Вольфрам металл: описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Содержание

описание металла, свойства, сферы применения и месторождения

Металл получил название от минерала вольфрамита («Wolf Rahm» с немецкого). Минерал весил немало, и в Швеции горняки назвали его «тунг стен» — тяжелый камень.

Во Франции, США и Великобритании для вольфрама используют название «tungsten».

Как его нашли

История открытия связана со шведским химиком К.В. Шееле. Из неизученного минерала он выделил неизвестную «тунгстеновую» кислоту (WO3·h3O). Братья Элюар выделили из её солей новый элемент. Поскольку работали они с вольфрамитом, то  назван был элемент вольфрамом.

Вольфрамовые стержни с кристаллическими наростами

Свойства

Вольфрам относится к переходным металлам. Имеет серебристо-серый цвет. В периодической таблице Менделеева расположен в VI группе и носит атомный № 74.

Физические свойства металла:

  • плотность 19,25 г/см3;
  • кристаллическая структура объемноцентрированная, кубическая;
  • парамагнитен;
  • температура плавления 3422 °C;
  • цвет искры — желтый, дает пучок коротких прерывистых искр;
  • число стабильных изотопов 4.

Некоторые свойства вольфрама уникальны. Тугоплавкость — визитная карточка вольфрама, ею он отличается от других металлов.

Свойства атома
Название, символ, номерВольфра́м / Wolframium (W), 74
Атомная масса
(молярная масса)
183,84(1)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация[Xe] 4f14 5d4 6s2
Радиус атома141 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус170 пм
Радиус иона(+6e) 62 (+4e) 70 пм
Электроотрицательность2,3 (шкала Полинга)
Электродный потенциалW ← W3+ 0,11 В
W ← W6+ 0,68 В
Степени окисления6, 5, 4, 3, 2, 0
Энергия ионизации
(первый электрон)
 769,7 (7,98) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н.  у.)19,25[2] г/см³
Температура плавления3695 K (3422 °C, 6192 °F)[2]
Температура кипения5828 K (5555 °C, 10031 °F)[2]
Уд. теплота плавления285,3 кДж/кг
52,31[3][4] кДж/моль
Уд. теплота испарения4482 кДж/кг 824 кДж/моль
Молярная теплоёмкость24,27[5] Дж/(K·моль)
Молярный объём9,53 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решёткикубическая
объёмноцентрированная
Параметры решётки3,160 Å
Температура Дебая310 K
Прочие характеристики
Теплопроводность(300 K) 162,8[6] Вт/(м·К)
Номер CAS7440-33-7

Не доказано: есть предположение, что сиборгий (изотоп нестабилен, период полураспада его всего 0,01 секунды) более тугоплавок.

Месторождения и добыча

Для промышленной добычи пригодны вольфрамиты (гюбнерит, ферберит) и шеелит.

Классификация месторождений:

  • штокверковый вольфрамитовый;
  • штокверковый шеелитовый;
  • жильный вольфрамитовый;
  • скарново-шеелитовый.

Крупнейшими запасами вольфрамовых руд обладают:

  • Китай;
  • Канада;
  • Россия;
  • Австралия;
  • США.

Российские запасы вольфрамовых руд происхождением из коренных месторождений.

Получение

Промышленное получение металла из руды предваряется обогащением. Это дробление, шлифовка, флотация. Затем из концентрата выделяют WO3, который затем восстанавливают до металла водородом при температуре около 700°С.

Компактный вольфрам получают:

  1. Методом порошковой металлургии. Достоинство метода — возможность равномерного введения присадок.
  2. Электронно-лучевая плавка, или плавка в электро-дуговых печах.
    Достоинство метода — возможность получать крупные (до 3 тонн) заготовки металла.

Вольфрамовый порошок

Сплавы

Присадки меняют характеристики полученных сплавов.

Марка российского сплаваПрисадки
ВД-20 80% вольфрама, 20% меди
ВНЖ-95 3% никеля, 2% железа
ВНМ 2-1 2% никеля, 1% меди
ВНЖ 7-3 7% никеля, 3% железа
ВД-30 70% вольфрама, 30% меди
ВНЖ-97.5 1.5% никеля, 1% железа

Плюсы и минусы металла

ПреимуществаНедостатки
Электрическое сопротивлениеВысокая плотность
Температура плавленияСлабая сопротивляемость окислению
Коэффициент линейного расширенияЛомкость при низких температурах

Применение

В применении тугоплавкого металла соперничают металлообрабатывающая, нефтехимическая, мебельная промышленности.

Вольфрам используют в производства электродов для аргонно-дуговой сварки.

Качественная быстрорежущая сталь почти всегда имеет в составе вольфрам.

Светящаяся нить накаливания в осветительных лампах, аноды и катоды в электронных приборах — это чистый вольфрам.

Вольфрамовые нити накаливания

Победит, известный советский сплав, на 90% состоит из карбида вольфрама (WC). Победитовые сверла известны многим «рукодельным» мужчинам.

Металл входит в состав тяжелых сплавов, которые применяют в производстве бронебойных снарядов, гироскопов для баллистических ракет.

Начали осваивать и ювелиры тяжелый металл — он гипоаллергенный, тяжелый и прочный.

К сведению: у вольфрама и золота плотности почти одинаковые. Это использовали жуликоватые мастера, «начиняя» золотые слитки дешевым вольфрамом.

Наночастицы WO3 нашли применение в медицине. Их антимикробные свойства используют для очистки сточных вод. В компьютерной томографии наночастицы WO3 применяют, как контрастный агент.

Цена вопроса

Средняя цена тонны Mo на конец июня 2020 года составила 24120-24600 долларов США.

свойства, месторождения и способы получения, области применения

Вольфрам (от латинского Wolframium) — химический элемент с относительной атомной массой 183,84. В периодической таблице Менделеева он обозначен символом W, принадлежит к шестой группе и имеет атомный номер 74. В обычных условиях существует в виде твёрдого блестящего серебристо-серого металла, тяжёлого и тугоплавкого.

Химически стоек к большинству кислот и царской водке, растворим в перекиси водорода и смеси плавиковой и азотной кислот. Он практически неразрушим и применяется везде, где надо работать с высокими температурами, выполнять сварку и вытягивать металлические нити.

Происхождение названия

Имя Wolframium произошло от известного с XVI века минерала вольфрамит, что в переводе с немецкого звучало как «волчий крем».

При выплавке олова из его руд, содержавших вольфрам, между ними происходила реакция с усиленным пенообразованием, поэтично описанная так: «Олово пожирал, как волк пожирает овцу». В XVIII веке шведский химик Шеелер при обработке минерала тунгстена азотной кислотой обнаружил в продуктах реакции неизвестное серое вещество с серебристым отливом. Исходный минерал позже переименовали в шеелит, а новый элемент стал называться вольфрамом. До сих пор у американцев, англичан и французов существует его старинное шведское обозначение «тяжёлый камень».

Месторождения и способы получения

Этот элемент относится к группе очень редких металлов и в природе встречается в виде сложных кислородных соединений с железом, марганцем, кальцием, свинцом, медью и редкоземельными элементами. Эти минералы входят в состав гранитных пород, а концентрация чистого вещества не превышает 2%. Самые большие месторождения обнаружены в Казахстане, Китае, Канаде и США. Добычей занимаются также Боливия, Португалия, Россия, Узбекистан и Южная Корея.

При получении вольфрама сначала обогащают его руду и отделяют ценные компоненты от пустой породы. Метод обогащения — измельчение и флотация с последующей магнитной сепарацией и окислительным обжигом. Готовый концентрат спекают с содой, при этом получается растворимый вольфрамит натрия, или выщелачивают содовым раствором в автоклавах при высоких температурах под давлением, нейтрализуют и осаждают в виде вольфрамата кальция.

Из них уже выделяют очищенные от большинства примесей окиси вольфрама, которые потом при температурах около 700 °C восстанавливают водородом. Так получается наиболее чистый порошкообразный вольфрам. Для придания порошку сплошной волокнистой структуры его прессуют в токе водорода, постепенно увеличивая температуру почти до границ плавления, чтобы металл стал пластичным и ковким.

Физические и химические свойства

Металл имеет объёмно-центрированную кубическую кристаллическую решётку, обладает парамагнитными свойствами и устойчивостью к вакууму. Температура плавления вольфрама составляет 3422 °C, кипения 5555 °C, его плотность равна 19,25 г/см³, твёрдость 488 кг/мм² по Бринеллю. В чистом виде он напоминает платину, а при температурах около 1600 °C вытягивается в тонкую нить. Проявляет высокую коррозионную стойкость, при нормальных условиях не изменяется в воде и на воздухе, а при нагревании до температуры красного каления (около 500 °C) образует шестивалентный оксид.

Вольфрам не взаимодействует с концентрированной соляной и разбавленной серной кислотой. Его поверхность слегка окисляется царской водкой и азотной кислотой.

Он растворяется в перекиси водорода, в смеси фтористоводородной и азотной кислот, в присутствии окислителей вступает в реакцию со щелочами, выделяя большое количество тепла. Легко соединяется с углеродом, образуя высокопрочный карбид, однако, при низких температурах металл быстро окисляется и становится ломким. Наиболее часто используются:

  • триоксиды, называемые вольфрамовыми ангидридами;
  • соли, образующие полимерные анионы;
  • перекисные соединения;
  • соединения с серой, галогенами и углеродом.

Области применения

Для металлургии вольфрам — основа тугоплавких материалов. На Всемирной Парижской выставке в 1900 году публике впервые была показана сталь с его добавками. Высокая температура плавления и пластичность сделали металл незаменимым в изготовлении нитей для ламп накаливания и других вакуумных трубок, покрытия транзисторов, используемых в жидкокристаллических дисплеях, а также электродов для аргонной сварки. Большая плотность вольфрама позволила ему стать основой деталей баллистических ракет, бронебойных пуль и снарядов в артиллерии.

Сплавы вольфрама, произведённые методом порошковой металлургии, отличаются твёрдостью и жаропрочностью, кислотостойкостью и устойчивостью к истиранию. Они обязательные компоненты лучших марок высоколегированных сталей, где буквы в названии обозначают состав:

  • WA — соединение вольфрама с алюминием и кремнием. Характеризуется повышенной температурой начальной рекристаллизации, прочностью после отжига.
  • WCu — композиция с медью используется для изготовления высоковольтных выключателей и транзисторов, в установках радиолокации и биполярной электронике.
  • WL — добавка оксида лантана увеличивает эмиссионные свойства.
  • WLZ — вольфрам c оксидом лантана и оксидом циркония — идеальный материал для электродов, работающих под высоким напряжением.
  • WZ — вольфрам с оксидом церия используют как материал для сварочных электродов. Увеличиваются характеристики зажигания и срок службы.
  • WM — сплав вольфрама и молибдена. Имеет высокую прочность и помогает сохранить пластичность после отжига.
  • WK — вольфрам с добавкой калия получает хорошую размерную стабильность и сопротивление ползучести.
  • WRe — легирование рением даёт возможность термоэлементам, сделанным из такой стали, работать при температурах более 2000 °C.

Уникальные свойства позволяют изготавливать лучшие инструменты для хирургии, танковую броню и оболочки снарядов, пластины для бронежилетов, ответственные части авиационной и авиакосмической промышленности, контейнеры для радиоактивных отходов, ёмкости для выращивания кристаллов сапфиров. Карбид вольфрама — основа композитных материалов с гордым названием «победит», его используют для обработки металлов в машиностроении, горнодобывающей промышленности, для бурения скважин. В вакуумных печах нагревательные элементы термопары изготовлены из вольфрамовых сплавов.

Его соединения получили распространение как катализаторы и пигменты в различных производствах химической и лакокрасочной промышленности. Применение вольфрамовых солей дисульфидов в качестве высокотемпературной смазки связано с образованием аморфной плёнки серы, которая покрывает трущиеся металлические поверхности. Монокристаллы других вольфраматов используют для нужд ядерной физики, они детекторы радиоактивных излучений. Среди традиционных ювелирных украшений уверенно расширяют свою нишу изделия из карбида вольфрама. Их полированная поверхность прекрасно отражает свет и называется «серым зеркалом», которое невозможно поцарапать, изогнуть и сломать.

Биологическая роль

Вольфрам не имеет большого биологического значения. У некоторых бактерий обнаружены ферменты, его содержащие. Поэтому появились гипотезы, что вольфрам участвовал в возникновении жизни на ранних этапах. Ювелирные украшения из него не вызывают аллергических реакций, а металлическая пыль вольфрама при вдыхании раздражает слизистые органов носоглотки и гортани человека.

карбид, оксид, сплавы. Свойства и температура плавления

Вольфрам считается самым тугоплавким из известных металлов. Впервые был получен в 18 веке, но промышленное использование началось гораздо позже, с развитием технологии производства.

Вольфрам

Основные характеристики

Как самый тугоплавкий металл, вольфрам имеет специфические свойства:

  • Температура плавления вольфрама — примерно соответствует температуре солнечной короны — 3422 °С.
  • Вместе с этим, плотность чистого вольфрама ставит его в один ряд с наиболее плотными металлами. Его плотность практически равна плотности золота — 19,25 г/см3.
  • Теплопроводность вольфрама зависит от температуры и составляет 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 0.15·103 Дж/(кг·К).

Металл имеет кубическую объемноцентрированную кристаллическую решетку. Несмотря на высокую твердость, вольфрам в нагретом состоянии очень пластичен и ковок, что позволяет изготавливать из него тонкую проволоку, имеющую широкое применение.

Вольфрамовая проволока

Имеет серебристо-серый цвет, который не меняется на открытом воздухе, поскольку вольфраму присуща высокая химическая стойкость, а с кислородом он реагирует только при температуре выше красного каления.

Химические свойства элемента, как правило, начинают проявляться при нагреве выше нескольких сотен градусов. В обычных условиях он не взаимодействует с большинством известных кислот, кроме смеси плавиковой и азотной кислот.
В присутствии определенных окислителей может реагировать с расплавами щелочей. При этом для начала реакции требуется нагрев до температуры 400 — 500 °С, а далее реакция идет бурно, с выделением тепла.

Некоторые соединения, особенно карбид вольфрама, обладают очень высокой твердостью и находят применение в металлургическом производстве для обработки твердых сплавов.

Приведенные характеристики вольфрама определяют специфику областей применения металла, как в чистом виде, так и в составе различных сплавов и химических соединений.
Вольфрам входит в состав многих жаростойких сплавов в качестве легирующей добавки для повышения твердости, температуры плавления и коррозионной стойкости.
Близость плотности и теплоемкости вольфрама и золота теоретически может служить для подделки золотых слитков, однако это легко можно выявить 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%.
Химическая стойкость и высокая температура плавления допускают получение вольфрама из руды только при использовании специфических методик.

Вольфрамовые прутки

В основе большинства методов промышленного получения вольфрама лежит восстановление металла из его оксида. Первая стадия производства состоит в обогащении вольфрамосодержащей руды. Затем при помощи операций выщелачивания и восстановления получают оксид WO3, который восстанавливают до чистого металла в атмосфере водорода. Температура процесса составляет около 700 °С.

В результате реакции получается тонкодисперсный металлический порошок. Высокая температура плавления не позволяет оформить металл в виде слитков, поэтому порошок вольфрама сначала прессуют под высоким давлением, а затем спекают в среде водорода, используя нагрев до температуры 1300 °С. Через полученные бруски пропускают мощный электрический ток. В результате высокого переходного сопротивления между зернами металла происходит нагрев и плавление заготовки.

Очистку полученного слитка производят методом зонной плавки, подобно технологии получения сверхчистых полупроводников. Производство вольфрама по данной технология позволяет получить металл высокой степени чистоты без дополнительных операций очистки.

При производстве сплавов, все составляющие добавляются еще перед стадией прессования порошка, поскольку в дальнейшем это сделать уже невозможно. В процессе прессовки, спекания и дальнейшей обработки заготовки (прессование, прокатка) обеспечивается равномерное распределение примесей в сплаве.

Вольфрам

Обработка вольфрама производится при температурах около полутора тысяч градусов. При таком нагреве металл становится очень пластичным и допускает ковку, штамповку. Тонкая проволока для спиралей ламп накаливания изготавливается методом волочения. При этом кристаллы металлы располагаются вдоль проволоки, повышая ее прочность. Поскольку к спиралям ламп предъявляются высоки требования по однородности, вольфрамовый провод дополнительно подвергают операциям электрохимического полирования.

Применение вольфрама

Большинство областей применения вольфрама используют такие его качества, как высокая температура плавления, плотность и пластичность. Вольфрам незаменим в следующих областях:

  • Чистый вольфрам, это единственный металл, который применяется в нитях накаливания осветительных ламп, радиолампах, кинескопах и прочих электровакуумных приборах;
  • В чистом виде и в составе сплавов используется при производстве сердечников подкалиберных бронебойных снарядов и пуль;
  • Высокая плотность вольфрама позволяет изготавливать роторы малогабаритных гироскопов ракетной техники и космических аппаратов;
  • Изготовление неплавящихся электродов при аргонно-дуговой сварке;
  • Устройства защиты от ионизирующих излучений из вольфрама эффективнее, чем традиционные свинцовые. Использование вольфрама экономически выгодно, несмотря на более высокую стоимость, чем у свинца. Это вызвано тем, что расход вольфрама при тождестве технических характеристик изделия намного меньше.
  • Изделия из вольфрама не нуждаются в защите от коррозии благодаря низкой химической активности при нормальных температурных условиях.

Сверла из вольфрама

Соединения вольфрама с углеродом более известны как «победит». Их высокая твердость используется в режущих напайках металлообрабатывающих инструментов — резцов, сверл, фрез. Инструменты с победитовыми напайками используются для обработки практически любых материалов, начиная от древесины, где почти не требуют периодической заточки, до любых пород камня. Для заточки победитовых инструментов требуются абразивы с самой высокой твердостью. В полной мере этому соответствуют алмазные и эльборовые абразивы имеющие самую высокую твердость среди всех известных.

Победитовые напайки крепятся к рабочим кромкам инструмента при помощи пайки медью. В качестве флюса используется бура.

Карбид вольфрама используется в ювелирных изделиях, в частности, в кольцах. Высокая твердость материала позволяет сохранить блеск изделия в течение всего срока службы.

Победит изготавливают порошковым методом, используя для скрепления кристаллом карбида вольфрама кобальт.

Сплавы на основе вольфрама

Сплавы вольфрама возможно получить исключительно методом порошковой металлургии. Это вызвано большой разницей температур плавления входящих в состав сплава металлов. Порошки исходных составляющих после смешивания прессуются, а затем подвергаются спеканию. В результате капиллярных сил более легкоплавкие металлы заполняют пространство между зернами вольфрама, образуя монолитный сплав. На границах зерен образуются твердые растворы компонентов сплава.

Наибольшее распространение получили сплавы вольфрама с медью, железом и никелем. Самые распространенные сплавы ВНЖ и ВНМ включают в себя вольфрам — никель — железо и вольфрам — никель — медь.

Для достижения особых характеристик в состав могут входить также серебро, хром, кобальт и молибден.

Вольфрамовые сплавы находят применение для изготовления деталей и устройств, в которых важна высокая плотность при малых габаритных размерах. Это всевозможные противовесы, маховики, грузы центробежных регуляторов, сердечники пуль и снарядов.

Известно не очень много марок вольфрама. В первую очередь, это технически чистый вольфрам — ВЧ.

Используемые в промышленности марки вольфрама обычно включают в себя некоторые добавки. Материал, легированный лантаном, обозначается как ВЛ, иттрием — ВИ. Указанные легирующие добавки еще более улучшают механические и технологические качества металла.

Сплавы с рением — ВР5, ВР20 — используются в производстве высокотемпературных термопар.

Легирование торием повышает эмиссионные свойства вольфрама, что особенно важно при изготовлении катодов мощных электровакуумных ламп. Данная добавка также улучшает способность к зажиганию электрической дуги при аргонно-дуговой сварке.

Сплавы вольфрама с медью и серебром используются для изготовления контактов сильноточной коммутационной аппаратуры. Медь и серебро при высокой электропроводности не обладают высокой механической прочностью. При прохождении высоких токов возможно расплавление контактных групп. Контакты из вольфрамовых сплавов свободны от этих недостатков, не смотря на несколько большее электрическое сопротивление.

Высокая плотность сплавов позволят использовать их для изготовления контейнеров для хранения радиоактивных веществ, экранов для защиты от γ-излучения.

Вольфрам | Мир металлов

Вольфрам — самый тугоплавкий металл. Автор открытия — шведский химик К.В.Шееле, который в 1781 г. из минерала вольфрамит выделил оксид неизвестного металла. Чистый металл был получен через 3 года.

Почти 100 лет вольфрам не находил промышленного применения: высокая температура плавления сдерживала его проникновение в технику. Первый шаг в промышленность был сделан в 1856 г.- легирование инструментальной стали вольфрамом (до 5 %) позволило повысить скорость резания на токарных станках с 5 до 8 м в минуту. Вторая половина XIX в. характеризуется интенсивным развитием станкостроения. Растущий спрос на различные машины требовал от машиностроителей повышения качества машин и их рабочей скорости. Вольфрам в повышении скорости резания дал первый импульс.

К началу XX в. скорости резания были доведены до 35 м в минуту благодаря сложному легированию вольфрамом, молибденом, хромом и ванадием. В дальнейшем скорости резания увеличились до 60 м в минуту, и человек понимал, что это почти предел. А каким путем идти дальше? Ученым помог тот же вольфрам, но уже в виде карбидов в союзе с другими металлами и карбидами других металлов. В настоящее время скорость резания 2000 м в минуту уже не является сенсацией!

Сказал свое веское слово вольфрам и в истории совершенствования электрической лампы накаливания. До 1898 г. угольная нить накаливания господствовала безраздельно. Просто, дешево, но… недолговечно. С 1898 г. появился конкурент — осмий, с 1903 г.- тантал. Но с 1906 г. вольфрам вытеснил всех своих предшественников и превосходно служит человеку и по сей день. Для повышения жаростойкости вольфрам покрывают рением или торием, а иногда, в особо ответственных случаях, нить накаливания изготовляют из сплава вольфрама с рением. Дело в том, что вольфрам при высоких температурах начинает испаряться, т. е. фольфрамовая нить становится все тоньше, тоньше… Рений уменьшает эффект испарения раз в пять!

В начале нашего столетия вольфрам стал применяться в производстве военной техники. Эффективность ряда показателей орудийной стали, броневой защиты, бронебойных снарядов повышалась при легировании стали вольфрамом. Например, пушки 1914 г. выдерживали до 6000 выстрелов, а пушки из стали с вольфрамом (до 10 %,) обеспечивали более 20 000 выстрелов.

Какие же особенные свойства присущи вольфраму, свойства, которые перевели его с самого начала промышленного применения в разряд стратегических металлов? То, что он самый тугоплавкий, мы уже знаем. Именно это свойство позволяет вольфраму работать нитью накаливания, а это температура 2500 °С.

Он обладает большой прочностью при обыкновенной и высокой температурах. Например, при нагреве железа и сплавов на его основе до 800 °С прочность их снижается более чем в 20 раз, а прочность вольфрама — только в 3 раза. При температуре 1500 °С, когда о прочности стали вести речь не имеет смысла, вольфрам имеет прочность железа при обыкновенной температуре.

В настоящее время свыше 80 % мирового производства вольфрама используется в металлургии качественных сталей. Более половины машиностроительных сталей содержат вольфрам (до 1,5%). Например, стали 30ХН2ВФА, 36ХН1ВФА применяются для деталей турбин, редукторов и компрессорных машин (валы, зубчатые колеса, цельнокованые роторы), стали ЗОХНВА, 40ХНВА, 38ХНЗВА — для коленчатых валов, клапанов, шатунов, муфт. В комплексе с другими легирующими элементами вольфрам увеличивает прокаливаемость стали, способствует получению мелкозернистой структуры, повышает твердость и прочность.

Безусловно, вольфрам должен быть основой в создании особо жаропрочных сплавов. Безусловность объясняется тем, что вольфрам является единственным металлом, способным выдерживать значительные нагрузки при температурах выше температуры плавления железа; вольфрам и его соединения обладают высокой прочностью и исключительно высоким модулем упругости, которые превосходят указанные свойства всех остальных тугоплавких металлов и их соединений.

Однако вольфраму при всех его достоинствах присущи и отрицательные качества. Во-первых, жаропрочные вольфрамовые сплавы отличаются пониженным сопротивлением окислению при температурах выше 700 °С, т. е. они требуют соответствующей защиты. Во-вторых, вольфрамовые сплавы имеют низкую пластичность при температурах ниже 500 °С. Кроме того, он исключительно дефицитен. Его необходимо занести в «Красную книгу», иначе вольфрам может практически остаться только в виде тех изделий и деталей, которые человек успел сделать.

Выпускаемый нашей промышленностью сплав вольфрама с 2 % тория — торированный вольфрам — имеет предел прочности 70 МПа при температуре 2420 °С. Это немного, но только пять металлов (включая вольфрам) при этой температуре остаются в твердом состоянии: молибден, имеющий температуру плавления 2625 °С; технеций — пока еще рано говорить о ближайшей перспективе применения сплавов на его основе; рений и тантал — их самые высокопрочные сплавы показывают прочность при указанной температуре на порядок меньше. Так что при температурных условиях эксплуатации 2400- 2600 °С остается один-единственный претендент — вольфрам. Поэтому, если по температурным условиям можно еще обойтись без этого дефицитного металла, ищут заменители вольфрама.

Но есть детали сборочных единиц, где достойные заменители вольфрама пока не найдены. Это нити накаливания осветительных ламп, аноды дуговых ламп постоянного тока, сварочные электроды аргонно-дуговой и атомно-водородной сварок, нагревательные элементы печей сопротивления для температур выше 2000 °С, контакты мощных электрических установок, высокотемпературные (до 2500 °С) термопары.

Вольфрам и его сплавы находят применение в таких отраслях техники, как авиационное двигателестроение, ракетостроение, космическая и атомная техника. Это реактивные сопла, вставки критических сечений ракетных двигателей, носовые части ракет, детали реакторов атомных двигателей, тепловая защита космических летательных аппаратов (защитные свойства вольфрама на 50 % выше, чем свинца).

В производстве сплавов на основе вольфрама есть особенность, обусловленная его тугоплавкостью. При температуре плавления вольфрама многие металлы превращаются в газы или сильно летучие жидкости. Поэтому сплавы, содержащие вольфрам, получают методами порошковой металлургии: смесь порошков металлов прессуют, спекают и подвергают дуговой плавке в электродных печах. Иногда спекают вольфрамовый порошок и пропитывают его жидким расплавом другого металла -. получают так называемые псевдосплавы. Так получают псевдосплавы из вольфрама, меди и серебра для контактов электрических установок; их долговечность в 6-8 раз выше медных контактов.

Перспективы вольфрама удивительны. Во-первых, он, как и никель, работает на «огненных рубежах». Замена никеля вольфрамом приводит к повышению параметров энергетических установок и, как следствие, к увеличению коэффициента полезного действия. Во-вторых, вольфрам выдерживает самые тяжелые условия работы. В 1967 г. читатели журнала «Наука и жизнь» получили сенсационную информацию: «Абсолютный потолок прочности — теоретический предел, предсказанный наукой для земных веществ,- достигнут. Советские физики создали материал, каждый квадратный сантиметр которого выдерживает небывалую нагрузку — 230 т». Такую прочность получили харьковские физики под руководством профессора Р. Гарбера при испытании нитевидного кристалла вольфрама. Следует отметить, что предел прочности «чемпиона» по данному параметру осмия был в 10 раз меньше. «Я думаю,- заявил профессор Р. Гарбер,- нам удалось достичь естественного предела прочности твердых тел вообще».

Таким образом, не только самые жаропрочные сплавы будет возглавлять вольфрам, но и самые высокопрочные.

Мировое производство вольфрама составляет около 100 тыс. т, цена 1 кг 40-60 р.

Что такое вольфрам? (с иллюстрациями)

Вольфрам — металлический химический элемент, относящийся к переходным металлам периодической таблицы элементов. Он хорошо известен своей прочностью и долговечностью, что делает его чрезвычайно полезным в широком спектре промышленных применений. Некоторые потребители также владеют продуктами, содержащими вольфрам или произведенными из металла. Основными мировыми источниками этого элемента являются Россия, Австрия, Китай и Португалия, где он добывается из таких минералов, как шеелит и вольфрамит.

Вольфрам используется в качестве нити накаливания в лампах накаливания.

Этот элемент не встречается в природе в чистом виде. Когда он изолирован, вольфрам представляет собой очень твердый, хрупкий металл от серого до белого цвета, который чрезвычайно устойчив к коррозии.У него самая высокая точка плавления и предел прочности на разрыв среди всех металлов, а также самая низкая точка давления пара. Металл обозначен символом W в периодической таблице элементов, что является ссылкой на его альтернативное название, вольфрам. Атомный номер вольфрама 74.

Из-за его высокой прочности на разрыв и температуры плавления вольфрам используется для изготовления многих тяжелых инструментов.

Люди знали о существовании вольфрама по крайней мере с начала 1700-х годов, когда наблюдатели заметили, что металл взаимодействует с оловом. В 1784 году братьям де Эльхуяр удалось выделить его в Испании, используя вольфрамовую кислоту, извлеченную из вольфрамита. Вольфрам традиционно считался очень ценным металлом, поскольку его долговечность и прочность делают его чрезвычайно полезным для использования в военных и промышленных целях.Название элемента происходит от шведского tung , или «тяжелый», и sten , что означает «камень».

Вольфрам обозначается символом W в периодической таблице элементов, а его атомный номер 74.

Одно из самых известных применений вольфрама — это нить накаливания в лампах. Металл также используется в ряде сплавов для повышения их твердости и прочности на разрыв. Его используют во многих конструкционных металлических сплавах, поскольку металл имеет чрезвычайно высокую температуру плавления, а также этот элемент используется для изготовления износостойких инструментов. Хотя эти инструменты могут быть дорогими, они нравятся многим рабочим из-за их прочности и долговечности.

Tungsten требует некоторых мер безопасности. Пыль от металла может быть легковоспламеняющейся или взрывоопасной, а также раздражать слизистые оболочки, например, внутри носа и рта. В некоторых регионах вольфрам был связан с серьезными инфекциями легких у людей, которые регулярно работают с этим элементом без надлежащей защиты.Воздействие металла также коррелировало с увеличением заболеваемости раком, хотя веских доказательств того, что эта корреляция превратилась в причинно-следственную связь, обнаружено не было.

Россия — один из основных мировых источников вольфрама.

Покрытие из вольфрама | Покрытие вольфрамом

Бесплатная цитата
Бесплатная цитата 717.767,6702
  • Преимущества
  • Покрытия