Тугоплавкий металл: Самый тугоплавкий металл на земле

Содержание

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. Содержание 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.

самый тугоплавкий металл – вольфрам

В 14-16 веках горняки, работавшие в Рудных горах Саксонии, замечали, что некоторые из добываемых оловянных (касситеритовых — SnO

2) руд после их обработки оставляли большое количество побочного продукта – шлака. Рудокопы того времени говорили так: « Эти руды пожирают олово, как волк пожирает овцу». Так появилось местное название этой странной руды — “wolfrahm», что в переводе c немецкого означает «волчья пена». В 1781 году  шведский химик Карл Шееле, обрабатывая азотной кислотой минерал, который тогда назывался  tungsten ( швед.— тяжёлый камень) с формулой  CaWO4, получил новый металл, который он и назвал — «tungsten», по имени минерала, из которого был выделен. Более точные анализы показали, что это был лишь оксид вольфрама. Позже, во избежание путаницы, минерал  tungsten переименовали в шеелит, в честь заслуг шведского химика и минералога.



Кристаллы шеелита CaWO4, 4х3х3 см. Берёзовское месторождение, Урал (Россия).


В 1783 году испанские химики братья Элюар сообщили о выделении из саксонского минерала вольфрамита (FeMnWO4 ) чистого вольфрама. При этом ни Шееле, ни братья Элюар не настаивали на своём приоритете в открытии элемента № 74. Ещё в начале 20 века он именовался «tungsten» и обозначался как Tu. И только с середины 20 века утвердился термин «вольфрам» и его символ W.

Вольфрам — блестящий светло-серый металл, c самыми высокими показателями температуры плавления и кипения, составляющими соответственно 3422 °C и 5555 °C.



Чистый вольфрам (99,98 %)


Среднее содержание (кларк) вольфрама в земной коре составляет 1,5 г/т. Промышленное значение имеют вольфрамит и шеелит. По данным на 2015 год наиболее крупными запасами вольфрамовых руд обладают: Китай (1900 000 тонн), Канада (290 000 тонн), Россия (250 000 тонн), Австралия (160 000 тонн), США (140 000 тонн).

Долгое время вольфраму не могли найти практического применения. В 1904 году его начали применять в лампах накаливания, используя главное свойство вольфрама – тугоплавкость. К 1911 году он вытеснил в этом качестве все остальные металлы. Сегодня больше половины всего производимого в мире элемента №74 идет на производство вольфрамовых сплавов различной прочности. Стали он придает уникальные свойства и позволяет использовать её для производства крепких автомобильных рессор. Сплавы вольфрама с молибденом применяют для производства сопел реактивных самолётов и проволоки. В военной промышленности вольфрам используют для создания сверх прочной брони.

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

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.

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

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:

  1. Восстановление триоксидом водорода. Процесс производится в несколько этапов, внутри многотрубных печей при 750 – 950 °С. Технология применима под порошки тугоплавких металлов: вольфрам и молибден.
  2. 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.
  3. 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.

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

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;
  • проволоку и прутки.

Термоэлектродная проволока вольфрам-рениевая

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

к содержанию ↑

Видео – Вольфрам – 184

Тугоплавкие металлы: вольфрам, молибден, ниобий, тантал

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:

  1. На начальном этапе получают порошок металла.
  2. Затем методами химического восстановления (обычно аммонийных солей или оксидов) выделяют требуемый металл. Такое выделение получается в результате воздействия на порошок водорода.
  3. 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.

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

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.

Молибден

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

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.

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

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

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

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.

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.

Тугоплавкие металлы — список и область применения

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.
Оцените статью:

Рейтинг: 0/5 — 0 голосов

название и свойства :: SYL.ru


Физические свойства металлов

Все металлы обладают следующими общими свойствами:

  1. Цвет – серебристо-серый с характерным блеском. Исключение составляют: медь и золото. Они соответственно выделяются красноватым и желтым оттенком.
  2. Агрегатное состояние – твердое тело, кроме ртути, которая является жидкостью.
  3. Тепло- и электропроводность – для каждого вида металлов выражается по-разному.
  4. Пластичность и ковкость – изменяющийся параметр в зависимости от конкретного металла.
  5. 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.

Производство тугоплавких металлов

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

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

Тугоплавкие и легкоплавкие металлы

  1. 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.
  2. 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.

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.

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.

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.

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.

Виды

Виды металлов и сплавов, обладающие устойчивостью к повышенным температурам:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.


Тантал

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.

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.

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.

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.

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.

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.

МетодикаОписаниеПопулярность (из 5 ★)
Восстановление через триоксид водородаМногоэтапная 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 солиСхема 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 свойстваХимические 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 свойстваХимические 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 свойстваХимические 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:

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.

Получение тугоплавких материалов

Основная трудность, встречающаяся при получении тугоплавких металлов и сплавов, это их высокая химическая активность, которая мешает быть элементу в чистом виде.

Установка для получения тугоплавких металлов

Наиболее распространенной технологией получения считается порошковая металлургия. Существует несколько способов получить порошок тугоплавкого металла.

  1. Восстановление с помощью триоксида водорода. Такой метод включает в себя несколько этапов, оборудование для обработки — это многотрубные печи, с диапазоном температур от 750 до 950 °С. Данный способ применяется для получения молибдена и вольфрама.
  2. Восстановление водородом из перрената аммония. При температуре около 500 °С, на заключительном этапе, полученный порошок, отделяют от щелочей с помощью кислот и воды. Применяется для получения рения.
  3. Соли различных металлов также применяются для получения порошка молибдена. Например, используют соль аммония металла и его порошок не более 15% от общей массы. Смесь нагревается до 500-850 °С при помощи инертного газа, а затем технология производства предусматривает провести восстановление водородом при температуре 850 — 1000 °С.

Производство тугоплавких металлов

Полученный этими способами порошок в дальнейшем подвергают к спеканию в специальные формы, для дальнейшей транспортировки и хранения.

На сегодняшний день, эти способы получения чистых тугоплавких металлов продолжают дорабатываться и применяются новые техники извлечения материала из горных пород. С развитием ядерной энергетики, космической отрасли, металлургии, мы в скором времени сможем наблюдать появление новых методов, возможно более дешевых и простых.

Самый тугоплавкий металл в мире: виды, свойства

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.

Кольца из вольфрама

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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.

Тантал

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:

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

Тугоплавкие предметы не выдерживают ударов и падений.

Химические свойства

Химические свойства:

  1. Это твердые вещества, обладающие высокой химической активностью.
  2. Прочная межатомная структура.
  3. Сопротивляемость длительному воздействию кислот и щелочей.
  4. 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.


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.

Тугоплавкие металлы — MetalTek

Когда очень жарко, кажется, что твоя энергия и силы просто иссякают. Металлы, используемые в высокотемпературных приложениях, не могут позволить себе роскошь расслабиться с прохладительным напитком. К счастью, есть металлы, которые продолжают работать, когда становится по-настоящему жарко. Среди них тугоплавкие металлы.

Тугоплавкие металлы представляют собой группу металлических элементов, обладающих высокой термостойкостью и износостойкостью. Принято считать, что вольфрам, молибден, ниобий, тантал и рений лучше всего подходят под большинство определений тугоплавких металлов.Эти элементы имеют общие определяющие свойства: температура плавления каждого из них превышает 2000°C/3632°F. Все они очень плотные, достаточно устойчивы к коррозии в чистом виде, а их прочность превышает прочность других металлов при экстремально высоких температурах. Тугоплавкие металлы широко используются в качестве легирующих элементов в сталях, нержавеющих сталях, жаропрочных сплавах и суперсплавах.

Несмотря на сходство свойств семейства, характеристики различаются в зависимости от материала.

Вольфрам (первоначально называвшийся Вольфрам, поэтому символ элемента «W») имеет самую высокую плотность и самую высокую температуру плавления среди всех металлов и является самым распространенным из тугоплавких металлов.Он часто используется там, где присутствуют высокие температуры, необходима прочность, а высокая плотность не является проблемой. Скорее всего, вы сталкиваетесь с высокотемпературными свойствами вольфрама всякий раз, когда включаете лампу накаливания. Нити накала в большинстве этих ламп сделаны из вольфрама.

Другие высокотемпературные области применения включают ракетные сопла и легирующие добавки для жаропрочных и жаропрочных сплавов. Из-за своей высокой плотности он также используется для балансиров для самолетов и вертолетов, головок клюшек для гольфа.

Чаще используется и более экономичен молибден . Он используется в качестве упрочняющей твердый раствор добавки к стали и повышает устойчивость к точечной коррозии, делая нержавеющие стали более устойчивыми к коррозии в морской воде. Молибден 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 достигать широкого диапазона прочности и эластичности.Поскольку он окисляется при температурах выше примерно
400°C/726°F, используется защитное покрытие, чтобы избежать потери металла и хрупкости. Некоторые сплавы, содержащие ниобий, используются в авиационных турбинах и в экстремальных температурных условиях, например, в компонентах форсажной камеры.

Тантал также обладает высокой коррозионной стойкостью и может применяться в медицине и хирургии, а также в суровых кислотных средах. У вас есть тантал как часть вашего мобильного телефона или компьютера.

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

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

Тугоплавкие металлы и сплавы | американские элементы | Продукты

Тугоплавкие 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 температуре плавления (более 2200 °C) эти металлы обладают отличной прочностью на растяжение, твердостью и плотностью, а также электро- и теплопроводностью, что делает их идеальными материалами для работы в условиях исключительно высоких температур и в сложных условиях.

Основными тугоплавкими металлами являются ниобий, вольфрам, тантал, молибден и рений в чистом металлическом виде или в виде сплавов. Другими металлами, которые иногда считаются тугоплавкими, являются гафний, цирконий и иридий.

Уникальные свойства тугоплавких металлов являются ключом к многочисленным промышленным применениям и оборудованию.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 накала, зубные и биомедицинские имплантаты, диагностическое оборудование для визуализации и радиологии, а также оборудование для металлургии, химической обработки и нефтегазовой промышленности. производство.

Тугоплавкие металлы, как известно, трудно поддаются обработке из-за их физических свойств. Инженеры American Elements являются экспертами в производстве высококачественных прецизионных огнеупорных компонентов и могут дать рекомендации по выбору материала.Наши обширные производственные возможности включают литье, экструзию, резку, горячее прессование, спекание, вакуумно-дуговую или электронно-лучевую плавку, сверление и механическую обработку, термообработку, зональное рафинирование и отжиг. Формы включают трубы, проволоку, прутки и стержни, фольгу, листы и пластины, ленты и полосы, слитки, тигли и нестандартные детали как со стандартными, так и с индивидуальными размерами и допусками.

Мы также предлагаем контрактную упаковку, индивидуальные услуги химической обработки и индивидуальное распыление сплавов.Все изделия из тугоплавких металлов и сплавов проходят строгий контроль и испытания на соответствие стандартам ASTM, ASME и AWS.

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

Тугоплавкие металлы и сплавы | Молибден Тантал Поставщик

Тугоплавкие металлы и сплавы | Поставщик молибдена и тантала

МОЛИБДЕН, ВОЛЬФРАМ, ТЗМ, МОЛА И ВАЗ ПРОДУКТЫ

Advanced Refractory Metals предлагает полную линейку изделий из тугоплавких металлов, соответствующих международным стандартам, которые также доступны в различных размерах

.

Тугоплавкие металлы и порошковая металлургия

Advanced Refractory Metals является ведущим производителем специального металлопроката прецизионных лент, листов, фольги, полос и других форм

.

Надежная гарантия качества

Advanced Refractory Metals специализируется на производстве высококачественных изделий из тугоплавких металлов в течение 20 лет. Нашими основными клиентами являются аптеки,

.

Наше местоположение

Лейк-Форест, Калифорния, США

Мы открыты

Пн-Пт с 08:00 до 17:00

Позвоните нам сейчас

(949) 407-8904

Тантал

Порошок/ Трубка/ Слиток/ Проволока/ Капилляр/ Труба/ Фольга/ Сетка/ Стержень

Молибден

Порошок/ Трубка/ Проволока/ Пруток/ Пластина/ Диск/ Трубка TZM/ Тигель

Вольфрам

Порошок/ трубка/ тигель/ лист/ плита/ пруток/ мишени для распыления

Титан

Проволока/ Слиток/ Фольга/ Трубка/ Нитиноловая пружина/ Стержень/ Пластина/ Трубка

Цирконий

Порошок/ Трубка/ Пруток/ Фольга/ Сетка/ Стержень/ Проволока/ Гранулы/ Пластина/ Лист

Рений

Стержень/ Трубка/ Порошок/ Оксид/ Пластина/ Проволока/ Гранулы

Приложения

Наш многолетний опыт работы с тугоплавкими металлами позволил нам накопить опыт и развить нашу инфраструктуру и оборудование для обслуживания большого количества отраслей.В их числе:

Вы получаете тугоплавкие металлы высочайшего качества напрямую от производителя. Вся наша продукция, включая порошки, проволоку, плиты, листы и прутки, производится в США в соответствии с самыми строгими стандартами.

Пожалуйста, найдите точный тугоплавкий металл и форму ниже.

Select MetalТанталМолибденВольфрамТитанЦирконийРений

Выберите формуПорошокПлитаЛистПрутПроволокаТрубкаМишени для распыленияФольгаТигельДиск

 

 

ХОТИТЕ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ О ТУГОУПОРНЫХ МЕТАЛЛАХ?

 

Copyright © 1994-2021 Stanford Advanced Materials, Все права защищены.

Тугоплавкие металлы и сплавы тугоплавких металлов

Chapter

  • 2 Цитаты
  • 4.1k Загрузки
Часть Справочники Спрингера книжная серия (ШБ)

Реферат

Тугоплавкие металлы относятся к 5-й и 6-й группе периодической системы элементов и имеют температуру плавления выше 2000 С.Примерами являются Nb, Ta, Mo и W.

В этой главе представлен обзор материалов этого класса. После обзора различных производственных процессов описываются типичные составы коммерческих сплавов тугоплавких металлов и их применение. Перечислены физические и химические свойства и показаны поведение при рекристаллизации, а также механические свойства, включая мало- и многоцикловую усталость. Объяснены механизмы, приводящие к повышению температуры рекристаллизации либо легированием Mo и W оксидами редкоземельных элементов, либо легированием W калием.Кроме того, описаны механика разрушения и свойства ползучести, а также включена обширная подборка данных о материалах.

В дополнение к высокой температуре плавления металлы Nb, Ta, Mo и W имеют низкий коэффициент теплового расширения, низкое давление паров и превосходную коррозионную стойкость к кислотам, жидким металлам и керамическим расплавам. Mo и W обладают высокой тепло- и электропроводностью, высоким модулем Юнга и механическими свойствами, которые сильно зависят от содержания примесей внедрения, таких как кислород, сера, фосфор, азот, углерод и бор.Взаимоотношения суммированы в этой главе.

Это предварительный просмотр содержимого подписки.

Войдите в систему

, чтобы проверить доступ.

Ссылки

  1. 13.1

    J.B. Conway, B.N. Flatella:

    Попрятные данные о разрыве для огнеупорных металлов до высоких температур

    (Gordon Brach, Нью-Йорк 1971)

    Google Scholar
  2. 13.2

    R. Kieffer, G. Jangg, P. Ettmayer:

    Sondermetalle

    (Springer, Вена, 1971 г.)

    CrossRefGoogle Scholar
  3. 13.3

    Американское общество металлов:

    Свойства и выбор: цветные сплавы и чистые металлы

    , Metals Handbook New Series, Vol. 2, 9 изд. (Американское общество металлов, Metals Park, 1979 г.)

    Google Scholar
  4. 13,4

    WC Хейгель, Дж.А. Шилдс, С.М. Туоминен: Переработка и производство сплавов молибдена и вольфрама. В:

    Proc. Симп. Преломление. Technol. Космический Ядер. Power Appl., CONF-8308130, Окриджская национальная лаборатория

    (1983) с.98

    Google Scholar
  5. 13,5

    К.Х. Миська, М. Семчишен, Е.П. Whelan (Eds.):

    Physical Metallurgy and Technology of Molybden and its Alloys

    (AMAX, Michigan 1985)

    Google Scholar
  6. 13.6

    J. Wadsworth, T.G. Ни, Дж.Дж. Стивенс: Последние достижения в области аэрокосмических сплавов тугоплавких металлов, Int. Матер.

    33

    (3), 131 (1988)

    CrossRefGoogle Scholar
  7. 13.7

    E.Пинк, И. Гаал: Механические свойства и механизмы деформации непровисающих вольфрамовых проволок. В:

    Металлургия легированного, непровисающего вольфрама

    , изд. Э. Пинк, Л. Барта (Эльзевир, Нью-Йорк, 1989) с. 209

    Google Scholar
  8. 13,8

    Т.Г. Nieh, J. Wadsworth: Последние достижения и разработки в области тугоплавких сплавов, Mater. Рез. Soc. Симп. проц.

    322

    , 315 (1994)

    CrossRefGoogle Scholar
  9. 13,9

    E.Пинк, Р. Экк: Тугоплавкие металлы и их сплавы. В:

    Материаловедение и технология — Комплексное лечение  

    , Vol. 8, изд. Р. В. Кан, П. Хаасен, Э. Дж. Крамер (VCH, Weinheim 1997) с. 589

    Google Scholar
  10. 13.10

    E. Lassner, WD Schubert:

    Tungsten: Properties, Chemistry, Technology of the Element, Alloys, and Chemical Compounds

    (Kluwer/Plenum, New York 19999)

  11. 13.11

    G. Leichtfried:

    Справочник по добывающей металлургии

    (Wiley-VCH, Weinheim 1997) с. 1371

    Google Scholar
  12. 13.12

    G. Leichtfried:

    Данные по порошковой металлургии

    , Landolt-Börnstein, New Series, Vol. VIII/2A (Springer, Berlin, Heidelberg, New York 2002)

    Google Scholar
  13. 13.13

    G. Leichtfried: Оксид молибдена лантана: особые свойства материала путем дисперсионного измельчения во время деформации.В:

    Достижения в порошковой металлургии и дисперсных материалах

    , Vol. 9 (MPIF, Принстон, 1992) с. 123

    Google Scholar
  14. 13.14

    М.К. Ю, Ю. Хираока, Дж. Чу: Рекристаллизация проволоки Мо, легированной оксидом лантана, Int. Дж. Преломление. Металл. Жесткий Матер.

    13

    (4), 221 (1995)

    CrossRefGoogle Scholar
  15. 13.15

    А.Дж. Мюллер, Р.В. Бакман, А.Дж. Шилдс-младший: Влияние ТМ-обработки на механические свойства лантана Mo-2%.В:

    Proc. 15-й междунар. Планси Семин.

    (Plansee AG, Reutte 2001)

    Google Scholar
  16. 13.16

    G.-J. Чжан, Ю.-Дж. Сан, Ф. Цзян, Л. Ван, Р. Ван, Дж. Сан: Микроструктура и механизмы упрочнения проволоки из молибденового сплава, легированного частицами оксида латана, Int. Дж. Преломление. Встретились. Жесткий мат.

    27

    (1), 173 (2009)

    CrossRefGoogle Scholar
  17. 13.17

    Д.М. Мун, Р.К. Коо: Механизм и кинетика образования пузырей в легированном W, Металл.Матер. Транс. B

    2

    , 2125 (1971)

    Google Scholar
  18. 13.18

    Х.Г. Селл, Д.Ф. Штейн, Р. Стиклер, А. Джоши, Э. Берки: Идентификация примесей, образующих пузырьки, в легированном вольфраме, J. Inst. Встретились.

    100

    , 275 (1972)

    Google Scholar
  19. 13.19

    Макаров П., Поварова К. Основы легирования вольфрама и разработка технологии изготовления вольфрамовых сплавов. В:

    Proc.15-й Планзее Семин.

    , Том. 3 (Plansee AG, Reutte 2001) с. 464

    Google Scholar
  20. 13.20

    Г.А. Гич, Дж. Э. Хьюз: Сплав рения с молибденом или вольфрамом, обладающий хорошими высокотемпературными свойствами. В:

    Proc. 2-й Планзее Семин.

    (Plansee AG, Reutte 1955) с. 245

    Google Scholar
  21. 13.21

    R.I. Jaffee, C.T. Симс, Дж.Дж. Харвуд: Влияние рения на технологичность и пластичность молибдена и вольфрама.В:

    Proc. 3-й Планзее Семин.

    (Plansee AG, Reutte 1958) с. 380

    Google Scholar
  22. 13.22

    Дж.Г. Бут, Р.И. Джаффи, Э.И. Сальковиц: Механизмы эффекта легирования рением в металлах группы VI-A. В:

    Proc. 5-й Планзее Семин.

    (Plansee AG, Reutte 1964) с. 547

    Google Scholar
  23. 13.23

    Plansee Aktiengesellschaft: внутренняя база данных материалов (Reutte 2000)

    Google Scholar
  24. 13.24

    H. Borchers, E. Schmidt (Eds.):

    Stoffwerte und Verhalten von metallischen Werkstoffen

    , Landolt-Börnstein, New Series, Vol. IV/2b, 6-е изд. (Springer, Berlin, Heidelberg 1964)

    Google Scholar
  25. 13.25

    Т.Е. Титц, Дж.В. Wilson:

    Поведение и свойства тугоплавких металлов

    (Stanford Univ. Press, Stanford 1965) с. 325

    Google Scholar
  26. 13.26

    Plansee Aktiengesellschaft: Брошюра Tungsten Company (Reutte 1997)

    Google Scholar
  27. 13.27

    C. Cagran, C. Brunner, A. Seifter, G. Pottlacher: Жидкофазное поведение нормальной спектральной излучательной способности при 684,5 нм некоторых выбранных металлов, High Temp. Высокий пресс.

    34

    , 669 (2002)

    Crossrefgoogle Scholar
  28. 13.28

    13.28

    Dechema-Werkstoff-Tabelle:

    Oxidierende Heißgase

    (DECHEMA, Франкфурт 1981)

    Google Scholar
  29. 13.29

    SP Murarka:

    Силициды для приложений СБИС

    (Академический, Нью-Йорк, 1983), с.73, 151

    Google Scholar
  30. 13.30

    Ю. Куо (ред.):

    Тонкопленочные транзисторы – материалы и процессы

    , Тонкопленочные транзисторы на основе аморфного кремния, новая серия, Vol. 1 (Kluwer, Dordrecht 2004) с. 335

    Google Scholar. В:

    Proc. 25-я сессия IEEE Фотовольт.конф.

    (1996) с. 917

    Google Scholar
  31. 13.32

    A. Schintlmeister, H.-P. Мартинц, П. Вильхартиц, Ф.П. Netzer: Низкотемпературное окисление промышленных молибденовых поверхностей. In:

    Порошковый металл. Всемирная конгр. Экспон.

    (EPMA, Гранада, 1998 г.) с. 526

    Google Scholar
  32. 13.33

    13.33

    G. leichtfried:

    G. leichtfridfried:

    Порошок металлургические компоненты для источников света

    , Диссертация для жилья (Montanuniversität, Leoben 2003)

    Google Scholar
  33. 13.34

    А. Лист, К. Миттерер, Г. Мори, Дж. Винклер, Н. Райнфрид, В. Кнабл: Окисление напыленных тонких пленок сплавов молибдена в условиях окружающей среды. В:

    Proc. 17-й Планзее Семин.

    , Том. 1 (Plansee Group, Reutte 2009), RM12/1

    Google Scholar
  34. 13.35

    E. Fromm, E. Gebhardt:

    Gase und Kohlenstoff in Metallen

    (Springer, Berlin, Heidelberg) 747, на немецком языке

    CrossRefGoogle Scholar
  35. 13.36

    Р. Спайзер, Г.Р. Сен-Пьер: Учеб. AGARD (Консультативная группа по аэрокосмическим исследованиям и разработкам) Conf. по тугоплавким металлам, Осло (1963)

    Google Scholar
  36. 13.37

    Дж. Дисам, Х.-П. Мартинц, М. Сулик: Слой для защиты от окисления, Спецификация европейского патента EP 0 798 402 B1 (1997)

    Google Scholar
  37. 13.38

    C.A. Krier:

    Покрытия для защиты тугоплавких металлов от окисления

    , Отчет Информационного центра оборонных металлов Новая серия, Vol.162 (Мемориальный институт Баттель, Колумбус, 1961 г.)

    Google Scholar
  38. 13.39

    W. Knabl:

    Oxidationsschutz von Refraktärmetallen auf der Basis von Silizid- und Aluminidschichten 9016 Диссертация (Montanuniversität, Leoben 1995), на немецком языке

    Google Scholar
  39. 13.40

    H.-P. Мартинц, М. Сулик: Защита от окисления тугоплавких металлов в стекольной промышленности, Glastech. Ber., Glas Sci. Technol.

    73

    (C2), 299 (2000)

    Google Scholar
  40. 13.41

    C. Stickler:

    Mikroplastizität und zyklisches Spannungs- Dehnungsverhalten von Ta und Mo bei Temperaturen unter 0.2T m

    , Ph.D. Диссертация (Венский университет, Вена, 1998 г.)

    Google Scholar
  41. 13.42

    С. Примиг, Х. Лейтнер, Х. Клеменс, А. Лорих, В. Кнабл, Р. Стиклер: О поведении технически чистого молибдена при рекристаллизации , Междунар. Дж. Преломление. Металл. Жесткий Матер.

    28

    , 703 (2010)

    CrossRefGoogle Scholar
  42. 13.43

    S. Primig, H. Leitner, H. Clemens, A. Lorich, W. Knabl, R. Stickler: SEM и TEM Исследования восстановления и рекристаллизации в технически чистом Mo, Prakt. Металлогр.

    48

    , 7 (2011)

    Google Scholar
  43. 13.44

    С. Примиг, Х. Лейтнер, Х. Клеменс, А. Лорих, В. Кнабл, Р. Стиклер: Влияние скорости нагрева на рекристаллизационное поведение Мо, Матер. Sci. англ. A

    535

    , 316 (2012)

    CrossRefGoogle Scholar
  44. 13.45

    E. Pink: Диаграмма рекристаллизации gesintertem Mo und W, Planseeber. Пулверметалл.

    13

    , 100 (1965)

    Google Scholar
  45. 13.46

    E. Pink, H. Kärle: Zum Rekristallisationsverhalten von Sintertantal, Planseeber. Пулверметалл.

    16

    , 105 (1968)

    Google Scholar
  46. 13.47

    G. Leichtfried, G. Thurner, R. Weirather: Молибденовые сплавы для уплотнений стекло-металл. В:

    Proc.14-й Планзее Семин.

    , Том. 4 (Plansee AG, Reutte 1997) с. 26

    Google Scholar
  47. 13.48

    H.H.R. Янсен: Текстура рекристаллизации непросевшей проволоки. В:

    Металлургия легированного, непровисающего вольфрама

    , изд. Э. Пинк, Л. Барта (Эльзевир, Нью-Йорк, 1989) с. 203

    Google Scholar
  48. 13,49

    Д.Б. Сноу: рекристаллизация непровисшей вольфрамовой проволоки. В:

    The Metallurgy of Leged, Non-Sag Tungsten

    (Elsevier, New York 1989) p.189

    Google Scholar
  49. 13.50

    В.И. Трефилов, Ю.В. Мильман: Физические основы термомеханической обработки тугоплавких металлов. В:

    Proc. 12-й Планзее Семин.

    , Том. 1 (Plansee AG, Reutte 1989) с. 107

    Google Scholar
  50. 13.51

    E. Parteder, W. Knabl, R. Stickler, G. Leichtfried: Bruchzähigkeit und Porenverteilung von Molybdän Stabmaterial in Abhängigkeit des Reckgrades und des Rekristallisations В:

    Proc.14-й Планзее Семин.

    , Том. 1 (Plansee AG, Reutte 1997) с. 984

    Google Scholar
  51. 13.52

    Э. Партедер, Х. Ридель, Р. Копп: Уплотнение спеченного молибдена при горячей осадке: эксперименты и моделирование, Матер. Sci. англ.

    2640 264

    , 17 (1999)

    Crossrefgoogle Scholar
  52. 13.53

    E. Parteder:

    EIN Modell Zur Simulation Von Umformprozessen PulvermetAllurgisch Hersteselter Hochschmelzender Metlle

    , pH.D. Thesis (RWTH, Aachen 2000)

    Google Scholar
  53. 13.54

    E. Parteder, H. Riedel: Моделирование процессов горячей штамповки тугоплавких металлов с использованием моделей пластичности пористых металлов. В:

    Proc. 15-й Планзее Семин.

    , Том. 3 (Plansee AG, Reutte 2001) с. 60

    Google Scholar
  54. 13,55

    Б.П. Бьюлей, К.Л. Брайант: Обсуждение «доказательств существования пузырьков калия в вольфрамовой проволоке, легированной АКС» и ответ, Metall.Матер. Транс. A

    22

    , 2153 (1991)

    CrossRefGoogle Scholar
  55. 13,56

    C.L. Бриан: Влияние термомеханической обработки на микроструктуру вольфрамового стержня. В:

    Proc. 13-й Планзее Семин.

    , Том. 1 (Plansee AG, Reutte 1993) с. 321

    Google Scholar
  56. 13,57

    J.L. Walter, C.L. Бриан: Вольфрамовая проволока для ламп накаливания, J. Mater. Рез.

    5

    , 2004 (1990)

    CrossRefGoogle Scholar
  57. 13.58

    Г.Л. Краско: Влияние примесей на электронную структуру границ зерен и межзеренное сцепление в вольфраме. В:

    Proc. 13-й Планзее Семин.

    , Том. 1 (Plansee AG, Reutte 1993) с. 27

    Google Scholar
  58. 13,59

    А. Кумар, Б.Л. Эйр: Сегрегация по границам зерен и межкристаллитное разрушение в молибдене, Proc. Р. Соц. A

    370

    , 431 (1980)

    CrossRefGoogle Scholar
  59. 13,60

    P.Wilhartitz, G. Leichtfried, H.P. Мартинц, Х. Хаттер, А. Вираг, М. Грассербауэр: Применение 3D-SIMS для разработки изделий из тугоплавких металлов. В:

    Proc. 2 евро. конф. Adv. Матер. Процесс.

    , изд. Т.В. Клайн, П. Дж. Уизерс (1992), с. 323

    Google Scholar
  60. 13,61

    Дж. Фембёк, Р. Стиклер, А. Винкиер: Влияние скорости деформации и скорости нагрева на поведение W и W-ThO при растяжении

    2

    между комнатной и 1400 °С.В:

    Proc. 11-й Планзее Семин.

    , Том. 1 (Plansee AG, Reutte 1985) с. 361

    Google Scholar
  61. 13,62

    Д.Л. Чен, Б. Вайс, Р. Стиклер, М. Витвер, Г. Лейхтфрид, Х. Хёдль: Прочность на излом материалов с высокой температурой плавления. В:

    Proc. 13-й Планзее Семин.

    , Том. 1 (Plansee AG, Reutte 1993) с. 621

    Google Scholar
  62. 13,63

    E.S. Мейрен, Д.А. Томас: Влияние границ зерен на пластичность вольфрама при изгибе, Metall.Транс.

    233

    , 937 (1965)

    Google Scholar
  63. 13,64

    П.Ф. Браунинг, К.Л. Брайант, Б.А. Кнудсен: Зависимость свойств материала от истории обработки во время волочения проволоки из вольфрамовой лампы, легированной промышленным способом. В:

    Proc. 13-й Планзее Семин.

    , Том. 1 (Plansee AG, Reutte 1993) с. 336

    Google Scholar
  64. 13,65

    П.К. Райт: Ползучесть легированной вольфрамовой проволоки при высоких температурах, Metall.Транс.

    9

    , 955 (1978)

    CrossRefGoogle Scholar
  65. 13,66

    J. Neges, B. Ortner, G. Leichtfried, H.P. Stüwe: Об охрупчивании вольфрамовых листов под углом 45°, Mater. Sci. англ. А

    196

    , 129 (1995)

    CrossRefGoogle Scholar
  66. 13,67

    Ю.В. Мильман: неопубликованные результаты

    Google Scholar
  67. 13,68

    Сент-М. Кардонн: Тантал и его сплавы, Adv. Матер. Процесс.

    9

    , 16 (1992)

    Google Scholar
  68. 13.69

    Х. Ульмайер: Дизайнерские свойства тантала, или все, что вы всегда хотели знать о тантале, но боялись спросить, отчет ESS (European Spallation Source) ISSN 1433-559X, 03-131-T (2003)

    Google Scholar
  69. 13,70

    А. Сигер: Температурная зависимость критического напряжения сдвига и деформационного упрочнения металлических кристаллов, Philos. Маг.

    7

    , 771 (1954)

    CrossRefGoogle Scholar
  70. 13,71

    J.В. Кристиан: Пластическая деформация ОЦК металлов. В:

    Proc. Int. конф. Сила Матер. (ICSMA-2), Asilomar

    (ASTM, Филадельфия, 1970) с. 31

    Google Scholar
  71. 13.72

    30.72

    H. Mughrabi: неопубликованные результаты

    Google Scholar
  72. 13.73

    W. Rinnerthaler, F. Benesovsky: Untersuchungen Über Das Mikrodehnungsverhalten von Molybdän, Планес. Пулверметалл.

    21

    , 253 (1973)

    Google Scholar
  73. 13.74

    К. Стиклер, Д.Л. Чен, Б. Вайс, Р. Стиклер: Зависимая от времени микропластическая деформация Мо и Та при низких температурах. В:

    Proc. 14-й Планзее Семин.

    , Том. 1 (Plansee AG, Reutte 1997) с. 1004

    Google Scholar
  74. 13,75

    К.Дж. Боумен, Р. Гибала: Циклическая деформация монокристаллов W, Scr. Металл.

    20

    , 1451 (1986)

    CrossRefGoogle Scholar
  75. 13,76

    M.A. Meyers, Y.-J. Чен, Ф.Д.С. Маркиз, Д.С. Ким: Поведение тантала при высокой деформации и скорости деформации, Metall. Матер. Транс. A

    26

    , 2493 (1995)

    CrossRefGoogle Scholar
  76. 13,77

    C.C. Войчик: Термомеханическая обработка и свойства ниобиевых сплавов. В:

    Proc. Int. Симп. Ниобий, Орландо

    (2001) с. 163

    Google Scholar
  77. 13.78

    H. Mughrabi, K. Herz, X. Stark: Циклическая деформация и усталостное поведение моно- и поликристаллов α-Fe, Int.Дж. Фракт.

    17

    , 193 (1981)

    CrossRefGoogle Scholar
  78. 13,79

    М. Вернер: Зависимость напряжения течения монокристаллов Та при циклической деформации от температуры и скорости деформации, Rev. Phys. Прил.

    23

    , 672 (1988)

    CrossRefGoogle Scholar
  79. 13.80

    J. Femböck, K. Pfaffinger, B. Weiss, R. Stickler: Verhalten von Mo-Werkstoffen unter В:

    Proc. 10-й Планзее Семин.

    , Том. 2 (Plansee AG, Reutte 1981) с. 27

    Google Scholar
  80. 13.81

    К. Пфаффингер, Дж. Фембёк: Versuchsplanung und statistische Auswertung von Schwingfestigkeitsdaten von Mo-Werkstoffen. В:

    Proc. 10-й Планзее Семин.

    , Том. 2 (Plansee AG, Reutte 1981) с. 233

    Google Scholar
  81. 13,82

    K. Mecke, C. Holste, W.F. Терентьев: Расположение дислокаций в циклически деформируемом поликристаллическом молибдене, Кристалл.Рез. Technol.

    15

    , 83 (1980)

    Google Scholar
  82. 13,83

    С. Конг, Б. Вайс, Р. Стиклер, М. Витвер, Х. Хёдль: Циклическое напряжение-деформация металлов с высокой температурой плавления. В:

    Proc. 13-й Планзее Семин.

    , Том. 1 (Plansee AG, Reutte 1993) с. 720

    Google Scholar
  83. 13,84

    Д.Р. Хелебранд, Р. И. Стивенс: циклическое поведение выхода Ta, J. Mater. Sci.

    7

    , 530 (1972)

    Google Scholar
  84. 13.85

    К. Стиклер, В. Кнабл, Р. Стиклер, Б. Вайс: Циклическое поведение Ta при низких температурах при низких напряжениях и скоростях деформации. В:

    Proc. 15-й Планзее Семин.

    , Том. 3 (Plansee AG, Reutte 2001) с. 34

    Google Scholar. Транс. A

    23

    , 3077 (1992)

    CrossRefGoogle Scholar
  85. 13,87

    М. Папакириаку, Х.Mayer, C. Pypen, H. Plenk, S. Stanzl-Tschegg: Влияние частоты нагружения на многоцикловые усталостные свойства ОЦК и ГПУ металлов, Mater. Sci. англ. A

    308

    , 143 (2001)

    CrossRefGoogle Scholar
  86. 13,88

    H.A. Кальдерон, Г. Косторц: Микроструктура и пластичность двух сплавов на основе молибдена (TZM), Матер. Sci. англ. A

    A160

    , 189 (1993)

    CrossRefGoogle Scholar
  87. 13,89

    HJ Shi, L.С. Ниу, К. Корн, Г. Плювинаж: Высокотемпературная усталость сплава Mo-TZM при механической и термомеханической циклической нагрузке, J. Nucl. Матер.

    278

    , 328 (2000)

    CrossRefGoogle Scholar
  88. 13.90

    Р.Ф. Brodrick: LCF-данные P/M-W между 1650 и 3300

    C, Proc. ASTM

    64

    , 505 (1965)

    Google Scholar
  89. 13.91

    S.S. Manson:

    Тепловое напряжение и малоцикловая усталость 187

    Google Scholar
  90. 13,92

    Р.Е. Шмунк, Г.Э. Корт, М. Ульриксон: Измерения растяжения и LCF поперечно прокатанного вольфрама, J. ​​Nucl. Матер.

    103

    , 943 (1981)

    CrossRefGoogle Scholar
  91. 13.93

    Т. Кимишима, М. Сукекава, К. Овада, М. Симидзу: Данные об усталости Мо. В: 9000 англ. Пробл. Фьюжн рез.

    (IEEE, Нью-Йорк, 1981 г.) с. 255

    Google Scholar
  92. 13,94

    H.Ниши, Т. Оку, Т. Кодейра: Влияние микроструктурных изменений, вызванных циклической деформацией, на прочность LCF спеченного Mo, Fusion Eng. Дес.

    9

    , 123 (1989)

    CrossRefGoogle Scholar
  93. 13,95

    З.М. Сун, З.Г. Ван, Х. Хёдль, Р. Стиклер, Б. Вайс: Малоцикловая усталость и ползучесть рекристаллизованного молибдена при температуре около комнатной, Materialwiss. Веркштоффтех.

    26

    , 483 (1995)

    CrossRefGoogle Scholar
  94. 13.96

    Дж.А. Шилдс, П. Липецли, А.Дж. Мюллер: вязкость разрушения 6,4 мм дуговой литой пластины Mo и TZM при комнатной температуре и 300

    C. В:

    Proc. 15-й Планзее Семин.

    , Том. 4 (Plansee AG, Reutte 2001) с. 187

    Google Scholar
  95. 13.97

    B.V. Cockeram: Измерение вязкости разрушения Mo-0,5%Ti-0,1%Zr с использованием стандартных и уменьшенных изогнутых образцов, Metall. Матер. Транс. A

    33

    (12), 3685 (2002)

    CrossRefGoogle Scholar
  96. 13.98

    M. Faleschini, H. Kreuzer, D. Kiener, R. Pippan: Исследование вязкости разрушения W-сплавов, J. Nucl. Матер. B. Gludovatz, S. Wurster, A. Hoffmann, R. Pippan: Вязкость разрушения поликристаллического W Дж. Преломление. Металл. Жесткий Матер.

    28

    (6), 674 (2010)

    CrossRefGoogle Scholar
  97. 13.100

    К. В. Маршалл, Ф.К. Холден: Вязкость разрушения тугоплавких металлов и сплавов. В:

    Высокотемпературные тугоплавкие металлы

    , изд. Л. Ричардсон (Гордон Брич, Нью-Йорк, 1964) с. 129

    Google Scholar
  98. 13.101

    М. Редиг, Х. Дерц, Г. Потт, Б. Вернер: Исследования механики разрушения TZM и Mo5Re. В:

    Proc. 14-й Планзее Семин.

    , Том. 1 (Plansee AG, Reutte 1997) с. 781

    Google Scholar
  99. 13.102

    Д.Падхи, Дж.Дж. Левандовски: Влияние температуры испытания и размера зерна на ударную вязкость по Шарпи и динамическую вязкость (KID) поликристаллического ниобия, Metall. Матер. Транс. A

    34

    , 967 (2003)

    CrossRefGoogle Scholar
  100. 13.103

    J. X. Zhang, L. Liu, M.L. Чжоу, Ю.К. Ху, Т.Ю. Zuo: Прочность на излом спеченного Mo-La

    2

    O

    3

    , Inter. Дж. Преломление. Металл. Жесткий Матер.

    17

    , 405 (1999)

    CrossRefGoogle Scholar
  101. 13.104

    Д.Л. Чен, Б. Вайс, Р. Стиклер: Эффективный порог усталости: значение цикла нагружения ниже нагрузки раскрытия трещины, Int. J. Fatigue

    16

    , 485 (1994)

    CrossRefGoogle Scholar
  102. 13.105

    J. Riedle: Bruchwiderstand in Wolfram-Einkristallen: Einfluß der kristallograph В:

    Fortschrittsberichte VDI, Reihe 18, Mechanik/Bruchmechanik

    , Vol.184 (VDI, Düsseldorf 1995)

    Google Scholar
  103. R. Pippan:

    R. Pippan:

    Bruchzähigkeitkitsuntersuchungen an w-proben

    (Erich Schmid Instituteut, Leoben 1999)

    Google Scholar
  104. 13.107

    Y. Mutoh, K Ichikawa, K. Nagata, M. Takeuchi: Влияние добавки Re на вязкость разрушения W при повышенных температурах, J. Mater. Sci.

    30

    , 770 (1995)

    CrossRefGoogle Scholar
  105. 13.108

    А.Фатулла, Б. Вайс, Р. Стиклер: Короткие усталостные трещины в технических сплавах P/M-Mo. В:

    Поведение коротких усталостных трещин, Публикации по машиностроению

    , Vol. 1 (EGF, Suffolk 1986) с. 115

    Google Scholar
  106. 13.109

    Р. Гриль, Х. Клеменс, П. Родхаммер, А. Войтичек: обработка P/M, характеристика и применение Ta-10W. В:

    Proc. 14-й Планзее Семин.

    , Том. 4 (Plansee AG, Reutte 1997) с. 211

    Google Scholar
  107. 13.110

    Р. Хайденрайх, Р. Шефер, Х. Клеменс, М. Витвер: Механические свойства жаропрочных крепежных изделий из тугоплавких сплавов. В:

    Proc. 13-й Планзее Семин.

    , Том. 1 (Plansee AG, Reutte 1993) с. 664

    Google Scholar
  108. 13.111

    А. Фатулла, Б. Вайс, Р. Стиклер, Дж. Фембёк: Зарождение и рост коротких трещин в ПМ-Мо. В:

    Proc. 11-й Планзее Семин.

    , Том. 1 (Plansee AG, Reutte 1985) с. 45

    Google Scholar
  109. 13.112

    Х. Китагава, С. Такахаси: Применимость механики разрушения к очень маленьким трещинам или трещинам на ранней стадии. В:

    Proc. Второй междунар. конф. мех. Behav. Матер.

    (АСМ, Металл Парк 1976) с. 627

    Google Scholar
  110. 13.113

    Б. Вайс, Р. Стиклер: Методы прогнозирования усталостной прочности P/M-материалов. В:

    Proc. Int. Порошковый металл. конф. PM’88, Орландо

    (1988) с. 3

    Google Scholar
  111. 13.114

    Б. Вайс, Р. Стиклер, А. Ф. Блом: модель для описания влияния небольших трехмерных дефектов на предел HCF. В:

    Proc. конф. Короткие усталостные трещины, Шеффилд, 1990

    (Машиностроение, Саффолк, 1992) с. 423

    Google Scholar
  112. 13.115

    Р. В. Бакман: ​​Ползучесть сплавов тугоплавких металлов, Int. Дж. Преломление. Металл. Жесткий Матер.

    18

    (4/5), 253 (2000)

    CrossRefGoogle Scholar
  113. 13.116

    B. Fischer, S. Vorberg, R. Voekl, M. Beschliesser, A. Hoffmann: Испытания тугоплавких металлов на ползучесть и растяжение при экстремально высоких температурах, Int. Дж. Преломление. Металл Hard Mater.

    24

    (4), 292 (2006)

    Crossrefgoogle Scholar
  114. 13.117

    13.117

    G. Leichtfried:

    G. Leihtfried:

    65 Die Entwicklung Von Kriechfesten Molybdän-Seltenerdoxid-Werkstoffen Für Hochtemperaturanwendungen

    , PH.D. Диссертация (Montanuniversität, Leoben, 1997)

    Google Scholar
  115. 13.118

    G. Zilberstein: Свойства ползучести непровисающего вольфрама, рекристаллизованного в застойном легированном кислородом аргоне, Int. Дж. Преломление. Металл. Жесткий Матер.

    16

    , 71 (1998)

    CrossRefGoogle Scholar
  116. 13.119

    Д.М. Мун, Р. Стиклер: Ползучесть тонких проволок из чистого P / M, легированного и торированного вольфрама, High Temp. Высокий пресс.

    3

    , 503 (1971)

    Google Scholar
  117. 13.120

    J.W. Пью: О кратковременных свойствах ламповой проволоки при ползучести // Металл.Транс.

    4

    , 533 (1973)

    CrossRefGoogle Scholar
  118. 13.121

    J.H. Шредер, Э. Арцт: Исследования слабого пучка взаимодействия дислокаций и дисперсоидов в суперсплаве ODS, Scr. Металл.

    19

    , 1129 (1985)

    CrossRefGoogle Scholar
  119. 13.122

    Дж. Рёсслер, Э. Арцт: Кинетика ползания дислокаций по твердым частицам — лазание без притягивающего взаимодействия металл-дислокация, Acta.

    36

    , 1043 (1988)

    CrossRefGoogle Scholar
  120. 13.123

    J. Rössler, E. Arzt: Основанное на новой модели уравнение ползучести для дисперсионно-упрочненных материалов, Acta Metall. Матер.

    38

    (4), 671 (1990). В:

    Proc. 13-й Планзее Семин.

    , Том. 1 (Plansee AG, Reutte 1993) с. 132

    Google Scholar

Авторские права

© Springer Nature Switzerland AG 2018

Авторы и принадлежности

Авторы

7

  1. 1.Департамент развития Бизнес-подразделение IndustriesPlansee SEReutteAustria
  2. 2. Университет ИнсбрукаInnsbruckAustria
  3. 3.ViennaAustria

Тугоплавкие металлы (определение, примеры и применение) – Материаловедение и инженерия

«Тугоплавкие металлы» — это один из разговорных терминов, используемых для обозначения материалов с очень высокой температурой плавления. Тугоплавкие металлы имеют несколько общих характеристик друг с другом, в зависимости от определения пользователя.

Тугоплавкие металлы представляют собой металлические элементы с самой высокой температурой плавления, высокой твердостью и высокой плотностью.Консервативные определения «тугоплавких» относятся к 5 промышленно используемым металлам с температурой плавления >2000°C: вольфрам (W), рений (Re), тантал (Ta), молибден (Mo) и ниобий (Nb). Более широкие определения включают до 15 металлов.

В этой статье я объясню общие области применения всех 15 тугоплавких металлов.

Неоспоримые тугоплавкие металлы

5 бесспорных тугоплавких металлов — это вольфрам, рений, тантал, молибден и ниобий.

  • Tungsten (W) 3380 ° C, BCC
  • Rhenium (RE) 3180 ° C, HCP

    8 Tantalum (TA) 3014 ° C, BCC
  • MolyBdenum (MO) 2617 ° C , BCC
  • Ниобий (Nb) 2468°C, BCC

Эти металлы, как правило, плотные, твердые и имеют очень высокую температуру плавления. Они также достаточно многочисленны, чтобы быть полезными в общих инженерных приложениях. Осмий является примером металла с высокой температурой плавления, который не всегда считается тугоплавким металлом, хотя он имеет 3-ю самую высокую температуру плавления среди всех металлов, поскольку он редко используется при высоких температурах (его оксид токсичен).

Расширенный список тугоплавких металлов

В дополнение к металлам, перечисленным выше, мы могли бы также рассматривать все металлы с температурой плавления >1650°C как тугоплавкие металлы:

  • Осмий (ОС) 3027 ° C, HCP
  • Iridium (IR) 2447 ° C, FCC
  • Ruthenium (RU) 2250 ° C, HCP

    9

  • HCP (HF) 2227 ° C , HCP
  • Technetium (TC) 2200 ° C, HCP (радиоактивный)
  • Rhodium (RH) 1963 ° C, FCC

    9

  • Ванадий (V) 1902 ° C, BCC
  • Chromium Cr) 1857°C, BCC
  • Цирконий (Zr) 1852°C, HCP
  • Титан (Ti) 1670°C, HCP

Некоторые из этих металлов, такие как цирконий, хром – не подпадают под более строгое определение, так как имеют низкую плотность и температуру плавления ниже 2000°С.Другие обычно не используются для промышленных высокотемпературных применений из-за стоимости (Ru, Ir, Os), токсичности (Os) или даже радиоактивности (Tc).

Общие свойства тугоплавких металлов

Все тугоплавкие металлы имеют плотноупакованную или почти плотноупакованную кристаллическую структуру: FCC, BCC или HCP. Большинство из них имеют кристаллическую структуру ОЦК. Из 5 бесспорных тугоплавких металлов 4 имеют ОЦК-структуру, а 1 — ГПУ-структуру.

Мое лучшее объяснение высоких температур плавления, связанных с кристаллической структурой ОЦК, заключается в том, что она почти плотно упакована, поэтому в целом стабильна, но в ней больше пустого пространства, чем в действительно плотноупакованной решетке, что дает атомам больше места для колебаний. прежде чем вырваться из решетки.Для (очень сложного) математического доказательства того, почему ОЦК имеет тенденцию быть наиболее стабильной высокотемпературной фазой, ознакомьтесь с этой статьей Александра и МакТэга.

Все тугоплавкие металлы имеют очень высокую температуру плавления. В зависимости от того, кого вы спросите, могут быть разные ограничения температуры. Ниобий имеет самую низкую температуру плавления среди традиционных тугоплавких металлов, но все же выше 2400°C. В расширенном списке, который я представляю, цирконий имеет самую низкую температуру плавления при 1850°C.

Тугоплавкие металлы, как правило, имеют высокую плотность (вольфрам и осмий являются самыми тяжелыми элементами) и высокую твердость (вольфрам и рений известны своей твердостью).Эта комбинация делает тугоплавкие металлы пригодными для применений, требующих высокой износостойкости; однако многие тугоплавкие металлы также хрупкие.

Тугоплавкие металлы обычно плохо поддаются коррозии. Фактически, иридий, осмий, родий и рутений являются тугоплавкими и благородными металлами.

Однако тугоплавкие металлы с по легко окисляются.

Благодаря сочетанию высокой прочности и термостойкости тугоплавкие металлы относительно устойчивы к ползучести.Поскольку они часто имеют низкую скорость диффузии, они особенно полезны для легирования другими элементами для улучшения сопротивления ползучести основного сплава.

Приложения

Вольфрам (Вт)

Металл, который может выдерживать самые высокие температуры, также не особенно дорог, поэтому вольфрам является металлом для высокотемпературных применений, таких как лампочка нити накала , сварочные электроды , и нагревательные элементы печи .

Рений (Re)

Используется в суперсплавах для реактивных двигателей для замедления диффузии (в основном для этой цели используется 70% извлеченного рения ). Это редкий/дорогой элемент, поэтому он редко используется в качестве основного основного металла в сплаве.

Осмий (Os)

На самом деле его применение почти не связано с его высокой температурой плавления, поскольку оксид осмия сверхтоксичен. Однако он может быть чрезвычайно твердым/износостойким при обычных температурах — например, вы могли использовать сплав осмия и иридия для наконечников перьевых ручек.

Тантал (Ta)

Тантал используется для изготовления высокотемпературных коррозионно-стойких сплавов, таких как сплавы, используемые в деталях вакуумных печей .

Молибден (Mo)

Как и многие другие материалы в его списке, молибден в основном используется для сплавов с другими металлами. Он находит широкое применение в суперсплавах для реактивных двигателей. Это полезный легирующий элемент, потому что он относительно легкий. Mo и Nb имеют наилучшее сочетание низкой плотности и высокой температуры плавления.

Ниобий (Nb)

Ниобий — элемент, используемый в суперсплавах. Сплавы на основе ниобия также используются в аэрокосмической технике в качестве материалов для сопел двигателей жидкостных ракет.

Иридий (Ir)

Существуют свечи зажигания на основе иридия , которые используются в авиации. Он в основном используется в приложениях, связанных с электроникой.

Рутений (Ru)

Когда речь идет о высокотемпературных применениях, рутений используется в качестве легирующей добавки к суперсплавам.Рутений также может быть сплавлен с платиной для повышения износостойкости платины без потери других свойств платины.

Гафний (Hf)

Как и многие другие материалы в этом списке, гафний в основном используется для сплавов с другими металлами, такими как Fe, Ti, Nb, Ta и другими. Сплав C103, состоящий из Nb (89%), Hf (10%) и Ti (1%), использовался в соплах жидкостных ракетных двигателей основного двигателя лунных модулей Apollo. Иногда его добавляют в суперсплавы на основе никеля для улучшения сцепления защитных оксидных слоев.

Технеций (Tc)

Технеций является радиоактивным, что несколько ограничивает его применение. Однако его можно использовать для медицинской радиационной визуализации, а также его можно легировать сталью для повышения коррозионной стойкости. Вам просто нужно убедиться, что эта сталь находится в месте, куда люди не могут добраться!

Родий (Rh)

Родий — это благородный металл, который редко вступает в реакцию с другими химическими веществами, что делает его хорошим катализатором. Как и Pt, Rh используется для проводов, которые могут подвергаться воздействию горячей/коррозионной среды.Pt может выдерживать высокие температуры и коррозию без легирования , что позволяет ей сохранять свою электропроводность. Родий встречается даже реже, чем платина.

Ванадий (V)

Ванадий используется в реактивных двигателях в качестве легирующей добавки к техническому титановому сплаву (Ti-6Al-4V). Один сплав на основе ванадия (V-4Cr-4Ti) является многообещающим кандидатом для использования в будущих термоядерных реакторах

. Хром (Cr)

Хотя хром имеет высокую температуру плавления, он более известен своей низкой плотностью и устойчивостью к окислению.Cr является основным легирующим элементом (помимо железа) в нержавеющей стали, и его добавляют в турбины из жаропрочных сплавов. Даже если жаропрочные сплавы не содержат непосредственно Cr, они могут иметь тонкое покрытие из сплава Cr для защиты от окисления.

Цирконий (Zr)

Когда речь идет о высокотемпературных применениях, цирконий широко используется в форме оксида циркония. YSZ – ZrO 2 -8 мас.% Y 2 O 3 (так называемый оксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия) – обычно используемое защитное покрытие, предназначенное для повышения максимальной рабочей температуры жаропрочных сплавов, используемых в реактивных двигателях.

Титан (Ti)

Титан используется в компрессорах реактивных двигателей (Ti-6Al-4V).

Последние мысли

Вот оно! Все тугоплавкие металлы, включая строгое определение W, Re, Ta, Mo и Nb; а также более широкие определения, включающие Ir, Os, Hf, Rh, Ru, Zr, Tc, Cr, V и Ti.

Эти металлы обладают высокой твердостью, высокими температурами плавления, высокой плотностью, высокой износостойкостью, хорошей коррозионной стойкостью и плохой стойкостью к окислению.(Не все эти обобщения верны для всех металлов в списке, особенно для тех, которые не входят в состав основных 5 тугоплавких металлов).

Тугоплавкие сплавы обычно используются в высокотемпературных приложениях, таких как сварочные электроды, нагревательные катушки, детали ракет и лопатки газовых турбин. Вольфрам является наиболее распространенным тугоплавким элементом, потому что он имеет самую высокую температуру плавления, твердые механические свойства, а также является одним из наиболее распространенных тугоплавких элементов (поэтому он дешев).

Огнеупорный металл Vickers Hardness (HV)
Tungsten (W) 350
REEIII (RE) 250
Tantalum (TA) 89
Молибден (Мо) 156
Ниобий (Nb) 135
титан (Ti) 99
Ванадий (V) 64
Хром ( CR) 108
цирконий (ZR) 92
Rhodium (RH)
127
180
Осмий (Os) 422
Иридий (Ir) 180

Основной недостаток вольфрама поэтому другие тугоплавкие металлы могут предложить менее плотные альтернативы.

Список огнеупорных металлов
(«консервативное определение»)
W, RE, TA, MO, NB
Список огнеупорных металлов
(«более широкое определение»)
W, Re, Ta, Mo, Nb, Ir, Os, Hf,
Rh, Ru, Zr, Tc, Cr, V, Ti
Типичные свойства Высокая температура плавления, плотность,
и износ сопротивление;
хорошая коррозионная стойкость;
плохая стойкость к окислению;
низкая скорость диффузии
Диапазон температур плавления (°C) 1670 (Ti) – 3380 (W)
Диапазон плотностей (г/1см4 4 160)5 (Ti) – 22,6 (Os)
Диапазон твердости (HV) 64 (V) – 422 (Os)
Диапазон цен (USD/lbs) для Cr
до 180 000 для Rh*
*Цены на металлы очень изменчивы!

Тугоплавкие металлы также имеют низкую скорость диффузии, поэтому их часто добавляют в сплавы для повышения сопротивления ползучести. Скорость диффузии зависит от химического состава, поэтому не существует простого правила, для которого элемент является самым медленным диффузором, но известно, что рений медленно действует в жаропрочных сплавах на основе никеля и вызывает «эффект рения» превосходного сопротивления ползучести в жаропрочных сплавах на основе никеля.

Ссылки и дополнительная литература

Если вам понравилась эта статья, вы также можете найти ее интересной для металлов с высокой температурой плавления.

Если вы хотите узнать больше о сплавах в целом, здесь вы найдете нашу статью на эту тему.

Тугоплавкие металлы | Elmet Technologies

Тугоплавкие металлы

Elmet производит следующие металлы:

  • Молибден, легированный калием (Mo-K или Moly HCT): высокое сопротивление ползучести
  • Молибден (Mo): высокая температура плавления, жаропрочность и ползучесть сопротивление
  • Молибден-лантановый сплав (Mo-La): часто используется в условиях высоких температур благодаря его стабильности и сопротивлению ползучести при температурах выше 1500ºC
  • Молибден-танталовый сплав (Mo-Ta) W или MB): сплав молибдена и вольфрама, доступный в различных составах
  • TZM Molybdenum Alloy (Titan Zirconium Molybdenum)
  • Вольфрам (W): самая высокая температура плавления среди всех металлов, высокая плотность, низкий термический коэффициент расширения
  • Вольфрам-лантановый сплав (W-La)
  • Вольфрам, легированный калием (WK)
  • Тяжелый вольфрамовый сплав (WHA)

Наш полностью интегрированный порошковый металл urgy Process

Являясь единственным полностью интегрированным производителем плоского и круглого проката из молибдена и вольфрама в США, Elmet стремится поставлять тугоплавкие металлы самого высокого качества.Как готовые, так и прокатные изделия доступны в различных размерах и форм-факторах, и у нас есть обширные возможности обработки, которые позволяют нам удовлетворить даже самые сложные потребности наших клиентов. Мы стремимся удовлетворять потребности наших клиентов, и наш долгий опыт работы в отрасли дал нам опыт и знания, необходимые для успешного выполнения этой задачи.

Сырье Elmet на основе молибдена и вольфрама является основой нашей продукции. Качество и производительность достигаются за счет того, что начиная с порошков самого высокого качества и тщательно управляя производственным процессом, чтобы обеспечить наличие исходных продуктов из молибдена, вольфрама, TZM и MoLa высочайшего качества для продажи или переработки в готовые компоненты.В результате получаются изделия из чистых и легированных тугоплавких металлов, которые неизменно обеспечивают производительность и качество изо дня в день.

Экспертиза материалов:

Имея многолетний опыт производства решений для самых требовательных применений вольфрама и молибдена, наша высококвалифицированная команда в Elmet Technologies предоставит вам знания и опыт, необходимые для вашего успеха. Предоставляя интегрированные инженерные и производственные решения, связанные с молибденом, вольфрамом и другими тугоплавкими металлами, мы преуспеваем, превосходя потребности наших клиентов.Наши инженерные и эксплуатационные группы будут сотрудничать с нашими клиентами, чтобы порекомендовать варианты и решения для самых сложных требований. Клиенты получают выгоду от прямого доступа к нашим экспертам — вместо того, чтобы работать через многочисленные слои — для получения бесценной информации, которая поможет в решении их задач. Доступ к этому опыту является беспрецедентным в этой области и является ключевым компонентом проверенной репутации Elmet в отношении высокой удовлетворенности клиентов. Elmet может предложить нашим клиентам улучшенные решения по «совокупной стоимости владения», используя наш опыт производства металлов, возможности точной обработки и услуги по изготовлению на нашем заводе ISO 9001 и AS9100.
  • Экспертиза материалов: предоставление консультаций и советов по выбору материалов и свойств
  • Консультации по дизайну продукта (окончательный дизайн является обязанностью заказчика)
  • Экспертиза производства: предоставление консультаций и рекомендаций
  • Производство и разработка
  • 2D и 3D Производство инженерных чертежей чертежи, сборочные чертежи)
  • Анализ отказов

Пожалуйста, посетите нашу страницу ресурсов для получения дополнительной информации: Ресурсы для клиентов

Покрытие тугоплавких металлов | Покрытие тугоплавкими металлами

Вы, несомненно, знакомы с «традиционными» металлами, такими как медь, золото, цинк и никель, а также с их использованием и ценностью в самых разных производственных процессах.Возможно, вы менее знакомы с отдельной классификацией металлов, известной как тугоплавкие металлы. Термин «огнеупорный» означает, что эта группа экзотических металлов обладает замечательной способностью сохранять прочность и твердость при чрезвычайно высоких температурах. Это свойство и несколько других уникальных характеристик делают тугоплавкие металлы чрезвычайно полезными для различных производственных применений.

Быстрые ссылки

Что такое тугоплавкие металлы? | Покрытие тугоплавкими и другими экзотическими металлами

Покрытие титаном | Покрытие вольфрамом

Покрытие молибденом | Услуги по нанесению огнеупорных покрытий с помощью SPC

Запросить цену

Что такое тугоплавкие металлы?

Группа тугоплавких металлов состоит из пяти первичных элементов:

Вот некоторые уникальные свойства и характеристики каждого из них:

Вольфрам

Вольфрам был открыт в 1781 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле.Вольфрам буквально означает «тяжелый камень». Самый распространенный из всех тугоплавких металлов, вольфрам также имеет самую высокую температуру плавления 3410°C (6170°F). Эта температура плавления в два раза выше, чем у железа и в десять раз выше, чем у свинца. Вольфрам также имеет одну из самых высоких плотностей среди всех металлов.

Хотя вольфрам чрезвычайно устойчив к высоким температурам, он имеет тенденцию становиться летучим при температурах выше 1000°F. Следовательно, он должен быть покрыт или окружен защитной атмосферой.Это может быть достигнуто за счет нанесения кремниевого покрытия или покрытия из благородного металла. В дополнение к отличной термостойкости вольфрам обеспечивает хорошую защиту от атмосферной коррозии при температуре окружающей среды. Он также обеспечивает устойчивость к воде и серной, азотной и плавиковой кислотам при комнатной температуре. Вольфрам известен своим высоким уровнем электропроводности.

Из-за своей превосходной термостойкости вольфрам часто используется для сварочных электродов и в производственных процессах, таких как нагревательные элементы, поддоны, радиационные экраны и испарительные лодочки.Его сильные электропроводящие свойства и износостойкость делают вольфрам ценным материалом для изготовления электрических контактов.

Молибден

Как и в случае с вольфрамом, Карл Вильгельм Шееле также сыграл значительную роль в открытии молибдена, которое также произошло в конце 18 века. Однако только в конце 19 века была разработана и доступна для коммерческого применения версия элемента, состоящая из 96 процентов чистого металла. В настоящее время молибден в основном используется в качестве легирующего элемента для стали в различных производственных процессах.

Молибден похож на вольфрам своей превосходной способностью проводить тепло и электричество, а также коррозионной стойкостью и износостойкостью. С точки зрения коррозионной стойкости молибден эффективен против плавиковой кислоты, йода и хлора. В чистом виде молибден обладает превосходной теплопроводностью. Наряду с его теплопроводностью это делает элемент ценным для использования в радиаторах. Фактически, теплопроводность молибдена значительно превышает теплопроводность железа, стали или никелевых сплавов.

Тантал

Еще одно открытие шведского химика, тантал, первоначально было идентифицировано Андерсом Густавом Экебергом в 1802 году. Этот элемент чрезвычайно редок — его примерно в 15 раз меньше, чем золота. Тантал чрезвычайно трудно растворяется и является одним из самых устойчивых к коррозии материалов, известных человеку. Он также химически инертен, что делает его полезным в производстве лабораторного оборудования. Тантал также иногда используется в качестве заменителя платины.Однако в основном его используют для производства конденсаторов в электронном оборудовании, таком как мобильные телефоны, компьютеры и системы видеоигр.

Как и все тугоплавкие металлы, тантал имеет высокую температуру плавления (5468°F и 3020°C), а также обладает высокой реакционной способностью. Из-за своей превосходной коррозионной стойкости тантал часто используется в производстве конденсаторов паров, многотрубных теплообменников и разрывных диафрагм. Карбиды тантала также могут быть добавлены к цементированным карбидам для производства твердых режущих инструментов, которые уменьшают трение и противостоят механическим ударам.Кроме того, когда тантал смешивается с некоторыми газами, высвобождающиеся газы используются при производстве электронных ламп.

Ниобий

Ниобий часто встречается вместе с танталом и обладает многими из тех же свойств и характеристик. Основное различие между ними заключается в том, что тантал примерно в два раза тяжелее. Первый известный процесс разделения ниобия и тантала произошел в Европе в середине 19 века. Его первоначальное использование было в виде сплава со сталью, которое остается его основным применением и по сей день.Другое распространенное применение ниобия — производство магнитов, используемых в научных исследованиях.

Легирование ниобия другими металлами, такими как железо, кобальт и никель, повышает присущие ему огнеупорные свойства без увеличения веса. Это делает ниобий чрезвычайно ценным в производстве продуктов аэрокосмической промышленности, таких как ракетные двигатели и газовые турбины, используемые в самолетах. Однако ниобий обладает плохой устойчивостью к окислению, что означает, что перед использованием в этих производственных процессах на него необходимо нанести покрытие.

Еще одним ключевым преимуществом ниобия является его универсальность. Он может быть изготовлен с различной прочностью и эластичностью. По сравнению с другими тугоплавкими металлами ниобий также имеет меньшую плотность и меньшее сечение тепловых нейтронов.

Рений

Рений был первоначально открыт в 1925 году. Сам по себе он не встречается — рениевая руда должна быть извлечена из других руд, таких как платина, танталит и молибденит. По температуре плавления рений уступает только вольфраму и углероду, а также обладает чрезвычайно высокой плотностью.

Это также единственный тугоплавкий металл, который не образует карбидов. Другие уникальные свойства рения:

  • Устойчив к воздействию серебра, цинка, олова и меди.
  • Может растворяться в расплавленном никеле и железе.

Рений мало подвержен коррозии в соленой воде и обеспечивает превосходную стойкость к соляной кислоте. Его часто сплавляют с другими металлами с целью повышения прочности на растяжение и пластичности.Основным примером является сварной шов молибден-рениевого сплава. Другие сплавы рения используются в различных производственных процессах, включая полупроводники, термопары, электрические контакты и термоэлектронные преобразователи.

Титан

Хотя титан не входит в число пяти основных тугоплавких металлов, он обладает многими обычными характеристиками тугоплавких металлов, такими как высокая температура плавления (3035°F) и превосходная стойкость к коррозии.Первоначально титан был обнаружен в конце 18 века, но только в середине 1950-х годов он получил широкое распространение в производстве.

Титан

также известен своим замечательным — и чрезвычайно ценным с точки зрения производства — сочетанием легкого веса и превосходной прочности. Легкость, прочность, термостойкость и коррозионная стойкость делают титан полезным для различных применений в аэрокосмической, морской и автомобильной промышленности.

Покрытие тугоплавкими и другими экзотическими металлами

Гальваника — это процесс, используемый для нанесения защитного покрытия на поверхность нижележащего металла, которая называется подложкой, с помощью метода, известного как электроосаждение.В традиционном процессе гальванического покрытия металлическую деталь или предмет помещают в водный раствор электролита, который содержит растворенные ионы металла, образующего покрытие. Затем подается электрический ток, который обеспечивает положительный электрический заряд ионов, в то время как подложка заряжена отрицательно. Это приводит к осаждению ионов на поверхность подложки.

Гальваника может использоваться для многих целей. Основная функция состоит в том, чтобы сделать основание более устойчивым к воздействию коррозии.Это также может сделать объект более электропроводным и улучшить его термостойкие свойства. Гальваническое покрытие может даже сделать деталь более эстетически привлекательной, например, когда золото, серебро или другой драгоценный металл наносятся на тусклую металлическую поверхность.

Гальваническое покрытие тугоплавкими металлами может отличаться от традиционного процесса нанесения покрытия тем, что в нем используется неводная среда, обычно расплавленные соли. Электролиз расплавленных солей позволяет получать соединения, состоящие из тугоплавких металлов.Гальванические покрытия могут содержать металлы в чистом виде или в виде различных сплавов или соединений тугоплавких металлов.

Электролиз расплавленной соли включает химическую реакцию, которая сопровождается переносом электрона. Процесс происходит в электрохимической ячейке, которая позволяет электрической энергии действовать как химическая функция для извлечения тугоплавкого металла из соединения. В процессе электролиза электрический ток проходит от анода через электролит к катоду.Катодный материал затем отделяется тугоплавким металлом.

За прошедшие годы были разработаны и другие экзотические процессы металлизации. Теперь более подробно рассмотрим процесс покрытия тугоплавких металлов титаном, вольфрамом и молибденом.

Покрытие титаном

Как и в случае с большинством тугоплавких металлов, покрытие титаном невозможно в обычной водной ванне. Он также не может быть покрыт металлом сам по себе. Один из эффективных процессов нанесения титанового покрытия включает использование сплава титана и азота для образования нитрида титана (TiN), который наносится либо физическим, либо химическим осаждением из паровой фазы, в отличие от традиционного гальванического покрытия.Хотя покрытие TiN очень тонкое, оно очень твердое и обладает высокой износостойкостью. Тонкость также позволяет легко поддерживать желаемые допуски во время нанесения покрытия.

Помимо исключительной износостойкости, покрытие из нитрида титана оценивается как очень хорошее с точки зрения биосовместимости. Производители медицинского оборудования часто используют покрытие TiN, чтобы свести к минимуму истирание скользящих деталей и компонентов и сохранить острые края хирургических инструментов. Другие области применения включают увеличение срока службы режущих инструментов и станков.Привлекательный золотой цвет покрытия TiN делает его подходящим для применений, где важна эстетическая привлекательность.

Покрытие вольфрамом

Вольфрам также не может быть покрыт сам по себе. Однако покрытие вольфрамом возможно и с другими металлами группы железа, особенно с никелем. Никель-вольфрам-фосфорный сплав может быть нанесен методом химического осаждения. В отличие от гальваники, химическое покрытие не требует подачи электрического тока.Вместо этого осаждение происходит посредством химической реакции.

Несмотря на то, что существует множество никелевых сплавов, полученных химическим способом, комбинация никеля и фосфора является наиболее распространенной для промышленных целей.

Сплав никель-фосфор-никель является относительно новым в отношении его использования в химическом осаждении, но его первые результаты были многообещающими. Процесс химического осаждения Ni-P-W включает создание гальванической ванны, состоящей из солей никеля, вольфрама и различных стабилизаторов, буферных и комплексообразующих агентов.В то время как фосфор увеличивает твердость покрытия, введение даже небольшого количества вольфрама может значительно повысить это свойство, а также его коррозионную стойкость. Увеличение твердости в конечном итоге улучшит износостойкость подложки.

Покрытие молибденом

Покрытие молибденом (Mo) может быть выполнено путем его сплавления с другими металлами. В частности, хромомолибденовый сплав может защитить подложку от износа и повысить ее коррозионную стойкость.Содержание Mo чрезвычайно низкое, обычно около одного процента. Тем не менее, были разработаны процессы импульсного покрытия, которые обеспечивают эффективное осаждение Cr-Mo с содержанием Мо до трех раз выше, при этом обеспечивая образование покрытий без трещин. При импульсной гальванике постоянный ток вводится в гальваническую ванну короткими импульсами, а не поддерживается постоянно.

Значения твердости до 900 KHM могут быть получены при использовании импульсного покрытия, в отличие от обычного покрытия постоянным током, что представляет собой увеличение почти на 20 процентов.Кроме того, использование низких частот импульсов приводит к увеличению концентрации молибдена в отложениях.

Услуги по нанесению огнеупорных покрытий от компании Sharretts Plating Company

Компания Sharretts Plating Company усовершенствовала процесс нанесения покрытия на различные тугоплавкие металлы. Например, мы можем наносить никель на титан, вольфрам или молибден. Мы также предлагаем ряд инновационных услуг по гальванике огнеупорных металлов, которые могут быть адаптированы к вашим производственным задачам.

Выбирая экзотические услуги по металлизации подложек от SPC, вы получаете преимущество 90-летнего опыта отделки металлов. Мы можем работать с вами, чтобы разработать индивидуальный процесс покрытия огнеупорным металлом, который будет соответствовать вашим производственным требованиям и бюджету. Как признанный лидер в области отделки металлов, вы можете рассчитывать на то, что мы разработаем процесс укладки огнеупорного металла, который повысит эффективность вашей работы и увеличит прибыль вашей компании.

Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о преимуществах покрытия огнеупорным металлом и получить ни к чему не обязывающее предложение по нанесению покрытия на экзотическую подложку.Мы также будем рады запланировать консультацию по покрытию на месте в удобное для вас время.

Дополнительные ресурсы:
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *