, но уступает Ta. Вольфрам очень стабилен при комнатной температуре в соляной кислоте, серной кислоте, азотной кислоте, плавиковой кислоте и царской водке, но он легко подвергается коррозии нитратом натрия. Молибден аналогичен вольфраму, но уступает ему по коррозионной стойкости.

В целом тантал, ниобий, титан, цирконий и другие тугоплавкие металлы являются отличными антикоррозийными материалами для работы в качестве защитных слоев.

Все, что вам нужно знать о тугоплавких металлах - Приложения

С развитием науки и технологий к материалам выдвигались все более строгие требования. В настоящее время традиционные материалы не могут удовлетворить эти новые потребности, но огнеупорные материалы играют незаменимую роль в областях национальной обороны и военной промышленности, аэрокосмической промышленности, электронной информации, энергетики, химической защиты, металлургии и атомной промышленности.

Атомная промышленность

Тугоплавкие металлы в ядерной промышленности используются в основном в циркониевых трубах . за ними следуют вольфрам и молибден. Цирконий обладает хорошей устойчивостью к радиационной и водной коррозии, поэтому он особенно подходит для различных трубопроводов в реакторах «Чистая вода».

В целях повышения ядерной безопасности и предотвращения ядерной утечки инерционный накопитель энергии из сплава высокой плотности на основе вольфрама, используемый в ядерных реакторах нового поколения, может поддерживать цикл охлаждения. 3-5 мин без питания после аварии.

Таким образом, мы можем получить ценное аварийное время для обработки аварий и предотвращения возгорания ядерного реактора и утечки ядер. Кроме того, тугоплавкие металлы и сплавы часто используются в качестве резервуаров для хранения ядерных отходов.

Электронные информационные технологии

В интегральных схемах нового поколения потребность в отводе тепла и температурной устойчивости приведет к увеличению спроса на вольфрамовые и молибденовые подложки, поскольку проводка становится все тоньше и тоньше (в настоящее время до 0,2 мкм). Огнеупорные материалы также широко используются в опорных деталях, стопорных кольцах и базовых опорах в электронной промышленности.

Сплав вольфрама и композитные материалы W-Cu являются хорошими электродными материалами, поскольку вольфрам обладает хорошей функцией электронной эмиссии, которая широко используется в электроэрозионных станках, направляющих блоках электровозов, переключателях сверхвысокого напряжения и сварке в электроэнергетике.

Кроме того, сплав W-Re во многих случаях заменял платину в качестве термопары для измерения температуры и высокоэффективную вольфрам-рениевую проволоку также использовался как кинескоп для передачи электронов в тысячи домов.

Космос, океан и медицина

В 21 веке многие страны активно готовятся к строительству космических станций и подводных миров в надежде на мирное использование космического пространства и морских сокровищниц.

В космическом пространстве много частиц пыли и космического мусора, которые требуют материалов высокой интенсивности и в то же время могут противостоять излучению высокоэнергетических лучей во Вселенной. . Огнеупорные материалы здесь имеют уникальные преимущества. Например, космическая станция "Мир" в бывшем Советском Союзе и космический корабль "Шаттл" США использовали много огнеупорных материалов.

Точно так же коррозионное воздействие морской воды недопустимо для обычных материалов. Титан - лучший выбор для создания постоянной среды обитания человека на дне океана. Он не только легкий и высокопрочный, но и обладает хорошей коррозионной стойкостью.

Сплав ниобия обладает хорошей устойчивостью к коррозии крови и может использоваться для изготовления каркасов сосудов. W, W-Mo, W-Re и W-графит использовались в качестве мишеней для рентгеновского излучения в медицине, спасая бесчисленное количество жизней. тугоплавкие металлы также используются в ультразвуковых электродах для дробления камней, многомерных самосборных решетках с лучами, гамма-ножах и коллиматорах ультразвуковых концентраторных ножей и других передовых медицинских объектах.

Другие приложения

Вольфрам и молибден широко используются в качестве нагревательного элемента, теплозащитного экрана, тигля и опорных частей для плавки редкоземельных элементов в высокотемпературной печи. Большие вольфрамовые и молибденовые трубки, молибденовые электроды, молибденовое покрытие, стержни сердечника и бункеры успешно заменили платину в производстве стекла и стекловолокна и принесли огромные социальные и экономические выгоды.

тугоплавкие металлы также используются в качестве электротермических компонентов и термоизмерительных гильз для электротермического ножа и плавки цинка в текстильной промышленности.

Заключение

Спасибо, что прочитали нашу статью - Все, что вам нужно знать о тугоплавких металлах , и мы надеемся, что он будет вам полезен. Если вы хотите узнать больше о тугоплавких металлах, посетите страницу Advanced Refractory Metals . ( ARM ) для получения дополнительной информации.