Вольфрам является самым тугоплавким из популярных металлов. Первый раз был получен в восемнадцатом веке, но промышленное применение настало намного позднее, с появлением технологии производства.
Главные характеристики
Как самый тугоплавкий металл, вольфрам имеет нестандартные свойства:
- Температура плавления вольфрама — приблизительно отвечает температуре солнечной короны — 3422 °С.
- Одновременно с этим, плотность чистого вольфрама ставит его в один ряд с очень плотными металлами. Его плотность фактически равна плотности золота — 19,25 г/см 3 .
- Проводимость тепла вольфрама зависит от температуры и может составлять от 0,31 кал/см·сек·°С при 20°С до 0,26 кал/см·сек·°С при 1300°С.
- Теплоемкость также близка к золоту и составляет 0.15·10 3 Дж/(кг·К).
Металл имеет кубическую объемноцентрированную кристаллическую решётку. Не обращая внимания на высокую твердость, вольфрам в нагретом состоянии очень пластичный и ковок, что дает возможность делать из него тонкую проволоку, имеющую большое применение.
Имеет серебристо-серый цвет, который не меняется на чистом воздухе, потому как вольфраму свойственна высокая устойчивость к продуктам химии, а с кислородом он реагирует только при температуре больше красного каления.
Химические свойства элемента, в основном, начинают возникать при нагревании выше нескольких сотен градусов. В традиционных условиях он не взаимодействует с большинством популярных кислот, помимо смеси плавиковой и азотной кислот.
В наличии конкретных окислителей может реагировать с расплавами щелочей. При этом для начала реакции требуется нагрев до температуры 400 — 500 °С, а дальше реакция идет бурно, с выделением тепла.
Некоторые соединения, особенно карбид вольфрама, обладают слишком высокой твердостью и находят использование в металлургическом производстве для обработки твёрдых сплавов.
Приведенные характеристики вольфрама формируют специфику сфер использования металла, как в чистом виде, так и в составе самых разных сплавов и химических соединений.
Вольфрам входит в состав многих огнеупорных сплавов в качестве легирующей добавки для увеличения твердости, температуры плавления и устойчивости к коррозии.
Близость плотности и теплоемкости вольфрама и золота в теории может послужить для фальшивки слитков золота, но это легко можно обнаружить при измерении электрического сопротивления и при переплавке золотого слитка.
Получение вольфрама
В чистом, самородном виде металл в природе не встречается. Большинство месторождений образовано оксидами. Содержание соединений в пересчете на чистый металл в рудном месторождении составляет 0.2 — 2%.
Устойчивость к продуктам химии и большая температура плавления допускают получение вольфрама из руды только во время использования нестандартных методик.
В основе множества методов промышленного получения вольфрама лежит регенерация металла из его оксида. Первая производственная стадия состоит в обогащении вольфрамосодержащей руды. После с помощью операций выщелачивания и восстановления получают оксид WO3, который возрождают до чистого металла в атмосфере водорода. Температура процесса будет примерно 700 °С.
В результате реакции выходит тонкодисперсный железный порошок. Большая температура плавления не дает возможность оформить металл в виде слитков, по этому порошок вольфрама в первую очередь подчиняют прессованию под большим давлением, а потом спекают в обстановке водорода, применяя нагрев до температуры 1300 °С. Через полученные бруски пропускают мощный переменный ток. В результате высокого переходного сопротивления между зернами металла происходит нагрев и плавление заготовки.
Чистку полученного слитка делают методом зонной плавки, сродни технологии получения сверхчистых полупроводников. Производство вольфрама по этой технология дает возможность получить металл большой степени чистоты без дополнительных операций чистки.
При изготовлении сплавов, все составляющие прибавляются еще перед стадией прессования порошка, потому как в последующем это сделать уже невозможно. В процессе прессовки, спекания и последующей отделки заготовки (прессование, прокатка) обеспечивается одинаковое распределение примесей в сплаве.
Обработка вольфрама выполняется при температуре около полутора тысяч градусов. При подобном нагреве металл становится очень пластичным и допускает ковку, штамповку. Тонкая проволока для спиралей ламп с нитью накала делается методом волочения. При этом кристаллы металлы находятся вдоль проволки, повышая ее крепость. Потому как к спиралям ламп предъявляют высоки требования по однородности, вольфрамовый кабель дополнительно подвергают операциям электрохимического полирования.
Использование вольфрама
Большинство сфер использования вольфрама применяют такие его качества, как большая температура плавления, плотность и эластичность. Вольфрам незаменим в таких областях:
- Чистый вольфрам, это единственный металл, который используется в нитях накаливания ламп освещения, радиолампах, кинескопах и других электровакуумных приборах;
- В чистом виде и в составе сплавов применяется при производстве сердечников подкалиберных бронебойных снарядов и пуль;
- Большая плотность вольфрама дает возможность делать роторы маленьких гироскопов ракетной техники и космических аппаратов;
- Изготовление неплавящихся электродов при аргонно-дуговой сварке;
- Устройства защиты от ионизирующих излучений из вольфрама эффектнее, чем классические свинцовые. Применение вольфрама выгодно с точки зрения экономии, не обращая внимания на намного большую цену, чем у свинца. Это потому, что расход вольфрама при тождестве технических специфик изделия гораздо меньше.
- Изделия из вольфрама не нуждаются в защите от ржавчины благодаря невысокой химической активности при нормальных условиях температур.
Сверла из вольфрама
Соединения вольфрама с углеродом более известны как «победит». Их высокая твердость применяется в режущих напайках металлообрабатывающих инструментов — резцов, сверл, фрез. Инструменты с победитовыми напайками применяются для обработки фактически любых материалов, начиная от дерева, где практически не требуют периодической заточки, до любых каменных пород. Для заточки победитовых инструментов нужны абразивные материалы с самой большой твердостью. Полностью этому соответствуют алмазные и эльборовые абразивные материалы имеющие наивысшую твердость среди всех популярных.
Победитовые напайки фиксируются к рабочим кромкам инструмента с помощью пайки медью. В качестве флюса применяется бура.
Карбид вольфрама используется в драгоценностях, например, в кольцах. Высокая твердость материала дает возможность сохранить блеск изделия в течение всего служебного срока.
Победит делают порошковым методом, применяя для закрепления кристаллом карбида вольфрама кобальт.
Сплавы на основе вольфрама
Сплавы вольфрама возможно получить исключительно методом порошковой металлургии. Это вызвано большой температурной разницей плавления входящих в состав сплава металлов. Порошки начальных составляющих после смешивания прессуются, а потом подвержены спеканию. В результате капиллярных сил более легкоплавкие металлы наполняют пространство между зернами вольфрама, организуя монолитный сплав. На границах зерен появляются твёрдые растворы элементов сплава.
Самое большое распространение получили сплавы вольфрама с медью, железом и никелем. Самые популярные сплавы ВНЖ и ВНМ в себя включают вольфрам — никель — железо и вольфрам — никель — медь.
Для достижения особенных параметров в состав входят также серебро, хром, кобальт и молибден.
Вольфрамовые сплавы находят использование для производства деталей и устройств, в которых важна большая плотность при малых больших размерах. Это самые разные противовесы, маховики, грузы центробежных регуляторов, сердечники пуль и снарядов.
Известно ненамного марок вольфрама. Первым делом, это технически чистый вольфрам — ВЧ.
Применяемые в промышленности марки вольфрама в большинстве случаев в себя включают определенные добавки. Материал, легированный лантаном, отмечается как ВЛ, иттрием — ВИ. Указанные легирующие добавки еще более совершенствуют механичные и технологичные качества металла.
Сплавы с рением — ВР5, ВР20 — применяются в производстве высокотемпературных термопар.
Легирование торием увеличивает эмиссионные свойства вольфрама, что очень важно во время изготовления катодов мощных электровакуумных ламп. Эта добавка также делает лучше способность к зажиганию электрической дуги при аргонно-дуговой сварке.
Сплавы вольфрама с медью и серебром применяются для создания контактов сильноточной коммутационной аппаратуры. Медь и серебро при большой проводимости электричества не обладают большой прочностью к механическим действиям. При прохождении высоких токов возможно расплавление контактных групп. Контакты из вольфрамовых сплавов свободны от данных недостатков, не взирая на несколько большее электрическое сопротивление.
Большая плотность сплавов дают возможность применять их для производства контейнеров для хранения радиоактивных веществ, экранов для защиты от ?-излучения.
Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
