Из всех используемых на сегодняшний день материалов самым тугоплавким можно назвать вольфрам. Он находится на 74 позиции периодической системы Менделеева, а также обладает множеством сходных особенностей с хромом и молибденом, которые находятся с ним в одной группе. На внешний вид вольфрам представлен в виде твёрдого вещества серого оттенка, с особым серебристым отблеском.
История открытия химического элемента
Вольфрам был открыт шведским химиком Карлом Шееле. Аптекарь по профессии, Шееле в своей маленькой лаборатории провел много замечательных исследований. Он открыл кислород, хлор, барий, марганец.
Незадолго до смерти, в 1781 году, Шееле — к этому времени уже член Стокгольмской Академии наук — обнаружил, что минерал тунгстен (впоследствии названный шеелитом) представляет собой соль неизвестной тогда кислоты. Спустя два года испанские химики братья д’Элуяр, работавшие под руководством Шееле, сумели выделить из этого минерала новый элемент — вольфрам, которому суждено было произвести переворот в промышленности. Однако это произошло через целое столетие.
Вольфрам — Самый ТУГОПЛАВКИЙ Металл На ЗЕМЛЕ!
В земной коре такой элемент находится в довольно маленьком количестве. В свободном виде он не встречается и может располагаться лишь в качестве минералов. В промышленном масштабе используют лишь его оксиды.
Характеристики металла
Особенная плотность металла даёт ему необычные характеристики. У него довольно невысокая скорость испарения, высокая точка кипения. По значению электрической проводимости вещество обладает низкими показателями, в отличие от меди сразу в три раза. Именно большой показатель плотности вольфрама ограничивает области его применения. Кроме всего этого, на применение вещества сильно влияет его повышенный показатель ломкости при низкой температуре, неустойчивостью окислению кислородом воздуха при воздействии незначительной температуры.
По внешним особенностям вещество имеет сильные сходства со сталью. Оно используется для активного изготовления различных сплавов, которые характеризуются высокой прочностью. Процесс обработки вольфрама происходит только во время воздействия повышенных температур.
19 300 — это показатель плотность вольфрама кг/м 3 при нормальных условиях использования. Металл способен создавать объёмно-концентрическую кубическую решётку. Обладает неплохим показателем теплоёмкости. Высокий температурный показатель плавления, который доходит до отметки в 3380 градусов Цельсия.
На механические особенности оказывает особое влияние его предварительная обработка. Если учитывать то, что плотность вольфрама 20 с 19,3 г/см3, то его можно легко довести до состояния монокристаллического волокна. Такое свойство следует применять во время получения из него особой проволоки. В условиях комнатной температуры металл обладает незначительным показателем пластичности.
Марки элемента
Маркировки бывают следующие:
- Не только показатель вольфрама, но и специальные добавки, применяются в металлургии, а также отражаются на марки такого металла. К примеру, ВА включает в себя полноценную смесь вольфрама с алюминием, а также кремнием. Для получения такой марки характерна повышенная температура начального процесса рекистраллизации, прочность после отжига.
- ВЛ характеризуется добавлением вещества в виде присадки оксида лантана, которая значительно увеличивает эмиссионные показатели металла.
- МВ — это сплав молибдена и вольфрама. Такой состав повышает общую прочность, которая продолжает сохранять особую пластичность металла после отжига.
Основные особенности
Для использования вольфрама в промышленности важно, чтобы он соответствовал таким показателям, как:
- электрическое сопротивление;
- общая температура плавления;
- коэффициент линейного расширения.
Чистое вещество имеет сильную пластичность, а также не может раствориться в специальном растворе кислоты без предварительного нагрева хотя бы до 500 градусов Цельсия. Оно способно очень быстро вступить в полноценную реакцию с углеродом, в результате которой произойдёт образование карбида вольфрама, имеющего высокий показатель прочности. А также такой металл известен своими оксидами, самым распространённым считается вольфрамовый ангидрид. Его главной особенностью можно назвать то, что он может формировать порошок в состояние компактного металла, побочное развитие низших оксидов.
Главные характеристики, которые делают использование вещества затруднительным:
- высокий показатель плотности;
- ломкость, а также склонность к процессу окисления при воздействии низких температур.
Кроме этого, высокий показатель кипения, а также место испарения значительно затрудняют процесс добычи полезного металла и материалов из него.
Использование вольфрама
Использование вольфрама встречается в следующих областях:
- Жаропрочные и износостойкие сплавы основываются на тугоплавкости вещества. В промышленности такие соединения химического вещества используются с хромом и кобальтом, которые по-другому именуются стеллитами. Их путём наплавки наносят на изнашиваемую область деталей у промышленных автомобилей.
- Тяжёлые и контактные сплавы — это смеси из серебра, меди, а также вольфрама. Их можно назвать очень эффективными контактными компонентами, именно по этой причине и применяются для производства рабочих деталей рубильников, электродов для создания точечной сварки, а также изготовления выключателей.
- В качестве проволоки, кованных изделий, а также ленты вольфрам используется в радиотехнике, в создании специальных электрических ламп, а также рентгенотехники. Именно такой химический элемент считается наилучшим металлом для изготовления спиралей, а также особых нитей для накаливания.
- Вольфрамовые прутики и проволока нужны для создания специальных электрических нагревателей для печей высокотемпературного типа. Нагреватели из вольфрама могут работать в атмосфере инертного газа, в вакууме, а также в водороде.
Сплавы, которые включают в себя вольфрам
На сегодняшний день можно найти большое количество однофазных сплавов из вольфрама. Это подразумевает использование как одного, так и сразу нескольких компонентов. Наибольшей популярностью пользуются соединения вольфрама, а также молибдена. Легирование таким веществам значительно повышает общую прочность вольфрама во время его активного растяжения. А также к однофазным сплавам можно отнести такие системы, как: графий, ниобий, цирконий.
Но при этом наибольшую пластичность элементу может придать рений, который сохраняет остальные показатели на характерном для него уровне. Но практическое использование такого соединения ограниченно особыми проблемами и в процессе добычи Re.
Так как металл можно назвать наиболее тугоплавким веществом, получить такие сплавы очень трудно традиционным путём. При температуре плавления вольфрама остальные металлы начинают активно закипать, а в некоторых случаях доходят до газообразного состояния. Современные технологии помогают получать большое число сплавов при помощи технологии электролиза. К примеру, вольфрам — никель — кобальт, который применяется не для изготовления целых деталей, а для того, чтобы нанести дополнительный слой защиты на менее прочные материалы и поверхности.
А также в промышленности всё ещё популярен метод получения вольфрамовых сплавов, которые применяют методы порошковой металлургии. В это время стоит создавать особые условия для протекания технологических процессов, который будет включать в себя наличие специального вакуума. Особенности взаимодействия остальных металлов и вольфрама делают наиболее предпочтительными соединения не парного типа, а с применением 3, 4-х и большего числа веществ.
Такие необычные сплавы будут отличаться от остальных особой прочностью и твёрдостью, но малейшее отклонение от процентного содержания веществ в металле того либо другого элемента может привести к развитию особой хрупкости у полученного сплава.
Способы получения вещества
Вольфрам, как и большое количество других элементов из редкой группы, нельзя просто так найти в природе. Именно по этой причине добыча такого металла не применяется в строительстве больших промышленных зданий. Сам процесс получения такого металла условно разделён на несколько стадий:
- добыча руды, которая включает в свой состав такой редкий металл;
- создание полноценных условий для дальнейшего выделения вольфрама из перерабатываемых компонентов;
- концентрирование материала в качестве раствора или же осадка;
- процесс очищения полученного вида химического соединения;
- процесс получения более чистого вещества.
Более сложным будет процесс изготовления компактного материала, например, вольфрамовой проволоки. Главная трудность такого вещества будет заключена в том, что запрещено допускать даже малейшее попадание в него особых примесей, которые способны резко ухудшить плавкие свойства и прочность металла.
Применение вольфрама
При помощи такого металла происходит активное создание нити накаливания, нагревателей, экраны вакуумных печей, рентгеновские трубки, которые нужны для использования в условиях повышенной температуры.
Сталь, легированная вольфрамом, обладает высокими качествами прочности. Готовая продукция из таких разновидностей сплавов применяется для создания инструментов широкого использования: бурение скважин, медицина, изделия для качественной обработки материалов в процессе машиностроения (особые режущие пластины). Главным достоинством таких соединений станет особая устойчивость к истиранию, небольшая вероятность развития трещин во время эксплуатации вещи. Самой известной в процессе строительства считается марка стали с применением вольфрама, которая имеет название победит.
Химическая промышленность также нашла в себе место для использования металла. Из него можно производить краски, пигменты и катализаторы.
Атомная промышленность применяет тигли из этого металла, а также специализированные контейнеры для хранения наиболее радиоактивных отходов.
О нанесении покрытия из элемента уже было указано выше. Оно используется для нанесения на такие материалы, которые работают при воздействии высоких температур в восстановительной, а также нейтральной среде, как специальная защитная плёнка.
А также есть такие прутки, которые применяются и в других сварках. Так как вольфрам неизменно продолжает оставаться самым тугоплавким металлом, то во время проведения сварочных работ он применяется со специальными присадочными проволоками.
Вольфрам в быту можно применять, главным образом, в электротехнической цели.
Именно его стоит использовать в качестве основного компонента (легирующий элемент) в процессе производства быстрорежущей стали. В среднем показатель содержания вольфрама варьируется от девяти до двадцати процентов. Кроме всего этого, он находится в составе инструментальной стали.
Такие разновидности стали используются во время производства свёрл, штампов, пуансонов и фрез. К примеру, быстрорежущие стали P6 M5 говорят о том, что сталь была легирована молибденом и кобальтом. Кроме этого, вольфрам включает в себя магнитные стали, которые стоит разделять на вольфрамокобальтовые и вольфрамовые разновидности.
Вещество в повседневной жизни в чистом виде почти невозможно встретить. Карбид вольфрама представлен в качестве соединения металла с углеродом. Соединение таких веществ отличается высокой твёрдостью, износостойкостью, а также тугоплавкостью. На базе карбида вольфрама можно создавать инструментальные, производительные твёрдые сплавы, которые имеют около 90 процентов вольфрама и около 10 процентов кобальта. Из твёрдых сплавов можно изготавливать режущие части как бугровых, так и режущих инструментов.
Главная область использования вольфрама — это сварка металлов. Из сварки можно создавать особые электроды, которые используют для другого типа сплавки. Получаемые электроды можно назвать неплавящимися.
Видео
Интересные факты о вольфраме вы можете узнать из этого видео.
Источник: liveposts.ru
Теплоёмкость и другие характеристики вольфрама, и где он используется
Вольфрам относится к переходным металлам — группе элементов, которые находятся в середине периодической таблицы. Высокая температура плавления — одно из необычных свойств вольфрама, она составляет 3410 °C. Это наибольшая точка плавления среди всех металлов. Ещё одно важное свойство — прочность на очень высоких температурах. Эти свойства определяют основное основную сферу, где используют вольфрам — изготовление сплавов.
Физические характеристики и химические свойства
Вольфрам — прочное твёрдое вещество, цвет которого колеблется от стального серого до почти белого. Его температура плавления самая высокая среди всех металлов — 3410 °C. Его плотность составляет около 19.3 грамма на кубический сантиметр. Этот материал очень хорошо проводит ток. Теплоёмкость вольфрама 134,4 Дж/(кг·град) и возрастает с увеличением температуры.
Электропроводность у него не столь велика и уступает электропроводности меди почти в 3 раза.
Это относительно неактивный металл. Не реагирует с кислородом при комнатной температуре. Он ржавеет при температурах свыше 400 °C. Слабо реагирует с кислотами, хотя растворяется в азотной кислоте.
Нахождение в природе и способы добывания
В природе не встречается в чистом виде. Наиболее распространённые руды, в которых он находится, шеелит и вольфрамит. Это один из наиболее редких элементов. В чистом виде может быть получен путём нагрева окиси вольфрама с алюминием. Он также получается в результате прохождения газообразного водорода через нагретую до высоких температур вольфрамовую кислоту.
Область применения
Существует много отраслей производства, где применяется вольфрам. Основная сфера применения — производство сплавов. Этот металл повышает твёрдость, прочность, упругость и улучшает способность растягиваться у различных видов стали.
Обычно его готовят в двух формах: ферровольфрам — сплав железа и вольфрама, он обычно содержит около 70−80% вольфрама. Ферровольфрам смешивается с другими металлами и сплавами (обычно со сталью) для производства специализированных соединений. И также он производится в порошкообразной форме. В дальнейшем его добавляют к другим металлам с целью получения новых соединений с улучшенными характеристиками .
Около 90% всех вольфрамовых сплавов используются в горнодобывающей промышленности, строительстве, а также электротехническом и металлообрабатывающем оборудовании. Эти сплавы используются для изготовления многих вещей: нагревательные элементы в печах (благодаря хорошей теплопроводности), деталей для самолётов и космических аппаратов; оборудования, используемого в телевизионной, радиолокационной и радиотехнике; высокопрочных свёрл; металлорежущих инструментов и аналогичного оборудования.
Небольшое количество вольфрама используется в лампах накаливания. Очень тонкий провод, который образует нить в лампах, сделан именно из него. Электрический ток проходит через эту нить и нагревает её, что заставляет её испускать свет. Он не плавится благодаря тому, что температура плавления вольфрама высока.
Также он используется, в таких приборах и элементах, как:
Кроме того, он применяется при металлообработке и добыче полезных ископаемых, а также для производства пигментов для красок.
Характеристика сплавов
Самое важное соединение — карбид вольфрама. У него очень высокая температура плавления — 2780 °C. Он используется для того, чтобы делать части электрических цепей, режущих инструментов, металлокерамики и «цементированного» карбида.
Металлокерамика — это материал из керамики и металла. Керамика — глинистый материал. Металлокерамику используют там, где очень высокие температуры воздействуют в течение длительного времени. Например, части ракетного или реактивного двигателя делаются именно из неё.
«Цементированный» карбид изготавливается путём соединения карбида вольфрама к другому металлу. Продукт очень прочен и остаётся прочным в условиях высоких температур. Именно «цементированные» карбиды используются для бурения тоннелей. Инструменты, сделанные из такого материала, могут работать на скоростях в 100 раз больше, чем аналогичные инструменты, сделанные из стали (к примеру, свёрла их такого материала могут выдержать большую температуру, чем свёрла из стали, а, следовательно, и интенсивность их использования может быть выше).
Интересные факты
Вольфрам — самый тяжёлый материал в инженерии, у него самая высокая точка плавления, самый высокий модуль упругости и самое низкое давление пара. Кроме того, он не окисляется на воздухе и сохраняет прочность при высоких температурах и растяжении. Это один из самых популярных цветных металлов, который не оказывается сильного воздействия на растения, людей или животных. В умеренных количествах он не опасен для здоровья.
Источник: obrabotkametalla.info
Вольфрам — что это, химические и физические свойства элемента
Вольфрам является наиболее тугоплавким из всех известных на текущий момент металлов. Он может варьироваться в зависимости от марки, каждая из которых характеризуется особыми свойствами. Главной характеристикой вольфрама считается температура плавления, которая и определяет область использования конкретного образца.
История открытия вольфрама
Вольфрам был открыт одновременно двумя специалистами в 1781 и 1783 году. Первым это сделал химик Шееле из Швеции, который решил использовать азотную кислоту для воздействия на шеелит. Вторыми были химики из Испании, которым также удалось повторить эксперимент и выделить чистый вольфрам.
Отдельного внимания заслуживает история становления названия данного металла. В переводе с латинского это название можно трактовать как «волчья пена», в немецком варианте перевода – «волчьи сливки». Подобное странное название объясняется тем, что в средние века вольфрам в значительной степени мешал выплавке олова, поскольку его попадание в плавильню вместе с оловянной рудой приводило к тому, что все металлы в ходе выплавки становились пеной шлаков. Именно в этот момент сложилась поговорка о том, что металл «ест олово как волк». По этой причине после своего открытия он и получил подобное название.
Основные характеристики вольфрама
Вольфрам обладает довольно широкой, но специфической областью применения, которая определяется его особыми характеристиками. Среди них можно выделить следующие:
- Сопротивление электрическому току;
- Коэффициент линейного расширения;
- Температура плавления.
Стоит отметить, что вольфрам в отсутствие примесей обладает крайне высокой пластичностью, к тому же его невозможно расплавить в кислотном растворе, если металл предварительно не будет нагрет минимум до 500 °C. В наиболее активную реакцию вольфрам вступает с углеродом, результатом подобного соединения является карбид вольфрама, отличающийся значительной прочностью. На втором месте по распространенности находятся оксиды вольфрама, наиболее используемым из них является вольфрамовый ангидрид. Несмотря на свои значительные преимущества, вольфрам также обладает некоторыми свойствами, которые существенно затрудняют его практическое использование:
- Высокая плотность;
- Склонность к окислению при низких температурах;
- Ломкость.
Сам факт добычи материала осложняется его высокой температурой кипения и испарения.
Температура плавления вольфрама составляет 3422 °C, температура кипения – 5555 °C. По своим магнетическим свойствам вольфрам относится к классу парамагнетиков. В чистом виде он характеризуется серебристо-белым цветом, который в значительной степени напоминает платину. Ковка вольфрама требует его разогрева минимум до 1600 градусов Цельсия. Для того чтобы перевести вольфрам в газообразное состояние, требуется температура в 13610 °C.
Способы получения вольфрама
В природе вольфрам встречается только в виде окисленных отложений либо в составе других минералов. Наиболее распространенными являются трехокиси вольфрама с кальцием, железом и марганцем. В более редких ситуациях в составе подобных смесей могут находиться медь или свинец.
Для того чтобы выделить вольфрам из минералов, насыщенных им, требуется проводить тщательный анализ грунтовых пород, где он имеется в небольшом процентном соотношении (обычно не превышает 2%).
На текущий момент из всех открытых месторождений вольфрама наиболее крупные находятся в США, Китае и Канаде. В год в среднем добывают 50 тысяч тонн этого металла.
Промышленный способ получения вольфрама подразумевает следование вполне конкретному алгоритму действий, который начинается с добычи руды и ее последующей доставки на соответствующее перерабатывающее предприятие. Первоначальный этап обработки подразумевает выделение триоксида из всей полученной руды, после чего он проходит процедуру восстановления, результатом которой является металлический порошок. Сама процедура восстановления требует значительного количества водорода, а также нагрева сырья до температуры в 700 °C. Впоследствии весь полученный порошок проходит прессование, нагрев до температуры в 1300 °C. Стоит отметить, что при повторном нагреве вновь задействуется значительное количество водорода, который формирует защитную атмосферу для прессованного порошка.
Области использования вольфрама
Практически половина всего производимого вольфрама используется для последующего создания твердых материалов, наиболее распространенным из которых является карбид вольфрама. Главная характеристика данного карбида заключается в том, что его температура плавления составляет 2770 °C.
В состав этого карбида входит одинаковое количество атомов вольфрама и углерода, которые формируют специфическое химическое соединение. Прочность данного соединения превышает аналогичный параметр стали в 2 раза, по шкале Мооса твердость достигает 9. Стоит отметить, что коэффициент Мооса для алмаза равен 10.
В связи с подобной повышенной прочностью карбида вольфрама он используется для изготовления специального технического оборудования, к примеру режущих инструментов, которые будут характеризоваться высокой стойкостью к изнашиванию, а также устойчивостью к высоким температурам. Другими сферами использования карбида вольфрама можно выделить создание оружия, а именно бронебойных боеприпасов, танковой брони. Широкое распространение карбид вольфрама также получил в авиастроении и строении космических кораблей и ракет. Из него изготавливаются основные компоненты фюзеляжа и двигателя. Атомная промышленность также невозможна без использования вольфрама.
Стоит отметить, что этот сплав используется даже в медицине, поскольку из него создают специальные хирургические инструменты, предназначенные для полостной хирургии. Дело в том, что подобные инструменты обладают значительно большей производительностью, чем обычная медицинская сталь.
В последнее время растет популярность карбида вольфрама при создании ювелирных изделий, в особенности свадебных колец. Все больше партнеров выбирают подобные кольца, поскольку свойства металла (тугоплавкость, устойчивость) должны символизировать аналогичную прочность отношений.
При этом это не все области использования вольфрама и его соединений. Существует множество других, менее распространенных сплавов, которые могут использоваться в качестве пигментов, катализаторов для создания других металлов или разновидностей инструментов.
Источник: metallolomresurs.ru