Температура плавления вольфрама: точное значение

Температура плавления и другие свойства вольфрама

К группе металлов, отличающихся высокими показателями тугоплавкости, относится и вольфрам. Он был открыт в Швеции химиком по имени Шееле. Именно ему удалось первому в 1781 году из минерала вольфрамит выделить оксид неизвестного металла. Вольфрам в чистом виде ученому удалось получить по прошествии 3 лет.

Описание

Вольфрам относится к группе материалов, которые часто используются в различных отраслях промышленности. Он обозначается буквой W и в таблице Менделеева имеет порядковый номер 74. Для него характерен светло-серый цвет. Одно из его характерных качеств — высокая тугоплавкость. Температура плавления вольфрама составляет 3380 градусов Цельсия. Если рассматривать его с точки зрения применения, то самыми важными качествами этого материала являются:

  • плотность;
  • температура плавления;
  • электрическое сопротивление;
  • коэффициент линейного расширения.

Вычисляя его характерные качества, необходимо выделить высокую точку кипения, которая находится на уровне 5 900 градусов Цельсия. Еще одна его особенность — малая скорость испарения. Она невысока даже в температурных условиях 2000 градусов Цельсия. По такому свойству, как электропроводность этот металл в 3 раза превосходит такой распространенный сплав, как медь.

Факторы, ограничивающие применение вольфрама

Есть ряд факторов, которые ограничивают применение этого материала:

  • высокая плотность;
  • значительная склонность к ломкости в условиях низких температур;
  • малое сопротивление окислению.

По своему внешнему виду вольфрам имеет сходство с обычной сталью. Его основное применение связано главным образом с производством сплавов с высокими прочностными характеристиками. Этот металл поддается обработке, но только если его предварительно нагреть. В зависимости от выбранного типа обработки нагрев производится до определенной температуры. Например, если стоит задача выковать прутки из вольфрама, то заготовку необходимо предварительно нагреть до температуры 1450-1500 градусов Цельсия.

На протяжении 100 лет вольфрам не применялся в промышленных целях. Его использование при производстве различной техники сдерживалось его высокой температурой плавления.

Начало его промышленного применения связано с 1856 годом, когда он впервые стал использоваться для легирования инструментальных марок стали. При их производстве в состав стали добавлять вольфрам общей долей до 5%. Присутствие этого металла в составе стали позволило повысить скорость резки на токарных станках с 5 до 8 м в минуту.

Развитие промышленности во второй половине XIX века характеризуется активным развитием отрасли производства станков. Спрос на оборудование с каждым годом постоянно возрастал, что требовало от машиностроителей получения качественных характеристик машин, а помимо этого повышения их рабочей скорости. Первым импульсом в деле повышения скорости резки стало использование вольфрама.

Уже в начале XX века скорость резки была доведена до 35 метров в минуту. Добиться этого удалось за счет легирования стали не только вольфрамом, но и другими элементами:

  • молибденом;
  • хромом;
  • ванадием.

В дальнейшем скорость резания на станках возросла до 60 метров в минуту. Но, несмотря на такие высокие показатели, специалисты понимали, что есть возможность улучшить эту характеристику. Какой способ выбрать для повышения скорости резания, специалисты долго не думали. Они прибегли к использованию вольфрама, но уже в виде карбидов в союзе с другими металлами и их видами. В настоящее время вполне обычной является скорость резания металла на станках 2000 метров в минуту.

Свойства вольфрама

Как и у любого материала, у вольфрама имеются свои особые свойства, благодаря которым он попал в группу стратегических металлов. Выше мы уже сказали о том, что одним из достоинств этого металла является высокая тугоплавкость. Именно благодаря этому свойству материал можно использовать для изготовления нитей накаливания.

Температура плавления у него находится на уровне 2500 градусов Цельсия. Но только этим качеством положительные свойства этого материала не ограничиваются. Имеются у него и другие преимущества, о которых следует сказать. Одно из них — высокая прочность, демонстрируемая в условиях обычных и повышенных температур. Например, когда железо и сплавы, изготовленные на его основе, нагреваются до температуры 800 градусов Цельсия, происходит снижение прочности в 20 раз. В таких же условиях прочность вольфрама уменьшается только в три раза. В условиях 1500 градусов Цельсия прочность железа практически сведена к нулю, а вот у вольфрама она находится на уровне железа при обыкновенной температуре.

В наши дни 80% производимого в мире вольфрама используется главным образом при изготовлении стали высокого качества. Более половины марок стали, используемых машиностроительными предприятиями, содержат в своем составе вольфрам. Они применяют их в качестве основного материала для деталей турбин, редукторов, а также используют такие материалы для изготовления компрессорных машин. Из машиностроительных сталей, содержащих вольфрам, изготавливаются валы, зубчатые колеса, а также цельнокованый ротор.

Кроме этого их применяют для изготовления коленчатых валов, шатунов. Добавление в состав машиностроительный стали, кроме вольфрама и других легирующих элементов, повышает их прокаливаемость. Кроме этого, обеспечивается возможность для получения мелкозернистой структуры. Наряду с этим, у производимых машиностроительных сталей увеличиваются такие характеристики, как твердость и прочность.

При производстве жаропрочных сплавов использование вольфрама является одним из обязательных условий. Необходимость применения именно этого металла обусловлена тем, что он является единственным, который в состоянии выдерживать существенные нагрузки в условиях высоких температур, превышающих величину плавления железа. Вольфрам и соединения на основе этого металла отличаются высокой прочностью и обладают хорошими показателями упругости. В этом плане они превосходят другие металлы, входящие в группу тугоплавких материалов.

Минусы

Однако, перечисляя преимущества вольфрама, нельзя не отметить и недостатки, которые присущи этому материалу.

  • В качестве главного можно называть его низкое сопротивление окислению при температурных условиях выше 700 градусов Цельсия. Поэтому для материалов из вольфрама необходимо дополнительно обеспечить соответствующую защиту.
  • Другой недостаток сплавов на основе вольфрама заключается в их низкой пластичности в условиях температуры 500 градусов Цельсия.
  • Вольфрам — дефицитный материал, что также можно считать недостатком этого металла.
Читайте также:
Сорта желтых петуний

Вольфрам, который выпускается в настоящее время, содержит в составе торий 2%. Такой сплав называется торированный вольфрам. Для него характерен предел прочности 70 МПа при температуре 2420 градусов Цельсия. Хотя значение этого показателя невысоко, но отметим, что только 5 металлов вместе с вольфрамом не меняют своего твердого состояния в условиях такой температуры.

В эту группу входят молибден, у которого температура плавления составляет 2625 градусов. Еще один металл — технеций. Однако сплавы на его основе в ближайшее время вряд ли будут производиться. Рений и тантал не обладают высокой прочностью при таких условиях температуры. Поэтому вольфрам — единственный материал, который в состоянии обеспечить достаточную прочность при высоких температурных нагрузках. По той причине, что он относится к числу дефицитных, если имеется возможность для его замены, то производители используют альтернативу ему.

Однако при производстве отдельных компонентов нет материалов, которые могли бы полноценно заменить вольфрам. Например, при изготовлении нитей накаливания электроламп и анодов дуговых ламп постоянного тока применяется только вольфрам, поскольку подходящих заменителей просто нет. Также его используют при изготовлении электродов для аргонодуговой и атомно-водородной сварки. Также с применением этого материала изготавливается нагревательный элемент, используемый в условиях от 2000 градусов Цельсия.

Применение

Вольфрам и сплавы, изготавливаемые на его основе, получили широкое распространение в различных отраслях промышленности. Их используют при производстве авиационных двигателей, применяют в сфере ракетостроения, а также для производства космической техники. В этих сферах с использованием этих сплавов изготавливают реактивные сопла, вставки критических сечений в двигателях ракет. Кроме этого, подобные материалы используются в качестве основных для изготовления сплавов ракет.

Производство сплавов из этого металла имеет одну особенность, которая связана с тугоплавкостью этого материала. В условиях высоких температур многие металлы меняют свое состояние и превращаются в газы или сильно летучие жидкости. Поэтому для получения сплавов, в составе которых присутствует вольфрам, используют методы порошковой металлургии.

Такие методы предполагают прессование смеси порошков металлов, последующее спекание и дальнейшее подвергание их дуговой плавке, осуществляемой в электродных печах. В отдельных случаях спекаемый вольфрамовый порошок дополнительно пропитывают жидким раствором какого-либо другого металла. Таким образом, получаются псевдосплавы из вольфрама, меди, серебра, используемые для контактов в электрических установках. По сравнению с медными, долговечность у таких изделий выше в 6-8 раз.

У этого металла и сплавов из него имеются большие перспективы для дальнейшего расширения сферы применения. Прежде всего, необходимо отметить, что в отличие от никеля эти материалы могут работать на «огненных» рубежах. Использование вместо никеля вольфрамовых изделий приводит к тому, что у энергетических установок повышаются параметры работы. А это приводит к возрастанию КПД оборудования. Кроме того, изделия на основе вольфрама легко выдерживают эксплуатацию в тяжелых условиях. Таким образом, можно уверенно заявлять о том, что группу таких материалов в ближайшее время вольфрам продолжит возглавлять.

Вольфрам в электротехнике

Вольфрам поспособствовал и процессу усовершенствования электрической лампы накаливания. До периода 1898 года в этих электроосветительных приборах использовалась угольная нить.

  • она была простой в изготовлении;
  • её производство было недорогим.

Единственным недостатком угольной нити было то, что срок службы у неё был небольшой. После 1898 года у угольной нити накаливания ламп появился конкурент в виде осмия. Начиная с 1903 года, для производства электрических ламп стали использовать тантал. Однако уже в 1906 году вольфрам вытеснил эти материалы и стал применяться для изготовления нитей для ламп накаливания. Используют его и в наши дни при изготовлении современных электрических лампочек.

Чтобы обеспечить этому материалу высокие показатели жаростойкости, на поверхность металла наносят слой рения и тория. В некоторых случаях нить накаливания из вольфрама изготавливается с добавлением рения. Связано это с тем, что в условиях высоких температур этот металл начинает испаряться, а это приводит к тому, что нить из этого материала становится тоньше. Добавление в состав рения приводит к уменьшению эффекта испарений в 5 раз.

В наше время вольфрам активно применяется не только при производстве электротехники, но и различной военно-промышленной продукции. Его добавление в оружейную сталь обеспечивает высокую эффективность материалам такого вида. Кроме того, он позволяет улучшить характеристики броневой защиты, а также сделать более эффективными бронебойные снаряды.

Заключение

Вольфрам — один из востребованных материалов, применяемых в металлургии. Добавление его в состав производимых сталей обеспечивает повышение их характеристик. Они становятся более стойкими к термическим нагрузкам, а кроме этого повышается температура плавления, что особенно важно для изделий, используемых в экстремальных условиях при высоких температурах. Использование при производстве различного оборудования, изделий и элементов, узлов из этого металла или сплавов на его основе позволяет улучшить характеристики оборудования и повысить КПД их работы.

Вольфрам: история открытия, основные особенности и область применения

История открытия и изучения

Свое название металл получил от минерала вольфрамит. Его начали добывать в XVI веке. Тогда его называли «волчьей пеной». Вольфрам часто встречался в оловянных рудах, мешал выплавлять этот металл. Он переводил его в пену шлаков.

Первое научное упоминание о нахождении нового химического элемента появилось в 1781 году. Тогда знаменитый химик из Швеции Карл Шееле работал с минералом шеелит. Он обрабатывал его азотной кислотой, в ходе чего получил новый химический элемент с желтым оттенком. Он назвал его «тяжелым камнем». Через два года, братья Элюар получили из саксонского минерала новый металл.

Если сравнивать защиту от ионизирующего излучения из свинца или вольфрама, второй вид металла выигрывает. Готовый защитный слой будет задерживать больше частиц при меньшем весе.


Вольфрамит (Фото: Instagram / lopatkin_oleg)

Читайте также:
Электрические розетки с таймером: назначение, устройство, настройка и эксплуатация

Температура плавления вольфрама: точное значение + технология плавки

Вольфрам хорош, но не панацея промышленности. Из-за редкости элементосодержащих минералов, его добыча физически ограничена. Недостатки имеются и в свойствах элемента – окисление при скачке температуры выше 700 градусов или повышенная хрупкость из-за преодоления точки в 500 градусов Цельсия со знаком плюс.

Разновидности неплавящихся вольфрамовых электродов

1) Какова температура плавления вольфрама?

К тепловым параметрам можно отнести сразу несколько показателей химического элемента – удельную теплоту плавления, удельную теплоту испарения, температуру плавления и температуру кипения. Начнем с основного значения для промышленного использования металл – температура плавления вольфрама составляет 3 422 градуса по Цельсию или 3895 по Кельвину и 6 192 по Фаренгейту.

Важно: температура плавления сплавов вольфрама может отличаться от базового значения для чистого вещества в пределах 30%-40%, что накладывает определённые ограничения на области применения металлических веществ в некоторых областях промышленности.

Температура кипения вольфрама еще выше, и тяжела для понимания рядового человека – 5 555 градусов Цельсия или 5 828 Кельвина (10 031 Фаренгейта). Удельная теплота испарения 4 482 килоджоуля деленных на килограмм, а удельная теплота плавления – 286 килоджоулей на килограмм.

10 самых крепких металлов в мире

Где и как добыть вольфрам в бытовых приборах и другом оборудовании?

Получение из руды и месторождения

В природе вольфрам можно встретить окисленными отложениями. Они образуются из трехокиси этого металла, которая соединяется с кальцием, марганцем, железом. Иногда в составе можно встретить медь, свинец, торий, некоторые редкоземельные элементы.

Минералы, насыщенные вольфрамом, чаще встречаются в грунтовых породах небольшими вкраплениями. В таком случае средняя концентрация тяжелого металла — до 2%.

Самые крупные месторождения вольфрама находятся в США, Китае, Канаде. Среднее мировое производство за год — 50 тысяч тонн.

Критическая отметка температуры для этого металла — 13610°C. При нагревании до таких показателей он превращается в газ.

Вольфрам в природе. Типы месторождений.

Вольфрам – довольно редкий элемент, его кларк (процентное содержание в земной коре) составляет 1,3·10–4% (57-е место среди химических элементов).

Вольфрам встречается, главным образом, в виде вольфраматов железа и марганца или кальция, а иногда свинца, меди, тория и редкоземельных элементов.

Наиболее распространенный минерал вольфрамит представляет собой твердый раствор вольфраматов железа и марганца (Fe, Mn)WO4. Это тяжелые твердые кристаллы цвета от коричневого до черного, в зависимости от того, какой элемент преобладает в их составе. Если больше марганца (Mn:Fe > 4:1), то кристаллы черные, если же преобладает железо (Fe:Mn > 4:1) – коричневые. Первый минерал называют гюбнеритом, второй – ферберит. Вольфрамит парамагнитен и хорошо проводит электрический ток.

Из других минералов вольфрама промышленное значение имеет шеелит – вольфрамат кальция CaWO4. Он образует блестящие, как стекло, кристаллы светло-желтого, иногда почти белого цвета. Шеелит не магнитится, но обладает другой характерной особенностью – способностью к люминесценции. Если его осветить ультрафиолетовыми лучами, он флуоресцирует в темноте ярко-синим цветом. Примесь молибдена меняет окраску свечения шеелита: она становится бледно-синей, а иногда даже кремовой. Это свойство шеелита, используемое в геологической разведке, служит поисковым признаком, позволяющим обнаружить залежи минерала.

Как правило месторождения вольфрамовых руд связаны с областями распространения гранитов. Крупные кристаллы вольфрамита или шеелита – большая редкость. Обычно минералы лишь вкраплены в древние гранитные породы. Средняя концентрация вольфрама в них всего 1–2%, поэтому извлекать его довольно трудно. Всего известно около 15 собственных минералов вольфрама. Среди них расоит и штольцит, представляющие собой две различные кристаллические модификации вольфрамата свинца PbWO4. Другие минералы являются продуктами разложения или вторичными формами обычных минералов – вольфрамита и шеелита, например, вольфрамовая охра и гидротунгстит, являющийся гидратированным оксидом вольфрама, образовавшимся из вольфрамита; русселит – минерал, содержащий оксиды висмута и вольфрама. Единственный неоксидный минерал вольфрама – тунгстенит WS2, основные запасы которого сосредоточены в США. Обычно содержание вольфрама в разрабатываемых месторождениях лежит в пределах от 0,3 до 1,0% WO3.

Все вольфрамовые месторождения имеют магматическое или гидротермальное происхождение. В процессе охлаждения магмы происходит дифференциальная кристаллизация, поэтому шеелит и вольфрамит часто обнаруживаются в виде жил, там, где магма проникала в трещины земной коры. Большая часть вольфрамовых месторождений сосредоточена в молодых горных цепях – Альпах, Гималаях и Тихоокеанском поясе. По данным Американской геологической службы за 2003 (U.S. Geological Surveys) в Китае находится порядка 62% мировых запасов вольфрама. Значительные залежи этого элемента разведаны также в США (Калифорния, Колорадо), Канаде, России, Южной Корее, Боливии, Бразилии, Австралии и Португалии.

Мировые запасы вольфрамовых руд оцениваются в 2,9·106 тонн в пересчете на металл. Наибольшими запасами обладает Китай (1,8·106 тонн), второе место делят Канада и Россия (2,6·105 и 2,5·105 тонн соответственно). На третьем месте находятся США (1,4·105 тонн), однако сейчас почти все американские месторождения законсервированы. Среди остальных стран весомыми запасами обладают Португалия (запасы 25 000 т), Северная Корея (35 000 т), Боливия (53 000 т) и Австрия (10 000 т).

Ежегодная мировая добыча вольфрамовых руд составляет 5,95·104 тонн в пересчете на металл, из которых 49,5·104 тонн (83%) извлекается в Китае. В России добывается 3400 тонн, в Канаде – 3000 тонн.

На Кинг-Айленде в Австралии добывается 2000–2400 тонн вольфрамовой руды в год. В Австрии шеелит добывается в Альпах (провинции Зальцбург и Штайермарк). В северо-восточной Бразилии разрабатывается совместное месторождение вольфрама, золота и висмута (шахты Канунг и месторождение Кальзас в Юконе) с предполагаемым запасом золота 1 млн. унций и 30 000 т оксида вольфрама. Мировым лидером в разработке вольфрамового сырья является Китай (месторождения Жианьши (60% китайской добычи вольфрама), Хуньань (20%), Юннань (8%), Гуаньдонь (6%), Гуаньжи и Внутренняя Монголия (2% каждое) и другие). Объемы ежегодной добычи в Португалии (месторождение Панасхира) оцениваются в 720 т вольфрама в год. В России основные месторождения вольфрамовых руд расположены в двух регионах: на Дальнем Востоке (Лермонтовское месторождение, 1700 т концентрата в год) и на Северном Кавказе (Кабардино-Балкария, Тырныауз). Завод в Нальчике перерабатывает руду в оксид вольфрама и паравольфрамат аммония.

Читайте также:
Стеклянные перегородки в офис

Крупнейшим потребителем вольфрама является Западная Европа – ее доля на мировом рынке составляет 30%. По 25% от общего потребления приходится на Северную Америку и Китай, а 12–13% на долю Японии. Спрос на вольфрам в странах СНГ оценивается в 3000 тонн металла в год.

Более половины (58%) всего потребляемого металла используется в производстве карбида вольфрама, почти четверть (23%) – в виде различных сплавов и сталей. На изготовление вольфрамового «проката» (нитей для ламп накаливания, электрических контактов и т.д.) приходится 8% произведенного вольфрама, а оставшиеся 9% используются при получении пигментов и катализаторов.

Промышленное получение

Получение вольфрама промышленными предприятиями начинается с добычи руды, ее доставки на производство. Следующий этап — выделение триоксида из расходного материала. После этого он проходит процесс восстановления для получения очищенного металлического порошка. Процедуру восстановления проводят под воздействием водорода. При этом сырье нагревается до 700°C. Готовый порошок прессуется, спекается при температуре 1300°C в защитной атмосфере из водорода.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА


Кларк вольфрама земной коры составляет (по Виноградову) 1,3 г/т (0,00013 % по содержанию в земной коре). Его среднее содержание в горных породах, г/т: ультраосновных — 0,1, основных — 0,7, средних — 1,2, кислых — 1,9.

Процесс получения вольфрама проходит через подстадию выделения триоксида WO3 из рудных концентратов и последующем восстановлении до металлического порошка водородом при температуре около 700 °C. Из-за высокой температуры плавления вольфрама для получения компактной формы используются методы порошковой металлургии: полученный порошок прессуют, спекают в атмосфере водорода при температуре 1200—1300 °C, затем пропускают через него электрический ток. Металл нагревается до 3000 °C, при этом происходит спекание в монолитный материал. Для последующей очистки и получения монокристаллической формы используется зонная плавка.

Марки

  1. ВР — соединение вольфрама с рением.
  2. ВТ, ВИ, ВЛ — к основе добавляется присадка окиси лантана, тория, иттрия.
  3. ВРН — металл без присадок. Допускается наличие небольшого количества разных примесей.
  4. ВМ — к основе добавляются разные присадки. Основные — кремнещелочные, алюминиевые.
  5. МВ — соединение молибдена с вольфрамом. Сохраняется пластичность одновременно с повышением прочности.
  6. ВЧ — чистый металл без примесей, присадок.
  7. ВА — соединение основы с алюминием, кремнещелочными присадками.

Лампы накаливания не просто так имеют стеклянную герметичную капсулу. Поскольку вольфрам быстро окисляется на открытом воздухе, капсула заполняется инертным газом.

Лампа накаливания (Фото: Instagram / climberam)

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:

  • электроды для сварки;
  • противовесы;
  • магниты;
  • рентгеновские аппараты;
  • обмотки и нагревательные элементы электроплит;
  • катоды радиоламп и электронных приборов (торированный вольфрам);
  • магнетроны в микроволновых печах;
  • химические катализаторы.

Кроме того, он применяется при металлообработке и добыче полезных ископаемых, а также для производства пигментов для красок.

Свойства

Чтобы понять, где лучше применять вольфрам, нужно знать свойства этого металла. Сейчас про этот материал известно достаточно информации, чтобы определить сферы его применения.

Химические

  1. Валентность чистого металла — 6. У соединений на его основе она может изменяться от 2 до 5.
  2. Молярная масса химического элемента —183,84.
  3. Элемент имеет орбиту, состоящую из двух ярусов.

Вольфрам — химически активный металл. Он вступает в реакции с разными веществами с образованием сложных, простых соединений. При нагревании реакции протекают быстрее. Для дополнительного ускорения реакции можно добавить водяные пары.

Физические

  1. Цвет — серый.
  2. Прозрачность — отсутствует.
  3. Металлический блеск — есть.
  4. Твердость — 7,5 (показатель указан согласно шкале Мооса).
  5. Плотность — 19,3 г/см3.
  6. Радиоактивность — 0.
  7. Теплопроводность — 173 Вт/(м·К).
  8. Электропроводность — 55·10−9 Ом·м.
  9. Показатель твердости по Бринеллю — 488 кгс/мм².
  10. Теплоемкость — 134,4 Дж/(кг·град).
  11. Температура плавления — 3380 °C (показатель зависит от количества примесей).
  12. Сопротивление электричеству — 55·10−9 Ом·м (при условии соблюдения температурного режима в 20°C).
  13. Температура кипения — около 5555 °C.

Лучше всего металл куется при нагревании до 1600°C.

На основе вольфрама изготавливают тяжелые сплавы. Общее содержание основы может достигать 97%. Готовые сплавы применяются для изготовления контейнеров, в которых будут храниться, переноситься радиоактивные вещества. Главная особенность емкости — возможность поглощения части гамма-излучения.

Вольфрам (Фото: Instagram / chemical_language)

Читайте также:
Спирея японская «Голден принцесс»: описание, посадка и уход

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.

Рекомендуем: ТАНТАЛ — твёрдый, редкий и дорогой

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.

Вольфрам

Вольфрам — самый тугоплавкий из металлов. Более высокую температуру плавления имеет только неметаллический элемент — углерод. При стандартных условиях химически стоек. Название Wolframium перешло на элемент с минерала вольфрамит, известного ещё в XVI в. под названием лат. Spuma lupi («волчья пена») или нем. Wolf Rahm («волчьи сливки», «волчий крем»). Название было связано с тем, что вольфрам, сопровождая оловянные руды, мешал выплавке олова, переводя его в пену шлаков («пожирает олово как волк овцу»).

  1. Структура
  2. Свойства
  3. Запасы и добыча
  4. Происхождение
  5. Применение
  6. Классификация
  7. Физические свойства
  8. Оптические свойства
  9. Кристаллографические свойства

СТРУКТУРА

Кристалл вольфрама имеет объемноцентрированную кубическую решетку. Кристаллы вольфрама на холоду отличаются малой пластичностью, поэтому в процессе прессования порошка они практически почти не изменяют своей основной формы и размеров и уплотнение порошка происходит главным образом путем относительного перемещения частиц.

В объемно-центрированной кубической ячейке вольфрама атомы располагаются по вершинам и в центре ячейки, т.е. на одну ячейку приходится два атома. ОЦК-структура не является плотнейшей упаковкой атомов. Коэффициент компактности равен 0,68. Пространственная группа вольфрама Im3m.

СВОЙСТВА

Вольфрам — блестящий светло-серый металл, имеющий самые высокие доказанные температуры плавления и кипения (предполагается, что сиборгий ещё более тугоплавок, но пока что об этом твёрдо утверждать нельзя — время существования сиборгия очень мало). Температура плавления — 3695 K (3422 °C), кипит при 5828 K (5555 °C). Плотность чистого вольфрама составляет 19,25 г/см³. Обладает парамагнитными свойствами (магнитная восприимчивость 0,32·10−9). Твердость по Бринеллю 488 кг/мм², удельное электрическое сопротивление при 20 °C — 55·10−9 Ом·м, при 2700 °C — 904·10−9 Ом·м. Скорость звука в отожжённом вольфраме 4290 м/с. Является парамагнетиком.

Вольфрам является одним из наиболее тяжелых, твердых и самых тугоплавких металлов. В чистом виде представляет собой металл серебристо-белого цвета, похожий на платину, при температуре около 1600 °C хорошо поддается ковке и может быть вытянут в тонкую нить.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Кларк вольфрама земной коры составляет (по Виноградову) 1,3 г/т (0,00013 % по содержанию в земной коре). Его среднее содержание в горных породах, г/т: ультраосновных — 0,1, основных — 0,7, средних — 1,2, кислых — 1,9.

Процесс получения вольфрама проходит через подстадию выделения триоксида WO3 из рудных концентратов и последующем восстановлении до металлического порошка водородом при температуре около 700 °C. Из-за высокой температуры плавления вольфрама для получения компактной формы используются методы порошковой металлургии: полученный порошок прессуют, спекают в атмосфере водорода при температуре 1200—1300 °C, затем пропускают через него электрический ток. Металл нагревается до 3000 °C, при этом происходит спекание в монолитный материал. Для последующей очистки и получения монокристаллической формы используется зонная плавка.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Вольфрам встречается в природе главным образом в виде окисленных сложных соединений, образованных трехокисью вольфрама WO3 с оксидами железа и марганца или кальция, а иногда свинца, меди, тория и редкоземельных элементов. Промышленное значение имеют вольфрамит (вольфрамат железа и марганца nFeWO4 * mMnWO4 — соответственно, ферберит и гюбнерит) и шеелит (вольфрамат кальция CaWO4). Вольфрамовые минералы обычно вкраплены в гранитные породы, так что средняя концентрация вольфрама составляет 1—2 %.

Наиболее крупными запасами обладают Казахстан, Китай, Канада и США; известны также месторождения в Боливии, Португалии, России, Узбекистане и Южной Корее. Мировое производство вольфрама составляет 49—50 тысяч тонн в год, в том числе в Китае 41, России 3,5; Казахстане 0,7, Австрии 0,5. Основные экспортёры вольфрама: Китай, Южная Корея, Австрия. Главные импортёры: США, Япония, Германия, Великобритания.
Также есть месторождения вольфрама в Армении и других странах.

ПРИМЕНЕНИЕ

Тугоплавкость и пластичность вольфрама делают его незаменимым для нитей накаливания в осветительных приборах, а также в кинескопах и других вакуумных трубках.
Благодаря высокой плотности вольфрам является основой тяжёлых сплавов, которые используются для противовесов, бронебойных сердечников подкалиберных и стреловидных оперенных снарядов артиллерийских орудий, сердечников бронебойных пуль и сверхскоростных роторов гироскопов для стабилизации полёта баллистических ракет (до 180 тыс. об/мин).

Вольфрам используют в качестве электродов для аргоно-дуговой сварки. Сплавы, содержащие вольфрам, отличаются жаропрочностью, кислотостойкостью, твердостью и устойчивостью к истиранию. Из них изготовляют хирургические инструменты (сплав «амалой»), танковую броню, оболочки торпед и снарядов, наиболее важные детали самолетов и двигателей, контейнеры для хранения радиоактивных веществ. Вольфрам — важный компонент лучших марок инструментальных сталей. Вольфрам применяется в высокотемпературных вакуумных печах сопротивления в качестве нагревательных элементов. Сплав вольфрама и рения применяется в таких печах в качестве термопары.

Для механической обработки металлов и неметаллических конструкционных материалов в машиностроении (точение, фрезерование, строгание, долбление), бурения скважин, в горнодобывающей промышленности широко используются твёрдые сплавы и композитные материалы на основе карбида вольфрама (например, победит, состоящий из кристаллов WC в кобальтовой матрице; широко применяемые в России марки — ВК2, ВК4, ВК6, ВК8, ВК15, ВК25, Т5К10, Т15К6, Т30К4), а также смесей карбида вольфрама, карбида титана, карбида тантала (марки ТТ для особо тяжёлых условий обработки, например, долбление и строгание поковок из жаропрочных сталей и перфораторное ударно-поворотное бурение крепкого материала). Широко используется в качестве легирующего элемента (часто совместно с молибденом) в сталях и сплавах на основе железа. Высоколегированная сталь, относящаяся к классу «быстрорежущая», с маркировкой, начинающейся на букву Р, практически всегда содержит вольфрам. ( Р18, Р6М5. от rapid — быстрый, скорость).

Читайте также:
Фундаментные блоки

Сульфид вольфрама WS2 применяется как высокотемпературная (до 500 °C) смазка. Некоторые соединения вольфрама применяются как катализаторы и пигменты. Монокристаллы вольфраматов (вольфраматы свинца, кадмия, кальция) используются как сцинтилляционные детекторы рентгеновского излучения и других ионизирующих излучений в ядерной физике и ядерной медицине.

Дителлурид вольфрама WTe2 применяется для преобразования тепловой энергии в электрическую (термо-ЭДС около 57 мкВ/К). Искусственный радионуклид 185 W используется в качестве радиоактивной метки при исследованиях вещества. Стабильный 184 W используется как компонент сплавов с ураном-235, применяемых в твердофазных ядерных ракетных двигателях, поскольку это единственный из распространённых изотопов вольфрама, имеющий низкое сечение захвата тепловых нейтронов (около 2 барн).

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.

  • Обозначение в таблице Менделеева: W;
  • Атомный номер: 74;
  • Тип элемента: Переходный металл;
  • Плотность: 19,3 г/см 3 ;
  • Температура плавления: 3410 градуса по Цельсию;
  • Температура кипения: 5555 градусов по Цельсию;
  • Твёрдость: 488 кг/мм 2 ;
  • Удельная теплота плавления: 184 кДж/кг;
  • Сопротивление в нормальных условиях: 55·10^(−9) Ом·м;
  • Теплопроводность (300 K): 162,8 Вт/(м·К).

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:

  • электроды для сварки;
  • противовесы;
  • магниты;
  • рентгеновские аппараты;
  • обмотки и нагревательные элементы электроплит;
  • катоды радиоламп и электронных приборов (торированный вольфрам);
  • магнетроны в микроволновых печах;
  • химические катализаторы.

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.

Читайте также:
Что посадить после уборки чеснока

Золото или вольфрам? Вот как узнать…

Как был открыт

Знакомство людей с вольфрамом датируется эпохой Средневековья.

Старатели

Вольфрам получали еще европейские старатели при восстановлении олова. Но его считали «мусором», засоряющим ценный элемент. Под влиянием вольфрамовой руды в процессе восстановления часть олова превращалась в шлак, уменьшая долю чистого вещества.

Отсюда присказка, которая появилась у старателей: «Вольфрам сжирает олово, как волк овечку».

Наука

История открытия вольфрама связана с несколькими учеными-химиками:

  • В середине 18 века швед Аксель Фредерик Кронштедт открыл тяжелый металл, названый им Tung Sten (по-шведски – тяжелый камень).
  • Через 30 лет за дело взялся его соотечественник, член академии наук страны Карл Шееле. Свободное от работы в аптеке время он отдавал экспериментам в домашней лаборатории. Его считают «отцом» не только вольфрама. В списке также барий, марганец, кислород, хлор. Из вольфрамовой руды (тунгстена) он выделил соль кислоты, не числящейся в реестрах.
  • Дальнейшую работу над соединением доверил испанским коллегам братьям Элюар. Которые и получили новый элемент.

Название и символ металла – Wolframium и W – предложил Йенс Якоб Берцелиус.

Этимология названия вольфрама имеет немецкие корни: Wolf Rahm («волчий крем/сливки»).

А тунгстен переименовали в честь ученого – в шеелит.

Как представлен в природе

Самородный цветной металл вольфрам на планете не встречается. Он представлен в виде руды либо минералов.

Руды состоят из соединений вольфрама с железом, марганцем, кальцием, иногда другими элементами, включая редкоземельные.

Минералы – это вкрапления в граниты (до 2%). Из них промышленное значение имеют вольфрамит (вольфрам с железом и марганцем) и шеелит (с кальцием).

Каждая тонна земной коры содержит 1,30 г вольфрама.

Химические свойства

Валентность от 2 до 6. Наиболее устойчив 6-валентный вольфрам. 3- и 2-валентные соединения вольфрама неустойчивы и практического значения не имеют.

Вольфрам имеет высокую коррозионную стойкость: при комнатной температуре не изменяется на воздухе; при температуре красного каления медленно окисляется в оксид вольфрама VI; в соляной, серной и плавиковой кислотах почти не растворим. В азотной кислоте и царской водке окисляется с поверхности. В смеси азотной и плавиковой кислоты растворяется, образуя вольфрамовую кислоту. Из соединений вольфрама наибольшее значение имеют: триоксид вольфрама или вольфрамовый ангидрид, вольфраматы, перекисные соединения с общей формулой Me2WOX, а также соединения с галогенами, серой и углеродом. Вольфраматы склонны к образованию полимерных анионов, в том числе гетерополисоединений с включением других переходных металлов.

Физико-химические характеристики

Чистый вольфрам – в числе первых по плотности, твердости, первый по температуре плавления и кипения среди металлов. Эти физические свойства дополняет химическая стойкость даже при запредельных температурах.

Свойства атома
Название, символ, номер Вольфра́м / Wolframium (W), 74
Атомная масса (молярная масса) 183,84(1) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Xe] 4f14 5d4 6s2
Радиус атома 137 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 170 пм
Радиус иона (+6e) 62 (+4e) 70 пм
Электроотрицательность 2,3 (шкала Полинга)
Электродный потенциал W ← W3+ 0,11 В W ← W6+ 0,68 В
Степени окисления +2, +3, +4, +5, +6
Энергия ионизации (первый электрон) 769,7 (7,98) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 19,25 г/см³
Температура плавления 3695 K (3422 °C, 6192 °F)
Температура кипения 5828 K (5555 °C, 10031 °F)
Уд. теплота плавления 285,3 кДж/кг 52,31 кДж/моль
Уд. теплота испарения 4482 кДж/кг 824 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24,27 Дж/(K·моль)
Молярный объём 9,53 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая объёмноцентрированная
Параметры решётки 3,160 Å
Температура Дебая 310 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 162,8 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-33-7

При 1580°C легко куется, вытягивается до тонкой проволоки.

Данные преимущества создает структура вещества.


Тугоплавкий прочный металл, светло-серого цвета — вольфрам

На воздухе с относительной влажностью менее 60% сопротивление металла коррозии стопроцентное.

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:

  • электроды для сварки;
  • противовесы;
  • магниты;
  • рентгеновские аппараты;
  • обмотки и нагревательные элементы электроплит;
  • катоды радиоламп и электронных приборов (торированный вольфрам);
  • магнетроны в микроволновых печах;
  • химические катализаторы.

Кроме того, он применяется при металлообработке и добыче полезных ископаемых, а также для производства пигментов для красок.

Технология получения

Вольфрамовые руды из разных мест добычи содержат 0,3-2,5% оксида металла. Поэтому промышленное получение продукта из руды начинается на обогатительных предприятиях.

Читайте также:
Цветок гиппеаструм: уход в домашних условиях, пересадка и размножение

Это многоступенчатый процесс:

  • Дробление руды.
  • Шлифовка.
  • Флотация.
  • Обжиг.

Содержание полезных компонентов увеличивается до 60%:

  • Чистоту концентрата повышают, расщепляя примеси гидроксидом натрия и задействуя метод ионообменной экстракции.
  • До порошка восстанавливают при 650-700°C в водородистой среде.

Тугоплавкость оказалась недостатком, исключающим классическую плавку.

Твердые формы создают методом порошковой металлургии:

  • Порошок спрессовывают.
  • Спекание проводят при 1250-1300°C в водороде.
  • Воздействуют электричеством.
  • Нагревают до 3000°C, добиваясь монолитного спекания.


Вольфрамовый порошок
Дополнительно металл очищают зонной плавкой.

Номенклатура марок металла

На основе вольфрама или с его участием металлурги выплавляют продукт десятков наименований и марок.

Среди самых распространенных – чистый вольфрам (ВЧ) и сплав с рением (ВР).

Классификация марок вольфрама основывается на составе присадок:

Название марки Вид присадки
ВА Алюминий + кремнистая щелочь
ВМ Торий + кремнистая щелочь
ВИ Окись иттрия
ВТ Окись тория
ВЛ Окись лантана

Золото или вольфрам? Вот как узнать…

Надеемся, что Бундесбанк и конечно, немецкий народ, используют что-нибудь из этого в ближайшем будущем (до 2021 года включительно).

Ультразвуковой контроль золотых слитков

Применение: неразрушающая проверка физической целостности золотых слитков.

Пояснения:

Золотые слитки мошеннически подделывались путём вставки брусков не драгоценного металла, обладающего похожей плотностью. Такие вставки сложно или невозможно обнаружить путём взвешивания, рентгенографии или рентгеновской люминесценции, поэтому некоторые технологи по металлу прибегают к сверлению отверстий или разрезанию слитков с целью проверки целостности. Однако с помощью простого ультразвукового теста можно быстро и надёжно определить местоположение вставок без необходимости сверлить, резать или иным образом изменять слиток.

Оборудование:

Любой дефектоскоп Olympus или прибор с фазированной антенной решёткой (ФАР), например: EPOCH XT, EPOCH 600, EPOCH 1000, OmniScan SX и OmniScan MX2. Рекомендуется использовать частоту преобразователя 2,25 МГц.

Принцип:

В поддельном слитке золота с внутренней вставкой другого металла предсказуемым образом изменяется путь, по которому ультразвуковые волны проходят через металл. Вставки материала, отличного от золота, как и пустоты внутри слитка, изменят углы отражения волн. Большие вставки, занимающие большую часть слитка, могут быть также обнаружены по изменению скорости распространения звука.

1. Метод отражения импульса/эха

Ультразвуковые волны, проходящие через любую среду, будут распространяться в одном направлении, пока не достигнут границы с другим материалом, что вызовет их отражение в направлении источника.

Ультразвуковые дефектоскопы и приборы с ФАР генерируют импульсы высокочастотных звуковых волн, источниками которых служат небольшие ручные преобразователи. Звуковая энергия взаимодействует с тестируемым объектом, прибор измеряет и отображает картину распределения отражённых сигналов. Сигналы, отражённые изнутри золотого слитка, а не с его противоположной поверхности, изменяют картину и указывают на наличие либо вставки другого металла, либо внутренней полости.

При проведении этого испытания сначала регистрируют эталонный сигнал датчика, т. е. сигнал, отражённый нижней поверхностью известного слитка золота. Для измерения времени распространения ультразвуковой волны до нижней поверхности можно использовать стробимпульсы. Все отражённые сигналы из зоны, отмеченной стробимпульсом, указывают на то, что звуковой поток отражён от границы неоднородности материала, и необходимо провести дальнейшую проверку слитка. Ниже показаны типичные картинки на экране.

Изображения на экране дефектоскопа в случаях монолитного металла (выше) и металла с нарушением (ниже).

Примечание. Сигнал появляется в интервале, отмеченном красным.

Изображения монолитного металла (выше) и металла с неоднородностью (ниже), полученные с помощью прибора ФАР. Неоднородность отображается цветом там, где должен быть белый фон.

2. Метод измерения скорости

Скорость звука в чистом золоте равна 3,240 м/с или 0,1275 дюйм/мкс. В более твёрдых сплавах золота, используемых в ювелирных изделиях, скорость выше, но каждый сплав также характеризуется определённым значением скорости. Если скорость распространения звука отлична от ожидаемой величины, это означает, что состав металла был изменён.

Для проведения этого теста датчик располагают над известным слитком золота и регистрируют сигнал, отражённый задней поверхностью. Отражённый сигнал может быть помечен стробимпульсом. Если в слитке определённой толщины положение отражённого сигнала изменяется, значит, изменилась скорость звука в металле, и слиток подлежит дальнейшей проверке другими методами. Наиболее распространённые примеси повышают скорость звука, и отражённый сигнал смещается влево.

Примечание. Этот же метод с небольшими изменениями может применяться для других драгоценных металлов — серебра и платины.

Конечно, судя по фотографиям, на которых сотрудник Бундесбанка использует один из приборов Olympus для проверки подлинности золота, можно с уверенностью сказать, что герр Вайдман (Weidmann) хорошо осведомлён о том, что не всё то, что блестит в картеле глобального центробанка, является золотом.

Как используется

Свойства вольфрама обозначили главного потребителя. Это металлургия. Она создает конечный продукт и исходники для других отраслей промышленности.

Порошковый вольфрам – основа либо компонент твердых, жаропрочных износоустойчивых сплавов, премиальных марок сталей.

Металл, сплавы

Из тугоплавкого металла и сплавов создают широкий ассортимент продукции:

  • Узлы и детали авиационных, ракетных двигателей.
  • Элементы электровакуумных приборов (кинескопы, нити накаливания).


Нить накаливания из вольфрама

Характеристики металла подошли оборонному комплексу: танковая, торпедная броня, крупнокалиберные снаряды, пули. А также суперскоростные роторы гироскопов, контролирующих траекторию полета баллистических ракет.


Вольфрам в слитках

Соединения

Обширен спектр применения вольфрамовых соединений:

  • Без дителлурида невозможно преобразование тепла в электричество.
  • Карбид – основа сплавов и композитов для механической обработки металлов и неметаллов. У горнодобытчиков, нефтяников, газовиков – для бурения скважин.
  • Сульфид – термостойкая (до 500°C) смазка.
  • Трехокись – материал для создания электролита топливных элементов, работающих при повышенных температурах.

Соединения вольфрама закупают производители лаков, красок, текстиля.

Другие формы

Изотоп W184 – компонент сплавов с изотопами урана. Из них делают ракетные двигатели на ядерном топливе.

Радионуклид искусственного происхождения (W185) востребован как детектор излучений (включая рентгеновское) ядерным сегментом физики и медицины.

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.

Рекомендуем: ПАЛЛАДИЙ — звездный металл, брат платины

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.

2 метода добычи вольфрама исходя из температуры плавления

Температура плавления вольфрама: точное значение + порошковый метод производства вольфрама + 2 метода формирования компактного металла из порошка + физические/химические свойства элемента + разбор маркировки + 6 областей применения вольфрама по типу сплавов.

Вольфрам считается самым тугоплавким металлом на Земле, что делает его незаменимым в некоторых областях промышленности и повседневной жизни. Параллельно, из-за оговорённого свойства, заниматься обработкой металла крайне сложно.

В сегодняшней статье мы расскажем какова температура плавления вольфрама + нюансы изготовления металла в рамках РФ и за границей.

Разбор химического элемента

Вольфрам расположен на 74 позиции таблицы Менделеева, а обозначение – латинская «W». В классическом представлении мы видим серебристое твердое вещество с беловатым оттенком. Элемент относится к побочным.

Впервые о вольфраме начали говорить в конце XVI столетия. Невероятно твердый материал называли вольфрамит, что с латыни звучит как «волчья пена». Первая добыча вольфрама в лаборатории произошло в 1781 году под руководством шведа Шееле.

Физика вольфрама Химия вольфрама
У металла плотность составляет 19.3 грамма на сантиметр кубический. Большое значение стойкости к коррозии.
Низкая магнитная восприимчивость переводит вольфрам в группу парамагнетиков. Валентность от 2 до 6, с максимальной устойчивостью при значении 3.
Твердость вещества по Бринеллю составляет почти 490 килограмм на миллиметр квадратный. В нормальных условиях инертен, но в процессе «красного каления» начинает медленно окисляться до оксида вольфрама.
Удельное сопротивление электричеству при нормальных условиях составляет 70*10^ (-9) Ом*метр. В ряде напряжений у вольфрама место за водородом.
Звуковая скорость внутри вольфрама отожженного типа составляет 4 300 метров в секунду. Не растворяется в кислотных средах серного и соляного типов, но растворим в пероксидах на основе водорода.
При превышении температурной отметки в 1 600 градусов Цельсия, увеличивает пластичность и становится ковким. Если имеется окисляющее вещество, выступает как реагент. Когда значение в градусах Цельсия повышается до 550, процессы протекают в разы быстрее.

Чистый вольфрам не встречается. Его кларки имеются в поверхности земной коры в концентрации 0.00014%. Средние значения по содержанию среди различных пород скачут в промежутке 0.1-2.0 граммов на тонну. Классификация элемента по маркировке представлена в таблице ниже.

Маркировка Примесь Роль примеси
«ВЧ» Чистый металл Примеси нет
«ВА» Внедрение алюминия и кремнещелочи Увеличение устойчивости формы при высоких температурах. Повышение послеотжигной прочности и увеличение температурного режима первичной рекристаллизации
«ВМ» Кремнещелоч + торий Повышение рекристализационной структуры и прочности при влиянии высоких температур.
«ВТ» Окись тория Увеличение эмиссионных качеств
«ВИ» Окись иттрия Увеличение эмиссионных качеств
«ВЛ» Окись лантана Увеличение эмиссионных качеств
«ВР» Рений Повышение уровня пластичности, прочности при влиянии высоких температур, удельного сопротивления и т.э.д.с.
«ВРН» Примеси без присадок
« МВ» Молибден Увеличение параметра стойкости + параллельное увеличение пластичности материала после отжига.

Наибольшими месторождениями руд вольфрама обладают Канада с Китаем. Небольшие залежи имеются также в России и Корее. В год добывают порядка 60 тысяч тонн тугоплавкого металла. Доля Китая в этом составляет 40%+. Лидерами импорта выступает США, Япония и Германия, а экспортеры – Китай, Южная Корея и Австралия.

О направлениях использования вольфрама расскажет таблица ниже.

Область применения Особенности
Спецсталь В данном случае вольфрам является либо ключевым компонентом, либо выступает легирующей добавкой. К специальным сталям с вольфрамными вкраплениями относят быстрорежущие (до 23% W), инструментальные (до 2%), и хромвольфраммарганцевые (до 1.5%). Из спецсталей
Сплавы твердого типа Основа из карбида в связке с вольфрамом – добавка с большими показателями тугоплавкости, прочности + стойкости к износу. Долевое вхождение чистого вольфрама составляет от 85% до 95%. Сплавы твердого типа используются с целью элементов буров компонентов для резки.
Сплавы на износ Здесь на всю используется свойство тугоплавкости вольфрама. Популярными сплавками с устойчивостью к жару являются вариации с вкраплениями хрома или кобальта. Сплав используют как наплавки для поверхностей, что сильно изнашиваются. В частности, автомобильные запчасти.
Сплавы «тяжелого» и контактного типа В категорию относят сплавы, содержащие купрум или аргентум. Материал эффективно себя проявляет в процессе производства компонентов для будильников, электродов на сварку и тому подобного.
Освещение Вольфрамовая проволока – это основа для нитей накаливания, что повсеместно применяются нами в быту. Помимо этого, тонкие прутики из сплава металла применяются как электронагревающий компонент для печей с высоким температурным режимом. Работа оговоренных деталей протекает в вакуумной сфере или других газообразных инертных средах на основе водорода.
Электродные составляющие в сварках «W» – основа для дуговой сварки. Материал выдерживает колоссальные температуры, что позволяет обрабатывать сваркой любой существующий металл.

В отношении распространенности, вольфрамовые прутки удерживают лидирующие позиции по количеству заготовок. Сырьевой основой для производства прутиков служит штабик. Оговоренные детали служат основой для сварочных работ в быту и промышленности. Недалеко ушла по популярности и вольфрамовая проволока. Далее будут описаны особенности изготовления непосредственно вольфрама + его заготовок.

Температура плавления вольфрама: точное значение + технология плавки

1) Какова температура плавления вольфрама?

К тепловым параметрам можно отнести сразу несколько показателей химического элемента – удельную теплоту плавления, удельную теплоту испарения, температуру плавления и температуру кипения. Начнем с основного значения для промышленного использования металл – температура плавления вольфрама составляет 3 422 градуса по Цельсию или 3895 по Кельвину и 6 192 по Фаренгейту.

Важно: температура плавления сплавов вольфрама может отличаться от базового значения для чистого вещества в пределах 30%-40%, что накладывает определённые ограничения на области применения металлических веществ в некоторых областях промышленности.

Температура кипения вольфрама еще выше, и тяжела для понимания рядового человека – 5 555 градусов Цельсия или 5 828 Кельвина (10 031 Фаренгейта). Удельная теплота испарения 4 482 килоджоуля деленных на килограмм, а удельная теплота плавления – 286 килоджоулей на килограмм.

Где и как добыть вольфрам в бытовых приборах и другом оборудовании?

2) Промышленная технология производства и плавления вольфрама

Вольфрам расположен в списке редких металлов, куда входит также рубидий, молибден и прочие элементы. Большинство месторождений образовано из оксидов . Если рассчитать долевое содержание в рудах чистого вольфрама, то получится не более 2%, а в 90% случаев это значение вообще меньше единицы.

Обратите внимание: из-за высокой температуры плавления + химической стойкости элемента, его добыча в домашних условиях невозможна.

С целью добычи чистого вещества применяются специфичные методики, основанные на восстановительных процессах из оксидов. Напрямую с руды получить вольфрам не получится. Промежуточным этапом является переработка на химсоединения и дальнейшее обогащение. Шаги изготовления вольфрамового порошка описаны в таблице ниже.

Шаг Суть Описание особенностей
1. Обогащение Минеральные руды элемента обогащают путем флотации, гравитации и сепарации. Итогом становится концентрированное соединение, где доля триоксида вольфрама составит от 53% до 66%. При обогащении параллельно происходит контроль долевого вхождения сопутствующих процессам примесей – меди, олова, висмута и прочих металлов.
2. Извлечение ангидрида из концентратов Полученный при обогащении триоксид вольфрама становится сырьем для изготовления высококонцентрированного металлического вольфрама либо его карбидной разновидности. Итоговая доля оксида вольфрама составит выше 99%. Для получения результата концентрат разлагают химическим путем, потом происходит выщелачивание и обработка до вольфрамовой технической кислоты.
3. Изготовление порошка Концентрат с высокой долей вольфрама восстанавливают посредством углерода/водорода, и в итоге получается металлический порошок вольфрама. Метод восстановления через углерод менее популярен, ибо в процессе происходит образование карбидов, которые негативно сказываются на физических свойствах готового порошка вольфрама. Благодаря контролю химсостава производитель способен по желанию менять размер с формой зерен, или даже сразу переводить порошок в гранулы.
4. Изготовление вольфрама компактного типа Здесь уже из готового порошка формируются болванки для будущих изделий. Форма болванок – прутки, шарики/крупные гранулы или слитки.

В отношении плавки вольфрама, то здесь существует 2 технологии – порошковый метод и непосредственно расплавление. Второй способ в качестве основного оборудования использует электрические печи дугового типа, имеющие расходуемые электроды.

Порошковая технология, более распространенная в мире, ибо она дает возможность предельно точно распределять вхождение присадок в вольфрамовые сплавы. У изначального сырья имеется ряд базовых требований по качеству, главным из которых является содержание примесей менее 0.05%.

Получение компактного вольфрама порошковым способом:

  1. Порошковый вольфрам прессуют в прямоугольные параллелепипеды.
  2. Заготовки спекают при низких (сравнительно низких для вольфрама) температурах.
  3. Повторное спекание заготовок по типу сварки.
  4. Механическая обработка заготовок для получения полуфабрикатных элементов, таких как прутки, слитки и проволока.

Получаемые в процесс прессовки штабики имеют низкий запас пластичности, потому, для ковки используется влияние высоких температур. Оговоренный метод не дает возможности делать из вольфрама заготовки крупных габаритов, что накладывает на производство значительные ограничения. Альтернатива – гидростатическое прессование. Способ позволяет получать не только габаритные заготовки, но и детали неправильной формы. Получаемые элементы отличаются высокой плотностью + не имеют трещин или других дефектов производства.

Плавка использоваться также для получения болванок весом от 400 кг и выше. Основные детали, для производства которых используется метод плавки – трубы и изделия сложной формы, что можно получить исключительно методом литья.

Правила плавки вольфрама:

  • использование только специализированного оборудования;
  • электродами служат или пакеты спеченных штабиков, либо заготовки, полученные путем гидростатического прессования;
  • плавить вольфрам можно только в вакууме или разреженной водородной атмосфере;
  • перед помещением в электрическую дуговую печь, вольфрам подвергается плавке в электронно-лучевой печи. Оговоренные действия необходимы для уменьшения кристаллической структуры вещества.

Итогом плавки становятся слитки вольфрама крупно или мелкозернистой структуры. Если производство требует исключительно мелкозернистые слитки металла, используется дуговая гарнисажная плавка, с последующим разливом вольфрама в изложницу.

Что можно вынести из сказанного выше? Температура плавления вольфрама не позволяет его добывать дома –это технологически сложный процесс, требующий знаний и навыков. При желании, можно воспользоваться заготовками компактного вольфрама, и выковать необходимую деталь на заказ или собственноручно.

Температура плавления цветных и черных металлов

В металлургической промышленности одним из основных направлений считается литье металлов и их сплавов по причине дешевизны и относительной простоты процесса. Отливаться могут формы с любыми очертаниями различных габаритов, от мелких до крупных; это подходит как для массового, так и для индивидуального производства.

Литье является одним из древнейших направлений работы с металлами, и начинается примерно с бронзового века: 7−3 тысячелетия до н. э. С тех пор было открыто множество материалов, что приводило к развитию технологии и повышению требований к литейной промышленности.

В наши дни существует много направлений и видов литья, различающихся по технологическому процессу. Одно остается неизменным — физическое свойство металлов переходить из твердого состояния в жидкое, и важно знать то, при какой температуре начинается плавление разных видов металлов и их сплавов.

Процесс плавления металла

Данный процесс обозначает собой переход вещества из твердого состояния в жидкое. При достижении точки плавления металл может находиться как в твердом, так и в жидком состоянии, дальнейшее возрастание приведет к полному переходу материала в жидкость.

То же самое происходит и при застывании — при достижении границы плавления вещество начнет переходить из жидкого состояния в твердое, и температура не изменится до полной кристаллизации.

При этом следует помнить, что данное правило применимо только для чистого металла. Сплавы не имеют четкой границы температур и совершают переход состояний в некотором диапазоне:

  1. Солидус — линия температуры, при которой начинает плавиться самый легкоплавкий компонент сплава.
  2. Ликвидус — окончательная точка плавления всех компонентов, ниже которой начинают появляться первые кристаллы сплава.

Точно измерить температуру плавления таких веществ невозможно, точкой перехода состояний указывается числовой промежуток.

В зависимости от температуры, при которой начинается плавление металлов, их принято разделять на:

  • Легкоплавкие, до 600 °C. К ним относятся олово, цинк, свинец и другие.
  • Среднеплавкие, до 1600 °C. Большинство распространенных сплавов, и такие металлы как золото, серебро, медь, железо, алюминий.
  • Тугоплавкие, свыше 1600 °C. Титан, молибден, вольфрам, хром.

Также существует и температура кипения — точка, при достижении которой расплавленный металл начнет переход в газообразное состояние. Это очень высокая температура, как правило, в 2 раза превышающая точку расплава.

Влияние давления

Температура плавления и равная ей температура затвердевания зависят от давления, возрастая с его повышением. Это обусловлено тем, что при повышении давления атомы сближаются между собой, а для разрушения кристаллической решетки их нужно отдалить. При повышенном давлении требуется большая энергия теплового движения и соответствующая ей температура плавления увеличивается.

Существуют исключения, когда температура, необходимая для перехода в жидкое состояние, при повышенном давлении уменьшается. К таким веществам относят лёд, висмут, германий и сурьма.

Таблица температур плавления

Любому человеку, связанному с металлургической промышленностью, будь то сварщик, литейщик, плавильщик или ювелир, важно знать температуры, при которых происходит расплав материалов, с которыми он работает. В нижеприведенной таблице указаны точки плавления наиболее распространенных веществ.

Таблица температур плавления металлов и сплавов

Название T пл, °C
Алюминий 660,4
Медь 1084,5
Олово 231,9
Цинк 419,5
Вольфрам 3420
Никель 1455
Серебро 960
Золото 1064,4
Платина 1768
Титан 1668
Дюралюминий 650
Углеродистая сталь 1100−1500
Чугун 1110−1400
Железо 1539
Ртуть -38,9
Мельхиор 1170
Цирконий 3530
Кремний 1414
Нихром 1400
Висмут 271,4
Германий 938,2
Жесть 1300−1500
Бронза 930−1140
Кобальт 1494
Калий 63
Натрий 93,8
Латунь 1000
Магний 650
Марганец 1246
Хром 2130
Молибден 2890
Свинец 327,4
Бериллий 1287
Победит 3150
Фехраль 1460
Сурьма 630,6
карбид титана 3150
карбид циркония 3530
Галлий 29,76

Помимо таблицы плавления, существует много других вспомогательных материалов. Например, ответ на вопрос, какова температура кипения железа лежит в таблице кипения веществ. Помимо кипения, у металлов есть ряд других физических свойств, как прочность.

Прочность металлов

Помимо способности перехода из твердого в жидкое состояние, одним из важных свойств материала является его прочность — возможность твердого тела сопротивлению разрушению и необратимым изменениям формы. Основным показателем прочности считается сопротивление возникающее при разрыве заготовки, предварительно отожженной. Понятие прочности не применимо к ртути, поскольку она находится в жидком состоянии. Обозначение прочности принято в МПа — Мега Паскалях.

Существуют следующие группы прочности металлов:

  • Непрочные. Их сопротивление не превышает 50МПа. К ним относят олово, свинец, мягкощелочные металлы
  • Прочные, 50−500МПа. Медь, алюминий, железо, титан. Материалы этой группы являются основой многих конструкционных сплавов.
  • Высокопрочные, свыше 500МПа. Например, молибден и вольфрам.

Таблица прочности металлов

Металл Сопротивление, МПа
Медь 200−250
Серебро 150
Олово 27
Золото 120
Свинец 18
Цинк 120−140
Магний 120−200
Железо 200−300
Алюминий 120
Титан 580

Наиболее распространенные в быту сплавы

Как видно из таблицы, точки плавления элементов сильно разнятся даже у часто встречающихся в быту материалов.

Так, минимальная температура плавления у ртути -38,9 °C, поэтому в условиях комнатной температуры она уже в жидком состоянии. Именно этим объясняется то, что бытовые термометры имеют нижнюю отметку в -39 градусов Цельсия: ниже этого показателя ртуть переходит в твердое состояние.

Припои, наиболее распространенные в бытовом применении, имеют в своем составе значительный процент содержания олова, имеющего точку плавления 231.9 °C, поэтому большая часть припоев плавится при рабочей температуре паяльника 250−400°C.

Помимо этого, существуют легкоплавкие припои с более низкой границей расплава, до 30 °C и применяются тогда, когда опасен перегрев спаиваемых материалов. Для этих целей существуют припои с висмутом, и плавка данных материалов лежит в интервале от 29,7 — 120 °C.

Расплавление высокоуглеродистых материалов в зависимости от легирующих компонентов лежит в границах от 1100 до 1500 °C.

Точки плавления металлов и их сплавов находятся в очень широком температурном диапазоне, от очень низких температур (ртуть) до границы в несколько тысяч градусов. Знание этих показателей, а так же других физических свойств очень важно для людей, которые работают в металлургической сфере. Например, знание того, при какой температуре плавится золото и другие металлы пригодятся ювелирам, литейщикам и плавильщикам.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: