U članku “Wolfram. Svojstva, primjena, proizvodnja, proizvodi” detaljno razmatra vatrostalni metal volfram. Opisana su svojstva volframa, naznačena su područja njegove primjene. Također su navedene različite vrste volframa sa svojim značajkama.

U članku se obrađuje proces proizvodnje volframa od faze obogaćivanja rude do faze dobivanja zaliha u obliku poluga i ingota. Zabilježene su karakteristične značajke svake faze.

Posebna pažnja u članku je posvećena proizvodima (žica, šipke, limovi, itd.). Opisani su procesi proizvodnje jednog ili drugog proizvoda od volframa, njegove karakteristične značajke i primjena.

Poglavlje 1. Volfram. Svojstva i primjena volframa

Volfram (označen s W) je kemijski element VI skupine 6. razdoblja tablice D.I. Mendeljejev, ima broj 74; svijetlo sivi prijelazni metal. Najvatrostalniji metal, ima talište t pl \u003d 3380 ° C. Sa stajališta primjene metala volframa, njegova najvažnija svojstva su gustoća, točka taljenja, električni otpor, koeficijent linearne ekspanzije.

§jedan. Svojstva volframa

Vlasništvo	Značenje
Fizička svojstva
atomski broj	74
Atomska masa, a.m.u. (g/mol)	183,84
Promjer atoma, nm	0,274
Gustoća, g / cm 3	19,3
Talište, °S	3380
Vrelište, °C	5900
Specifični toplinski kapacitet, J/(g K)	0,147
Toplinska vodljivost, W/(m K)	129
Električni otpor, µOhm cm	5,5
Koeficijent linearnog toplinskog širenja, 10 -6 m/mK	4,32
Mehanička svojstva
Youngov modul, GPa	415,0
Modul smicanja, GPa	151,0
Poissonov omjer	0,29
Krajnja čvrstoća σ B , MPa	800-1100
Relativno istezanje δ, %	0

Metal ima vrlo visoko vrelište (5900 °C) i vrlo nisku brzinu isparavanja čak i na temperaturi od 2000 °C. Električna vodljivost volframa je gotovo tri puta manja od bakra. Svojstva koja ograničavaju opseg volframa uključuju visoku gustoću, visoku sklonost lomljivosti pri niskim temperaturama, nisku otpornost na oksidaciju na niskim temperaturama.

Po izgledu, volfram je sličan čeliku. Koristi se za stvaranje legura visoke čvrstoće. Obrada (kovanje, valjanje i izvlačenje) volfram je pogodan samo kada se zagrije. Temperatura grijanja ovisi o vrsti obrade. Na primjer, kovanje šipki se izvodi zagrijavanjem radnog komada na 1450-1500 °C.

§2. Razredi volframa

Marka volframa	Karakteristika marke	Svrha uvođenja aditiva
HF	Volfram čisti (bez aditiva)	-
VA	Volfram sa silikonsko-alkalnim i aluminijskim dodacima	Povećanje temperature primarne rekristalizacije, čvrstoća nakon žarenja, stabilnost dimenzija na visokim temperaturama
VM	Volfram sa silikonsko-alkalnim i torijevim aditivima	Povećanje temperature rekristalizacije i povećanje čvrstoće volframa na visokim temperaturama
WT	Volfram dopiran torijevim oksidom
U I	Volfram s dodatkom itrij oksida	Povećanje emisionih svojstava volframa
VL	Volfram s dodatkom lantan oksida	Povećanje emisionih svojstava volframa
VR	Legura volframa i renija	Povećanje plastičnosti volframa nakon visokotemperaturne obrade, povećanje temperature primarne rekristalizacije, čvrstoća na visokim temperaturama, električni otpor itd.
VRN	Volfram bez aditiva, u kojem je dopušten visok sadržaj nečistoća	-
MV	Legure molibdena i volframa	Povećanje čvrstoće molibdena uz održavanje duktilnosti nakon žarenja

§3. Primjena volframa

Volfram se naširoko koristi zbog svojih jedinstvenih svojstava. U industriji se volfram koristi kao čisti metal i u nizu legura.

Glavna područja primjene volframa
1. Specijalni čelici
Volfram se koristi kao jedna od glavnih komponenti ili legirajući element u proizvodnji brzoreznih čelika (sadrže 9-24% volframa W), kao i alatnih čelika (0,8-1,2% volframa W - volfram alatni čelici; 2- 2,7 % volframa W - krom volfram silicij alatni čelici (također sadrže krom Cr i silicij Si); 2-9% volframa W - krom volfram alatni čelici (također sadrže krom Cr); 0,5-1,6% volfram W - krom volfram mangan alatni čelici (sadrže i krom Cr i mangan Mn). Od navedenih čelika izrađuju se svrdla, glodala, bušilice, matrice itd. Primjeri brzoreznih čelika su R6M5, R6M5K5, R6M5F3. Slovo „P“ znači da čelik je brzi, slova “M” i “K” - da je čelik legiran molibdenom i kobaltom, respektivno. Volfram je također dio magnetskih čelika, koji se dijele na volfram i volfram-kobalt.

2. Tvrde legure na bazi volframovog karbida
Volfram karbid (WC, W 2 C) - spoj volframa s ugljikom (vidi). Ima visoku tvrdoću, otpornost na habanje i vatrostalnost. Na njegovoj osnovi stvaraju se najproduktivnije alatne tvrde legure, koje sadrže 85-95% WC-a i 5-14% Co. Radni dijelovi alata za rezanje i bušenje izrađeni su od tvrdih legura.

3. Legure otporne na toplinu i habanje
Ove legure koriste vatrostalnost volframa. Najčešće legure volframa s kobaltom i kromom - steliti (3-5% W, 25-35% Cr, 45-65% Co). Obično se nanose uz pomoć navarivanja na površine jako istrošenih dijelova stroja.

4. Kontaktne legure i "teške legure"
Ove legure uključuju legure volfram-bakar i volfram-srebro. To su dovoljno učinkoviti kontaktni materijali za izradu radnih dijelova nožnih prekidača, prekidača, elektroda za točkasto zavarivanje itd.

5. Elektrovakuumska i električna rasvjetna oprema
Volfram u obliku žice, trake i raznih kovanih dijelova koristi se u proizvodnji električnih svjetiljki, radioelektronici i rendgenskoj tehnologiji. Volfram je najbolji materijal za filamente i filamente. Volframova žica i šipke služe kao električni grijači za visokotemperaturne peći (do ~3000 °C). Volframovi grijači rade u atmosferi vodika, inertnog plina ili vakuuma.

6. Elektrode za zavarivanje
Vrlo važno područje primjene volframa je zavarivanje. Volfram se koristi za izradu elektroda za elektrolučno zavarivanje (vidi). Volframove elektrode su nepotrošne.

Poglavlje 2 Proizvodnja volframa

§jedan. Postupak dobivanja vatrostalnog metala volframa

Volfram se obično odnosi na široku skupinu rijetkih metala. Osim ovog metala, ova skupina uključuje molibden, rubidij i druge. Rijetke metale karakterizira relativno mali obim proizvodnje i potrošnje, kao i niska rasprostranjenost u zemljinoj kori. Niti jedan rijedak metal nije dobiven izravnom redukcijom iz sirovina. Prvo se sirovine prerađuju u kemijske spojeve. Osim toga, sve rude rijetkih metala prolaze dodatno obogaćivanje prije obrade.

U procesu dobivanja rijetkog metala mogu se razlikovati tri glavne faze:

• Razgradnja rudnog materijala je odvajanje ekstrahiranog metala iz glavne mase prerađene sirovine i njegova koncentracija u otopini ili sedimentu.
• Dobivanje čistih kemijskih spojeva - izolacija i pročišćavanje kemijskog spoja.
• Izolacija metala iz dobivenog spoja - dobivanje čistih rijetkih metala.

Proces dobivanja volframa također ima nekoliko faza. Sirovina su dva minerala - volframit (Fe, Mn)WO 4 i šelit CaWO 4 . Bogate volframove rude obično sadrže 0,2 - 2% volframa.

• Obogaćivanje volframove rude. Proizvodi se gravitacijom, flotacijom, magnetskom ili elektrostatičkom separacijom. Kao rezultat obogaćivanja dobiva se volframov koncentrat koji sadrži 55-65% volframovog anhidrida (trioksida) WO 3 . U koncentratima volframa kontrolira se sadržaj nečistoća – fosfora, sumpora, arsena, kositra, bakra, antimona i bizmuta.
• Dobivanje volfram trioksida (anhidrida) WO 3 , koji služi kao sirovina za proizvodnju metalnog volframa ili njegovog karbida. Za to je potrebno izvršiti niz radnji, kao što su razgradnja koncentrata, ispiranje legure ili sintera, dobivanje tehničke volframove kiseline itd. Kao rezultat treba dobiti proizvod koji sadrži 99,90 - 99,95% WO 3 .
• Dobivanje volframovog praha. Čisti metal u obliku praha može se dobiti iz anhidrida volframa WO 3 . Da biste to učinili, provedite proces redukcije anhidrida vodikom ili ugljikom. Redukcija ugljika se rjeđe koristi, jer je u tom procesu WO 3 zasićen karbidima, što metal čini krhkim i narušava obradivost. Pri dobivanju volframovog praha posebnim se metodama kontrolira njegov kemijski sastav, veličina i oblik zrna te raspodjela veličine čestica. Na primjer, brz porast temperature i niska brzina dovoda vodika doprinose povećanju veličine čestica praha.
• Dobivanje kompaktnog volframa. Kompaktni volfram, obično u obliku šipki ili ingota, je praznina za proizvodnju poluproizvoda, kao što su žica, šipka, traka i tako dalje.

§2. Dobivanje kompaktnog volframa

Postoje dva načina za dobivanje kompaktnog volframa. Prvi je primjena metoda metalurgije praha. Drugi je taljenjem u elektrolučnim pećima s potrošnom elektrodom.

Metode metalurgije praha
Ovaj način dobivanja kovljivog volframa je najčešći, jer omogućuje ravnomjerniju raspodjelu aditiva koji volframu daju posebna svojstva (otpornost na toplinu, emisiona svojstva i dr.).

Proces dobivanja kompaktnog volframa ovom metodom sastoji se od nekoliko faza:

• štapovi za prešanje od metalnog praha;
• niskotemperaturno (preliminarno) sinteriranje praznih materijala;
• sinteriranje (zavarivanje) praznih dijelova;
• obrada praznih dijelova kako bi se dobili poluproizvodi - volframova žica, traka, volframove šipke; Obično se praznine obrađuju pod pritiskom (kovanje) ili podvrgavaju strojnoj obradi rezanjem (na primjer, brušenje, poliranje).

Postoje posebni zahtjevi za volframov prah. Koristite prahove reducirane samo vodikom i koji ne sadrže više od 0,05% nečistoća.

Opisanom metodom metalurgije praha dobivaju se volframove šipke kvadratnog presjeka od 8x8 do 40x40 mm i duljine 280-650 mm. Na sobnoj temperaturi imaju dobru čvrstoću, ali su vrlo krhke. Vrijedi napomenuti da čvrstoća i lomljivost (suprotno svojstvo - duktilnost) pripadaju različitim skupinama svojstava. Čvrstoća je mehaničko svojstvo materijala, a duktilnost je tehnološko svojstvo. Plastičnost određuje prikladnost materijala za kovanje. Ako je materijal teško kovati, onda je krhak. Kako bi se poboljšala duktilnost, volframove šipke se kovaju u zagrijanom stanju.

Međutim, gore opisana metoda ne može proizvesti izratke velikih dimenzija velike mase, što je značajno ograničenje. Za dobivanje velikih praznina, čija masa doseže nekoliko stotina kilograma, koristi se hidrostatsko prešanje. Ova metoda omogućuje dobivanje praznina cilindričnog i pravokutnog presjeka, cijevi i drugih proizvoda složenog oblika. Istodobno, imaju ujednačenu gustoću, ne sadrže pukotine i druge nedostatke.

Osigurač
Taljenjem se dobiva kompaktni volfram u obliku velikih gredica (od 200 do 3000 kg) namijenjenih za valjanje, izvlačenje cijevi i proizvodnju proizvoda lijevanjem. Taljenje se provodi u elektrolučnim pećima s potrošnom elektrodom i/ili taljenjem elektronskim snopom.

Pri taljenju luka kao elektrode služe paketi sinteriranih šipki ili hidrostatski prešanih sinteriranih zaliha. Taljenje se provodi u vakuumu ili atmosferi razrijeđenog vodika. Rezultat su volframovi ingoti. Volframovi ingoti imaju krupnozrnu strukturu i povećanu lomljivost, što je uzrokovano visokim sadržajem nečistoća.

Kako bi se smanjio sadržaj nečistoća, volfram se u početku topi u peći s elektronskim snopom. Ali nakon ove vrste taljenja, volfram također ima grubo zrnastu strukturu. Stoga se tada, kako bi se smanjila veličina zrna, dobiveni ingoti tope u elektrolučnoj peći, dodajući male količine cirkonijevih ili niobijevih karbida, kao i legirnih elemenata za davanje posebnih svojstava.

Za dobivanje sitnozrnatih volframovih ingota, kao i za izradu dijelova lijevanjem, koristi se lučno taljenje lubanje uz izlijevanje metala u kalup.

Poglavlje 3. Proizvodi od volframa. Šipke, žica, trake, prah

§jedan. Volframove šipke

Proizvodnja
Volframove šipke su jedna od najčešćih vrsta vatrostalnih metalnih proizvoda od volframa. Početni materijal za proizvodnju šipki je šipka.

Za dobivanje volframovih šipki, šipka se kuje na rotacijskom stroju za kovanje. Kovanje se izvodi u zagrijanom stanju, budući da je volfram vrlo krhak na sobnoj temperaturi. Postoji nekoliko faza kovanja. U svakoj sljedećoj fazi dobivaju se šipke manjeg promjera nego u prethodnoj.

Tijekom prvog kovanja mogu se dobiti volframove šipke promjera do 7 mm (pod uvjetom da šipka ima bočnu duljinu 10-15 cm). Kovanje se izvodi na temperaturi gredice od 1450-1500 °C. Molibden se obično koristi kao materijal za grijanje. Nakon drugog kovanja dobivaju se šipke promjera do 4,5 mm. Proizvodi se na temperaturi štapa od 1300-1250 °C. Daljnjim kovanjem dobivaju se volframove šipke promjera do 2,75 mm. Valja napomenuti da se volframove šipke razreda VT, VL i VI proizvode na višoj temperaturi od šipki razreda VA i VCh.

Ako se kao početna gredica koriste volframovi ingoti, koji se dobivaju topljenjem, tada se vruće kovanje ne provodi. To je zbog činjenice da ovi ingoti imaju grubu makrokristalnu strukturu, a njihovo vruće kovanje može dovesti do pucanja i kvara.

U tom slučaju, volframovi se ingoti podvrgavaju dvostrukom vrućem prešanju (stupanj deformacije je oko 90%). Prvo prešanje se provodi na temperaturi od 1800-1900 °C, drugo - 1350-1500 °C. Praznine se zatim vruće kovaju za proizvodnju volframovih šipki.

Primjena
Volframove šipke se široko koriste u raznim industrijama. Jedna od najčešćih primjena su elektrode za zavarivanje koje se ne troše. Za takve svrhe prikladne su volframove šipke razreda VT, VI, VL. Također, volframove šipke razreda VA, BP, MV koriste se kao grijači. Volframovi grijači rade u pećima do 3000 °C u atmosferi vodika, inertnog plina ili u vakuumu. Volframove šipke mogu poslužiti kao katode za radio cijevi, elektroničke uređaje i uređaje s plinskim pražnjenjem.

§2. Volframove elektrode

elektrolučno zavarivanje
Elektrode za zavarivanje jedna su od najvažnijih komponenti potrebnih za zavarivanje. Najviše se koriste u elektrolučnom zavarivanju. Spada u toplinsku klasu zavarivanja, u kojoj se taljenje vrši zbog toplinske energije. Elektrolučno zavarivanje (ručno, poluautomatsko i automatsko) najčešći je postupak zavarivanja. Toplinsku energiju stvara naponski luk koji gori između elektrode i proizvoda (dijela, obratka). Luk - snažno stabilno električno pražnjenje u ioniziranoj atmosferi plinova, metalnih para. Elektroda dovodi električnu struju do mjesta zavarivanja kako bi se stvorio luk.

Elektrode za zavarivanje
Elektroda za zavarivanje - žičana šipka presvučena (ili neobložena). Postoji veliki izbor elektroda za zavarivanje. Razlikuju se po kemijskom sastavu, duljini, promjeru, određena vrsta elektrode prikladna je za zavarivanje određenih metala i legura itd. itd. Podjela elektroda za zavarivanje na potrošne i nepotrošne jedna je od najvažnijih vrsta njihove klasifikacije.

Potrošne elektrode za zavarivanje se tope tijekom procesa zavarivanja, njihov metal, zajedno s rastaljenim metalom zavarenog dijela, ide na nadopunu zavarenog bazena. Takve su elektrode izrađene od čelika i bakra.

Elektrode koje se ne troše tijekom zavarivanja se ne tope. Ova vrsta uključuje ugljične i volframove elektrode. Prilikom zavarivanja pomoću elektroda od volframa koji se ne troše, potreban je materijal za punjenje (obično žica za zavarivanje ili šipka) koji se topi i zajedno s rastaljenim materijalom zavarenog dijela tvori zavarenu bazenu.

Također, elektrode za zavarivanje su premazane i neobložene. Pokrivenost igra važnu ulogu. Njegove komponente mogu osigurati proizvodnju metala šava određenog sastava i svojstava, stabilno izgaranje luka, zaštitu rastaljenog metala od izlaganja zraku. Sukladno tome, komponente premaza mogu biti legirne, stabilizirajuće, plinotvorne, troske, deoksidirajuće, a sama prevlaka može biti kisela, rutilna, bazična ili celulozna.

Zavarivanje volframovih elektroda
Kao što je ranije navedeno, volframove elektrode su nepotrošne i koriste se za zavarivanje zajedno sa žicom za punjenje. Ove elektrode se uglavnom koriste za zavarivanje obojenih metala i njihovih legura (volframova elektroda s dodatkom cirkonija), visokolegiranih čelika (volframova elektroda s dodatkom EWT torija), a volframova elektroda je vrlo pogodna za dobivanje vara povećane čvrstoće, a dijelovi koji se zavaruju mogu biti različitog kemijskog sastava.

Prilično je uobičajeno zavarivanje pomoću volframovih elektroda u argonu. Ovo okruženje pozitivno utječe na proces zavarivanja i kvalitetu zavara. Volframove elektrode mogu biti izrađene od čistog volframa ili sadržavati razne dodatke koji poboljšavaju kvalitetu procesa zavarivanja i zavara. Značajka elektroda za zavarivanje koje se ne troše od čistog volframa (na primjer, volframova elektroda marke EHF) nije baš dobro paljenje luka.

Paljenje luka odvija se u tri faze:

• kratki spoj elektrode na radni komad;
• uklanjanje elektrode na malu udaljenost;
• pojava stabilnog lučnog pražnjenja.

Cirkonij se dodaje volframovim elektrodama za poboljšanje paljenja luka i postizanje visoke stabilnosti luka tijekom zavarivanja. Thoriation (volframova elektroda EVT-15) također poboljšava paljenje luka i produljuje vijek trajanja elektroda za zavarivanje. Dodatak itrija volframovim elektrodama (volframova elektroda EVI-1, EVI-2, EVI-3) omogućuje njihovu upotrebu u različitim strujnim medijima. Na primjer, može postojati izmjenični ili istosmjerni luk. U prvom slučaju, zavarivački luk napaja se izmjeničnim izvorom struje. Razlikovati jednofazno i ​​trofazno električno napajanje. U drugom - iz izvora istosmjerne struje.

Argonsko lučno zavarivanje (lučno zavarivanje s nepotrošnom volframovom elektrodom u okruženju argona) Ova vrsta zavarivanja dokazala se pri zavarivanju obojenih metala poput molibdena, titana, nikla, kao i visokolegiranih čelika. Ovo je vrsta lučnog zavarivanja gdje je izvor topline potrebne za stvaranje zavarenog bazena električna struja. U ovoj vrsti argon-lučnog zavarivanja glavni elementi su volframova elektroda i inertni plin argon. Argon se dovodi do volframove elektrode tijekom zavarivanja i štiti nju, zonu luka i zavareni bazen od atmosferske mješavine plinova (dušik, vodik, ugljični dioksid). Ova zaštita uvelike poboljšava karakteristike kvalitete zavara, a također štiti volframove elektrode za zavarivanje od brzog izgaranja u zraku. Plin argon može se koristiti pri zavarivanju velikog broja metala i legura, jer je inertan.

Standardi za volframove elektrode
U Rusiji se nepotrošne volframove elektrode proizvode u skladu sa zahtjevima standarda i specifikacija. Među njima: GOST 23949-80“Volframove elektrode za zavarivanje, nepotrošne. Tehnički podaci"; TU 48-19-27-88“Lantirani volfram u obliku šipki. Tehnički podaci"; TU 48-19-221-83„Šipke izrađene od itriranog volframa razreda SVI-1. Tehnički podaci"; TU 48-19-527-83“Nepotrošne elektrode za zavarivanje volframa EVCh i EVL-2. Tehnički podaci".

§3. Volframova žica

Proizvodnja
Volframova žica jedna je od najčešćih vrsta proizvoda izrađenih od ovog vatrostalnog metala. Početni materijal za njegovu proizvodnju su kovane volframove šipke promjera 2,75 mm.

Izvlačenje žice vrši se pri temperaturi od 1000 °C na početku procesa i 400-600 °C na kraju. U ovom slučaju se ne zagrijava samo žica, već i matrica. Grijanje se provodi plamenom plinskog plamenika ili električnim grijačem.

Izvlačenje žice promjera do 1,26 mm izvodi se na ravnom stolu za izvlačenje lanca, unutar promjera 1,25-0,5 mm - na mlinu za blokove promjera zavojnice ~ 1000 mm, promjera 0,5-0,25 - na pojedinačni strojevi za crtanje .

Kao rezultat kovanja i izvlačenja, struktura obratka postaje vlaknasta, koja se sastoji od kristalnih fragmenata izduženih duž osi obrade. Ova struktura dovodi do oštrog povećanja čvrstoće volframove žice.

Nakon izvlačenja volframova žica se premazuje grafitnom mašću. Površina žice mora se očistiti. Čišćenje se provodi žarenjem, kemijskim ili elektrolitičkim jetkanjem, elektrolitičkim poliranjem. Poliranje može povećati mehaničku čvrstoću volframove žice za 20-25%.

Primjena
Volframova žica se koristi za proizvodnju otpornih elemenata u pećima za grijanje koje rade u atmosferi vodika, neutralnog plina ili vakuuma na temperaturama do 3000 °C. Također, volframova žica se koristi za proizvodnju termoelementa. Za to se koriste legura volfram-renija s 5% renija i legura volfram-renija s 20% renija ( BP 5/20).

NA GOST 18903-73“Žica od volframa. Asortiman” označava područja primjene žica razreda VA, VM, VRN, VT-7, VT-10, VT-15. VA volframova žica, ovisno o skupini, stanju površine i metalu, promjeru, koristi se za izradu spirala žarulja sa žarnom niti i drugih izvora svjetlosti, spiralnih katoda i grijača za elektroničke uređaje, opruga za poluvodičke uređaje, petljnih grijača, nespiralnih katode, rešetke, opruge za elektroničke uređaje. Žica razreda VRN koristi se u proizvodnji čahure, traverza i drugih dijelova uređaja koji ne zahtijevaju korištenje volframa s posebnim dodacima.

§četiri. Volfram u prahu

Čisti volfram u prahu služi kao sirovina za proizvodnju kompaktnog volframa (vidi). WC od volframovog karbida, koji također izgleda kao prah, koristi se za izradu tvrdih legura.

Ovisno o namjeni, prašci od volframa razlikuju se po prosječnoj veličini čestica, skupu zrna i drugim parametrima.

Glavna nečistoća u prahovima volframa je kisik (0,05 - 0,3%). Metalne nečistoće sadržane su u prahu volframa u vrlo malim količinama. Često se u volframove prahove unose aditivi iz drugih metala koji poboljšavaju određena svojstva konačnog proizvoda. Često se kao aditivi koriste aluminij, torij, lantan i drugi.

VA volfram u prahu, koji se koristi za proizvodnju žice, sadrži ravnomjerno raspoređene silicij-alkalne i aluminijske aditive (0,32% K 2 O; 0,45% SiO 2; 0,03% Al 2 O 3), volfram BT vatrostalni metalni prah - aditiv torijev oksid (0,7 - 5%), VL - aditiv lantan oksid (~ 1% La 2 O 3), VI - aditiv itrij oksid (~ 3% Y 2 O 3), VM - aditivi silicija i torija (0,32% K 20, 0,45% SiO2, 0,25% ThO2).

§5. Volframove trake (limovi, trake, folije, ploče)

Proizvodnja
U pravilu, ravni proizvodi od volframa - listovi, trake, ploče, folija - dobivaju se pomoću dvije operacije - ravnog kovanja i valjanja. Kao praznine koriste se volframove šipke različitih veličina.

Prvo, volframove šipke su ravno kovane pneumatskim čekićem. Kovanje se izvodi na temperaturi od 1500-1700 °C, koja se s deformacijom smanjuje na 1200-1300 °C. Operacija kovanja se nastavlja sve dok se ne dobije kovanje debljine 8-10 mm (s presjekom šipke 25x25 mm) ili 4-5 mm (s presjekom šipke 12x12 mm).

Zatim se dobiveni otkovci podvrgavaju valjanju u valjaonicama. Na početku procesa valjanja obradak se zagrijava na 1300-1400 °C, a zatim se temperatura spušta na 1000-1200 °C. Vrućim valjanjem izrađuju se limovi, trake i ploče od volframa debljine do 0,6 mm. Za dobivanje listova, traka i ploča manje veličine provodi se hladno valjanje. Za dobivanje tankih listova volframa debljine do 0,125 mm i trake (folije) debljine 0,02-0,03 mm koristi se valjanje u paketima. Paket se sastoji od nekoliko volframovih traka jednake debljine i debljih molibdenskih ploča koje leže na vrhu volframovih traka. Molibdenske ploče su duktilnije i brže se deformiraju od ploča od volframa. Kao rezultat toga, tijekom valjanja postaju tanji od volframovih traka. Nakon jednog ili više prijelaza, molibdenske ploče moraju se zamijeniti novima tako da debljina pakiranja ostane približno konstantna. Treba napomenuti da je svrha ovog procesa izrada tanke volframove trake (folije). Molibdenske ploče ovdje su potrošni materijal koji je neophodan za provedbu valjanja u paketima.

Volframovi ingoti, koji se dobivaju topljenjem, mogu poslužiti i kao praznine za volframove trake, ploče i listove (vidi). Ingoti su prethodno prešani. Pravokutni praznici debljine 20-25 mm i širine 50-60 mm dobivaju se prešanjem iz ingota promjera 70-80 mm. Zatim se praznine deformiraju na dvovaljnim prešama.

Volfram limovi V-MP
V-MP limovi od volframa imaju široku primjenu u industriji. Izrađuju se od volframovog praha razreda PV1 i PV2, koji sadrži 99,98% W. V-MP listovi i ploče moraju imati debljinu od 0,5-45 mm, rezane rubove. Listovi se mogu strojno obrađivati ​​prema zahtjevima kupca. GOST 23922-79“V-MP ploče od volframa. Tehnički podaci".

Primjena
Zbog visoke otpornosti na toplinu, limovi od volframa, kao i drugi proizvodi izrađeni od ovog vatrostalnog metala, koriste se u uvjetima ekstremno visokih temperatura. Od volframovih limova izrađuju se različiti pribori za visokotemperaturne peći - toplinski štitovi, postolja i drugi elementi za pričvršćivanje. Raspršene volframove mete, koje se izrađuju u obliku ploča, koriste se za tanke barijere u metalizaciji poluvodičkih komponenti integriranih sklopova. U nuklearnoj energetici, ploče od volframa se koriste kao štitovi za smanjenje protoka radioaktivnog zračenja.

§6. Legure volframa s renijem

Poseban stavak treba uključiti legure volfram-renija i proizvode izrađene od tih legura. Ovdje će se detaljnije razmotriti legure razreda BP5 i BP20.

Legure ova dva metala otporne su na toplinu. Dopiranje volframa s drugim metalima snižava njegovu točku taljenja. Ali kada se legira vatrostalnim metalom, talište legure se ne smanjuje tako značajno. Volfram (W) i renij (Re) su vatrostalni metali.

Kada se renij koristi kao aditiv, uočava se "renijev učinak". 5% renija povećava otpornost na toplinu i duktilnost volframa. Pri 20-30% udjela renija uočava se optimalna kombinacija čvrstoće i duktilnosti s visokom produktivnošću. Također, prednosti legura volfram-renij uključuju nisku brzinu isparavanja na radnim temperaturama i visoku električnu otpornost.

Legure volframa s renijem, poput kompaktnog volframa, dobivaju se metalurgijom praha i topljenjem.

Zanimljivo područje primjene ovih legura je mjerenje temperature. Volfram-renijeva žica VR5 (5% Re, ostatak - W) i VR20 (20% Re, ostatak - W) koriste se za proizvodnju visokotemperaturnih termoelemenata.

Glavna prednost takvih termoelemenata je raspon mjerenih temperatura. Jer legure VR 5/20 otporne na toplinu, tada je uz pomoć termoelementa izrađenih od odgovarajuće žice moguće mjeriti temperature iznad 2000 °C. Međutim, termoelementi ovog tipa moraju biti u inertnom okruženju.

Najčešće se za proizvodnju termoelementa koristi volfram-renijeva termoelektrodna žica VR5, VR20 Ø 0,2; 0,35; 0,5 mm.

§7. Volfram karbidi

Vrlo su važni s praktične točke gledišta spojevi volframa s ugljikom – volframovi karbidi. Volfram tvori dva karbida - W 2 C i WC. Ti se karbidi razlikuju po topljivosti u karbidima drugih vatrostalnih metala i kemijskom ponašanju u različitim kiselinama. Volframovi karbidi, kao i karbidi drugih vatrostalnih metala, imaju metalnu vodljivost i pozitivan koeficijent električnog otpora. Vatrostalnost i visoka tvrdoća karbida su posljedica jakih međuatomskih veza u njihovim kristalima. Štoviše, visoka tvrdoća WC karbida se zadržava na povišenim temperaturama.

Najčešća metoda za dobivanje volframovih karbida WC i W 2 C je kalcinacija mješavine volframa u prahu s čađom u temperaturnom području od 1000-1500 °C.

Volframovi karbidi WC i W 2 C uglavnom se koriste za proizvodnju tvrdih legura.

Karbid
Postoje 2 grupe tvrdih legura na bazi volframovog karbida:

• lijevane tvrde legure (često se nazivaju lijevani volframovi karbidi);
• sinterirane tvrde legure.

Lijevani karbid dobiven lijevanjem. Za dobivanje legure obično dolazi volfram u prahu, karbid s nedostatkom ugljika (do 3% C) ili mješavina WC + W, u kojoj sadržaj ugljika ne prelazi 3%. Finozrna struktura ove vrste karbida osigurava veću tvrdoću i otpornost na habanje legure. Međutim, lijevane legure su prilično lomljive. Ova okolnost ograničava njihovu primjenu. Uglavnom se lijevane tvrde legure koriste u proizvodnji alata za bušenje i kalupa za izvlačenje za fino izvlačenje žice.

Sinterirani karbid kombinirati volfram monokarbidni WC i metal za cementiranje, koji je obično kobalt, rjeđe nikal. Takve se legure mogu dobiti samo metalurgijom praha. Prašak volfram karbida i prah kobalta ili nikla se miješaju, prešaju u proizvode potrebnog oblika, a zatim sinteriraju na temperaturama blizu tališta metala za cementiranje. Osim visoke tvrdoće i otpornosti na habanje, ove legure imaju dobru čvrstoću. Sinterirane tvrde legure najproduktivniji su moderni alatni materijali za rezanje metala. Također se koriste za proizvodnju kalupa, matrica, alata za bušenje. Među tvrdim legurama, za čiju se proizvodnju koristi volfram karbid, vrijedi istaknuti legure grupe VK - volfram-kobalt tvrde legure. Rasprostranjen u industriji VK8 legure i VK6. Koriste se za izradu glodala, svrdla, glodala, kao i drugih alata za rezanje i bušenje.

Zaključak

Ovaj članak govori o različitim aspektima vezanim uz TUNGSTEN vatrostalni metal - svojstva, primjena, proizvodnja, proizvodi.

Kao što je opisano u članku, proces dobivanja ovog metala sastoji se od mnogih faza i prilično je naporan. Autori su pokušali istaknuti najznačajnije faze proizvodnje volframa i obratiti pozornost na važne značajke.

Pregled svojstava i primjene volframa pokazuje da se radi o vrlo važnom materijalu, bez kojeg se u nekim industrijama jednostavno ne može. Ima jedinstvena svojstva koja se u nekim situacijama ne mogu dobiti korištenjem drugih materijala.

Pregled proizvoda od volframa koje proizvodi industrija - žice, šipke, listovi, prah - omogućuje bolje razumijevanje njihovih značajki, važnih svojstava i specifičnih primjena.

Svojstva volframa

Volfram- metal je. Nema ga u vodi mora, nema ga u zraku, a u zemljinoj kori ga ima samo 0,0055%. Takav volfram, element, stoji na 74. mjestu u . Za industriju ga je “otvorila” Svjetska izložba u glavnom gradu Francuske. To se dogodilo 1900. godine. Izložba je predstavila volfram čelik.

Kompozicija je bila toliko tvrda da je mogla prorezati bilo koji materijal. ostao "nepobjediv" čak i na temperaturama od tisuća stupnjeva, pa je nazvan crveno-otpornim. Proizvođači iz različitih zemalja koji su posjetili izložbu preuzeli su razvoj u službu. Proizvodnja legiranog čelika dobila je globalne razmjere.

Zanimljivo je da je sam element otkriven još u 18. stoljeću. 1781. Šveđanin Scheeler eksperimentirao je s mineralom volframom. Kemičar ga je odlučio staviti u dušičnu kiselinu. U produktima raspadanja znanstvenik je otkrio nepoznati sivi metal sa srebrnastim sjajem. Mineral na kojem su pokusi izvedeni kasnije je preimenovan u scheelite, a novi element zove volfram.

Međutim, trebalo je puno vremena za proučavanje njegovih svojstava, pa je stoga mnogo kasnije pronađena dostojna primjena za metal. Ime je odabrano odmah. Riječ volfram postojao prije. Španjolci su to nazvali jednim od minerala pronađenih u naslagama zemlje.

Sastav kamena je doista uključivao element br. 74. Izvana, metal je porozan, kao da je pjenast. Tako je dobro došla još jedna analogija. Na njemačkom, volfram doslovno znači "vučja pjena".

Talište metala natječe se s vodikom i to je element koji je najotporniji na temperaturu. Stoga i instalirajte indeks omekšavanja volframa nije mogao stotinu godina. Nije bilo peći koje bi se mogle zagrijati do nekoliko tisuća stupnjeva.

Kada se "korist" srebrno-sivog elementa "vidjela", počeo se kopati u industrijskim razmjerima. Za izložbu 1900. metal je ekstrahiran na starinski način dušičnom kiselinom. Međutim, volfram se još uvijek kopa na ovaj način.

Iskopavanje volframa

Najčešće se trioksid prvo dobiva iz rudnog otpada. Obrađuje se na 700 stupnjeva, čime se dobiva čisti metal u obliku prašine. Da bi se omekšale čestice, potrebno je pribjeći samo vodiku. U tome volfram se topi na tri tisuće stupnjeva Celzija.

Legura ide na rezače, rezače cijevi, rezače. za obradu metala sa primjena volframa poboljšati točnost izrade dijelova. Kada je izložen metalnim površinama, trenje je veliko, što znači da su radne površine vrlo vruće. Strojevi za rezanje i poliranje bez elementa br. 74 mogu se sami rastopiti. To čini rez netočnim, nesavršenim.

Volfram nije samo teško topiti, već i obraditi. U ljestvici tvrdoće metal zauzima deveto mjesto. Korund ima isti broj točaka, od kojih se, na primjer, izrađuje nož. Samo je dijamant tvrđi. Stoga se uz njegovu pomoć obrađuje volfram.

Primjena volframa

"Postojanost" 74. elementa privlači. Proizvodi izrađeni od legura sa sivo-srebrnim metalom ne mogu se ogrebati, savijati, slomiti, osim ako su, naravno, strugani po površini ili istim dijamantima.

Nakit od volframa ima još jedan neosporan plus. Ne izazivaju alergijske reakcije, za razliku od zlata, srebra, platine i, još više, njihovih legura sa ili. Za nakit se koristi volfram karbid, odnosno njegova kombinacija s ugljikom.

Priznata je kao najtvrđa legura u povijesti čovječanstva. Njegova polirana površina savršeno reflektira svjetlost. Draguljari ga nazivaju "sivim ogledalom".

Usput, nakit obrtnici su skrenuli pažnju na volfram nakon što su se od te tvari sredinom 20. stoljeća počele izrađivati ​​jezgre metaka, školjke i ploče za pancire.

Pritužbe kupaca na krhkost najviših standarda i srebrnog nakita natjerale su zlatare da razmišljaju o novom elementu i pokušaju ga primijeniti u svojoj industriji. Osim toga, cijene su počele oscilirati. Volfram je postao alternativa žutom metalu, koji se više ne doživljava kao investicija.

Biti plemeniti metal volfram vrijedan mnogo novca. Za kilogram na veletržnici traže najmanje 50 dolara. Svjetska industrija troši 30 tisuća tona elementa br. 74 godišnje. Više od 90% apsorbira metalurška industrija.

Samo napravljen od volframa kontejneri za skladištenje nuklearnog otpada. Metal ne propušta destruktivne zrake. Rijedak element se dodaje legurama za proizvodnju kirurških instrumenata.

Ono što se ne koristi u metalurške svrhe uzima kemijska industrija. Spojevi volframa s fosforom, na primjer, osnova su lakova i boja. Ne padaju, ne blijede od sunčevih zraka.

ALI otopina natrijevog volframata otporan na vlagu i vatru. Postaje jasno što impregnirane vodootporne i vatrootporne tkanine za odijela ronilaca i vatrogasaca.

Naslage volframa

U Rusiji postoji nekoliko nalazišta volframa. Nalaze se na Altaju, Dalekom istoku, Sjevernom Kavkazu, Čukotki i Burjatiji. Izvan zemlje, metal se kopa u Australiji, SAD-u, Boliviji, Portugalu, Južnoj Koreji i Kini.

U Nebeskom Carstvu postoji čak i legenda o mladom istraživaču koji je došao u Kinu tražiti kositreni kamen. Student se smjestio u jednu od kuća u Pekingu.

Nakon bezuspješne potrage, tip je volio slušati priče vlasnikove kćeri. Jedne večeri ispričala je priču o tamnom kamenju od kojeg je sagrađena kućna peć. Ispostavilo se da su blokovi padali s litice u stražnje dvorište zgrade. Dakle, student nije pronašao, ali je pronašao volfram.

Kemija

Element br. 74 volfram se obično klasificira kao rijedak metal: njegov sadržaj u zemljinoj kori procjenjuje se na 0,0055%; ne nalazi se u morskoj vodi, ne može se otkriti u sunčevom spektru. No, po popularnosti može konkurirati mnogim nimalo rijetkim metalima, a njegovi minerali bili su poznati mnogo prije otkrića samog elementa. Dakle, još u 17. stoljeću. u mnogim europskim zemljama poznavali su "volfram" i "volfram" - tako su se zvali tada najčešći minerali volframa - volframit i šelit. I elementarno volfram je otkriven u posljednjoj četvrtini 18. stoljeća.

Volframova ruda

Vrlo brzo je ovaj metal dobio praktičnu važnost – kao legirajući aditiv. A nakon Svjetske izložbe 1900. u Parizu, gdje su demonstrirani uzorci brzoreznog čelika od volframa, element br. 74 počeli su koristiti metalurzi u svim više ili manje industrijaliziranim zemljama. Glavna značajka volframa kao legirajućeg aditiva je da čeliku daje crvenu tvrdoću - omogućuje održavanje tvrdoće i čvrstoće na visokim temperaturama. Štoviše, većina čelika gubi tvrdoću kada se ohladi na zraku (nakon držanja na temperaturi blizu temperature crvene topline). Ali volfram - ne.
Alat, izrađen od volfram čelika, podnosi ogromne brzine najintenzivnijih procesa obrade metala. Brzina rezanja takvog alata mjeri se u desecima metara u sekundi.
Moderni brzorezni čelici sadrže do 18% volframa (ili volframa s molibdenom), 2-7% kroma i malu količinu kobalta. Zadržavaju tvrdoću na 700-800 ° C, dok obični čelik počinje omekšavati kada se zagrije na samo 200 ° C. "Stellites" - legure imaju još veću tvrdoću
volfram a s kromom i kobaltom (bez željeza) i posebno volframovim karbidima – njegovi spojevi s ugljikom. "Vidljiva" legura (volfram karbid, 5-15% kobalta i mala primjesa titanovog karbida) je 1,3 puta tvrđa od običnog volfram čelika i zadržava tvrdoću do 1000-1100 °C. Rezači iz ove legure mogu se ukloniti u minuta do 1500-2000 m željezne strugotine. Mogu brzo i precizno obraditi "kapricijske" materijale: broncu i porculan, staklo i ebonit; istovremeno se sam alat vrlo malo troši.
Početkom XX stoljeća. volframova nit počela se koristiti u električnim žaruljama: omogućuje vam da dovedete toplinu do 2200 ° C i ima visoku svjetlosnu snagu. I u tom svojstvu, volfram je do danas apsolutno neophodan. Očito, zato se žarulja u jednoj popularnoj pjesmi zove "volframovo oko".

Minerali i rude volframa

Volfram se u prirodi javlja uglavnom u obliku oksidiranih kompleksnih spojeva koje nastaju volframovim trioksidom WO 3 i oksidima željeza i mangana ili kalcija, a ponekad i olovom, bakrom, torijem i elementima rijetkih zemalja. Najčešći mineral, volframit, je čvrsta otopina volframata (soli volframove kiseline) željeza i mangana (mFeW0 4 *nMnW0 4). Ova otopina su teški i tvrdi smeđi ili crni kristali, ovisno o tome koji spoj prevladava u njihovom sastavu. Ako ima više pobnerita (spojeva mangana), kristali su crni, a ako prevladava ferberit koji sadrži željezo, smeđi su. Volframit je paramagnetičan i dobar provodnik struje.
Od ostalih minerala volframa industrijski je važan šelit, kalcijev volframat CaW04. Tvori kristale, sjajne poput stakla, svijetložute, ponekad gotovo bijele boje. Scheelite je nemagnetski, ali ima još jednu karakterističnu osobinu - sposobnost luminesciranja. Kada je osvijetljen ultraljubičastim zrakama, u mraku fluorescira svijetlo plavo. Primjesa molibdena mijenja boju sjaja scheelite: postaje blijedoplava, a ponekad čak i kremasta. Ovo svojstvo scheelite, koje se koristi u geološkim istraživanjima, služi kao značajka pretraživanja koja vam omogućuje otkrivanje mineralnih naslaga.
Ležišta volframovih ruda teološki su povezana s područjima rasprostranjenosti granita. Najveća inozemna nalazišta volframita i scheelite nalaze se u Kini, Burmi, SAD-u, Boliviji i Portugalu. Naša zemlja također ima značajne rezerve volframovih minerala, njihova glavna ležišta su na Uralu, Kavkazu i Transbaikaliji.
Veliki kristali volframita ili scheelite vrlo su rijetki. Obično se minerali volframa nalaze samo u drevnim granitnim stijenama - prosječna koncentracija volframa na kraju ispada u najboljem slučaju 1-2%. Stoga je vrlo teško izvući volfram iz ruda.

Kako se dobiva volfram

Prva faza je obogaćivanje rude, izdvajanje vrijednih komponenti iz glavne mase - otpadne stijene. Metode koncentriranja uobičajene su za teške rude i metale: mljevenje i flotacija nakon čega slijedi magnetska separacija (za rude volframita) i oksidativno prženje.
Dobiveni koncentrat se najčešće sinterira s viškom sode kako bi se volfram pretvorio u topljivi spoj, natrijev volframat. Drugi način dobivanja ove tvari je ispiranje; volfram se ekstrahira otopinom sode pod tlakom i na povišenoj temperaturi (proces se odvija u autoklavu), nakon čega slijedi neutralizacija i taloženje u obliku umjetnog šeelita, tj. kalcijeva volframata. Želja da se dobije upravo volframat objašnjava se činjenicom da je od njega relativno jednostavno, u samo dvije faze:
CaW0 4 → H 2 W0 4 ili (NH 4) 2 W0 4 → WO 3 može se izolirati volframov oksid pročišćen od većine nečistoća.
Postoji još jedan način dobivanja volframovog oksida - kroz kloride. Koncentrat volframa obrađuje se plinovitim klorom na povišenoj temperaturi. Rezultirajuće volframove kloride prilično je lako odvojiti od klorida drugih metala sublimacijom, koristeći temperaturnu razliku pri kojoj te tvari prelaze u stanje pare. Nastali volfram kloridi mogu se pretvoriti u oksid, ili se mogu koristiti izravno za preradu u elementarni metal.

Pretvorba oksida ili klorida u metal sljedeći je korak u proizvodnji volframa. Najbolje redukcijsko sredstvo za volframov oksid je vodik. Kada se reducira s vodikom, dobiva se najčišći metalni volfram. Proces redukcije se odvija u cijevnim pećima zagrijanim na način da, dok se kreće duž cijevi, "čamac" s W0 3 prolazi kroz nekoliko temperaturnih zona. Prema njemu struji mlaz suhog vodika. Oporavak se događa i u "hladnim" (450-600 ° C) iu "vrućim" (750-1100 ° C) zonama; u "hladnom" - do najnižeg oksida W0 2, zatim - do elementarnog metala. Ovisno o temperaturi i trajanju reakcije u "vrućoj" zoni mijenjaju se čistoća i veličina zrna volframa u prahu koji se oslobađaju na stijenkama "čamca".
Oporavak se može odvijati ne samo pod djelovanjem vodika. U praksi se često koristi ugljen. Korištenje krutog redukcijskog sredstva donekle pojednostavljuje proizvodnju, ali u ovom slučaju je potrebna viša temperatura - do 1300-1400 ° C. Osim toga, ugljen i nečistoće koje uvijek sadrži reagiraju s volframom, stvarajući karbide i druge spojeve. To dovodi do kontaminacije metala. U međuvremenu, elektrotehnici je potreban vrlo čisti volfram. Samo 0,1% željeza čini volfram krhkim i neprikladnim za izradu najtanje žice.
Proizvodnja volframa iz klorida temelji se na procesu pirolize. Volfram tvori nekoliko spojeva s klorom. Uz pomoć viška klora, svi se mogu pretvoriti u najviši klorid - WCl 6, koji se pri 1600 ° C razlaže u volfram i klor. U prisutnosti vodika, ovaj proces se odvija već na 1000 ° C.
Tako se dobiva metalni volfram, ali ne kompaktan, već u obliku praha, koji se zatim preša u struji vodika na visokoj temperaturi. U prvoj fazi prešanja (pri zagrijavanju na 1100-1300°C) nastaje porozni krhki ingot. Prešanje se nastavlja na još višoj temperaturi, gotovo dosegnuvši točku taljenja volframa na kraju. U tim uvjetima metal postupno postaje čvrst, dobiva vlaknastu strukturu, a s njome i plastičnost i savitljivost.

Glavna svojstva

Volfram se od svih ostalih metala razlikuje po svojoj posebnoj težini, tvrdoći i vatrostalnosti. Izraz "težak kao olovo" odavno je poznat. Ispravnije bi bilo reći: "Teška, poput volframa." Gustoća volframa je gotovo dvostruko veća od olova, točnije 1,7 puta. Istovremeno, njegova atomska masa je nešto niža: 184 naspram 207.

U pogledu vatrostalnosti i tvrdoće, volfram i njegove legure zauzimaju najviša mjesta među metalima. Tehnički čisti volfram se topi na 3410° C, a vrije tek na 6690° C. Takva je temperatura na površini Sunca!
A "kralj refraktornosti" izgleda prilično obično. Boja volframa uvelike ovisi o načinu dobivanja. Taljeni volfram je sjajan sivi metal koji najviše podsjeća na platinu. Volfram prah - siv, tamno siv, pa čak i crn (što je finije zrno, to je tamnije).

Kemijska aktivnost

Prirodni volfram sastoji se od pet stabilnih izotopa s masenim brojevima od 180 do 186. Osim toga, u nuklearnim reaktorima, kao rezultat raznih nuklearnih reakcija, nastaje još 8 radioaktivnih izotopa volframa s masenim brojevima od 176 do 188; svi su relativno kratkog vijeka, s poluživotom u rasponu od nekoliko sati do nekoliko mjeseci.
Sedamdeset i četiri elektrona atoma volframa raspoređena su oko jezgre na takav način da se njih šest nalazi u vanjskim orbitama i da se relativno lako mogu razdvojiti. Stoga je maksimalna valencija volframa šest. Međutim, struktura ovih vanjskih orbita je posebna - sastoje se, takoreći, od dva "sloja": četiri elektrona pripadaju pretposljednjoj razini -d, koja se, dakle, ispostavi da je manje od pola ispunjena. (Poznato je da je broj elektrona u ispunjenoj razini d jednak deset.) Ova četiri elektrona (naizgled nesparena) mogu lako formirati kemijsku vezu. Što se tiče dva "najudaljenija" elektrona, vrlo ih je lako otkinuti.
Strukturne značajke elektronske ljuske objašnjavaju visoku kemijsku aktivnost volframa. U spojevima nije samo šestovalentan, već i pet-, četvero-, tro-, dvo- i nul-valentan. (Nepoznati su samo spojevi monovalentnog volframa).
Aktivnost volframa očituje se u tome što reagira s velikom većinom elemenata, tvoreći mnoge jednostavne i složene spojeve. Čak i u legurama, volfram je često kemijski vezan. A s kisikom i drugim oksidacijskim agensima lakše komunicira od većine teških metala.
Reakcija volframa s kisikom događa se pri zagrijavanju, osobito lako u prisutnosti vodene pare. Ako se volfram zagrijava na zraku, tada na 400-500 ° C na površini metala nastaje stabilan niži oksid W0 2; cijela površina je prekrivena smeđim filmom. Pri višoj temperaturi dobiva se najprije plavi međuoksid W 4 O 11, a zatim limunasto žuti volfram trioksid W0 3 koji sublimira na 923 °C.

Suhi fluor se spaja s fino mljevenim volframom čak i uz lagano zagrijavanje. U tom slučaju nastaje WF6 heksafluorid - tvar koja se topi na 2,5 °C i vrije na 19,5 °C. Sličan spoj - WCl 6 - dobiva se reakcijom s klorom, ali samo na 600 °C. Čeličnoplavi kristali WCl 6 se topi na 275 ° C i kuha na 347 ° C. S bromom i jodom volfram stvara nestabilne spojeve: penta- i dibromid, tetra- i dijod.
Na visokim temperaturama volfram se spaja sa sumporom, selenom i telurom, s dušikom i borom, s ugljikom i silicijem. Neki od ovih spojeva su vrlo tvrdi i imaju druga izvanredna svojstva.
Karbonil W(CO) 6 je vrlo zanimljiv. Ovdje se volfram kombinira s ugljičnim monoksidom i stoga ima nultu valenciju. Volfram karbonil je nestabilan; dobiva se pod posebnim uvjetima. Na 0°C se odvaja od odgovarajuće otopine u obliku bezbojnih kristala, sublimira na 50°C, a potpuno se raspada na 100°C. Ali upravo ovaj spoj omogućuje dobivanje tankih i gustih premaza od čistog volframa.
Ne samo volfram sam, nego i mnogi njegovi spojevi su vrlo aktivni. Konkretno, volframov oksid WO 3 se može polimerizirati. Kao rezultat, nastaju takozvani izopolispojevi i heteropolispojevi: molekule potonjih mogu sadržavati više od 50 atoma.

Legure

S gotovo svim metalima volfram tvori legure, ali ih nije tako lako dobiti. Činjenica je da općeprihvaćene metode fuzije u ovom slučaju, u pravilu, nisu primjenjive. Kod tališta volframa većina drugih metala se već pretvara u plinove ili vrlo hlapljive tekućine. Stoga se legure koje sadrže volfram obično proizvode metodama metalurgije praha.
Kako bi se izbjegla oksidacija, sve operacije se izvode u atmosferi vakuuma ili argona. Radi se ovako. Najprije se smjesa metalnih prahova preša, zatim sinterira i podvrgne taljenju u električnim pećima. Ponekad se jedan volframov prah preša i sinterira, a tako dobiveni porozni obradak impregnira se tekućom talinom drugog metala: dobivaju se takozvane pseudolegure. Ova metoda se koristi kada je potrebno dobiti slitinu volframa s bakrom i srebrom.

S kromom i molibdenom, niobijem i tantalom volfram daje obične (homogene) legure u bilo kojem omjeru. Već mali dodaci volframa povećavaju tvrdoću ovih metala i njihovu otpornost na oksidaciju.
Legure sa željezom, niklom i kobaltom su složenije. Ovdje, ovisno o omjeru komponenti, nastaju ili čvrste otopine ili intermetalni spojevi (kemijski spojevi metala), a u prisutnosti ugljika (koji je uvijek prisutan u čeliku), miješani karbidi volframa i željeza daju metalu još veću tvrdoću .
Vrlo složeni spojevi nastaju kada se volfram spoji s aluminijem, berilijem i titanijem: u njima se nalazi od 2 do 12 atoma lakih metala po atomu volframa. Ove legure su otporne na toplinu i otporne na oksidaciju pri visokim temperaturama.
U praksi se legure volframa najčešće koriste ne s jednim metalom, već s nekoliko. Takve su, posebice, kiselootporne legure volframa s kromom i kobaltom ili niklom (amala); izrađuju kirurške instrumente. Najbolje vrste magnetskog čelika sadrže volfram, željezo i kobalt. A u posebnim legurama otpornim na toplinu, osim volframa, postoje krom, nikal i aluminij.
Od svih legura volframa najveću važnost dobili su čelici koji sadrže volfram. Otporne su na habanje, ne pucaju, zadržavaju tvrdoću do crvene temperature. Alat izrađen od njih ne samo da omogućuje naglo intenziviranje procesa obrade metala (brzina obrade metalnih proizvoda povećava se 10-15 puta), već i traje mnogo dulje od istog alata izrađenog od drugog čelika.
Volframove legure nisu samo otporne na toplinu, već i na toplinu. Ne korodiraju na visokim temperaturama pod utjecajem zraka, vlage i raznih kemikalija. Konkretno, 10% volframa unesenog u nikal dovoljno je da poveća otpornost na koroziju potonjeg za 12 puta! A volframovi karbidi s dodatkom tantala i titanovih karbida, cementirani kobaltom, otporni su na djelovanje mnogih kiselina – dušične, sumporne i klorovodične – čak i kada su prokuhani. Za njih je opasna samo mješavina fluorovodične i dušične kiseline.

Volfram igra iznimno važnu ulogu u modernoj tehnologiji. Koristi se u industriji čelika, u proizvodnji tvrdih legura, u proizvodnji kiselina otpornih i drugih specijalnih legura, u elektrotehnici, u proizvodnji bojila, kao kemijski reagensi itd.

Oko 70% svega iskopanog volframa odlazi na proizvodnju ferovolframa, u obliku kojeg se uvodi u čelik. U najbogatijim volframom i najčešćim volframovim čelicima (u brzoreznim čelicima) volfram stvara složene karbide koji sadrže volfram koji povećavaju tvrdoću čelika, osobito na povišenim temperaturama (crvena tvrdoća).višestruko povećavaju brzinu rezanja. . Rezači brzoreznog čelika danas ustupaju mjesto rezačima od kermet tvrdih legura na bazi volfram karbida s dodatkom cementnog aditiva, au neke tvrde legure uvode se i karbidi titana, tantala i niobija. Moderne brzine rezanja koje postižu proizvodni inovatori postižu se upravo rezačima od tvrdih legura.Slitine volframa s drugim metalima imaju široku primjenu: legura nikal-volfram-krom odlikuje se svojstvima otpornosti na kiseline. Pozornost se skreće na volframove legure s povećanom otpornošću na toplinu: na primjer, dodatak 1% niobija, tantala, molibdena, koji tvore čvrstu otopinu volframa, povećava točku taljenja metala iznad 3300 °C, dok dodatak 1% željeza, koje je vrlo slabo topivo u volframu, snižava točku taljenja na 1640°C. Istraživanja u ovom području široko su razvijena u SAD-u.

Metalni volfram nalazi različite primjene u elektrotehnici i rendgenskom inženjerstvu. Niti električnih svjetiljki izrađeni su od volframa. Volfram je posebno prikladan za tu svrhu zbog svoje visoke vatrostalnosti i vrlo niske hlapljivosti: na temperaturama reda od 2500 ° C, na kojima filamenti rade, tlak pare volframa ne doseže 1 mm Hg. Metalni volfram se također koristi za izradu grijača za električne peći koji mogu izdržati temperature do 3000°C Metalni volfram se koristi za antikatode rendgenskih cijevi, za razne dijelove elektrovakuumske opreme, za radio uređaje, strujne ispravljače itd. Tanke volframove niti koriste se u galvanometrima. Slične niti se koriste u kirurške svrhe. Konačno, volfram metal se koristi za izradu raznih spiralnih opruga, kao i dijelova za koje je potreban materijal otporan na razne kemijske utjecaje.

Spojevi volframa su se vrlo široko koristili kao boje. U Kini su sačuvani drevni proizvodi od porculana, obojeni u neobičnu boju breskve, studije su pokazale da boja sadrži volfram.

Soli volframa se koriste za davanje otpornosti na vatru nekim tkaninama. Teške skupe svile svoju ljepotu duguju volframovim solima kojima su impregnirane.

Čisti pripravci volframa koriste se u kemijskoj analizi kao reagensi za alkaloide i druge tvari. Spojevi volframa se također koriste kao katalizatori.

1. Nudimo sljedeće proizvode od volframa: volfram traka, volfram žica, volfram šipka, volfram šipka.

Upotreba čistog metala i legura koje sadrže volfram temelji se uglavnom na njihovoj vatrostalnosti, tvrdoći i kemijskoj otpornosti. Čisti volfram se koristi u proizvodnji niti za električne žarulje sa žarnom niti i katodne cijevi, u proizvodnji lonaca za isparavanje metala, u kontaktima automobilskih razdjelnika paljenja, u metama rendgenskih cijevi; kao namoti i grijaći elementi u električnim pećima te kao konstrukcijski materijal za svemirska i druga vozila koja rade na visokim temperaturama. Brzorezni čelici (17,5-18,5% volframa), stelit (na bazi kobalta s dodatkom Cr, W, C), hastalloy (nehrđajući čelik na bazi Ni) i mnoge druge legure sadrže volfram. Osnova za proizvodnju alata i legura otpornih na toplinu je ferovolfram (68-86% W, do 7% Mo i željezo), koji se lako dobiva izravnom redukcijom koncentrata volframita ili scheelite. "Pobedit" - vrlo tvrda legura koja sadrži 80-87% volframa, 6-15% kobalta, 5-7% ugljika, nezamjenjiva je u obradi metala, u rudarstvu i naftnoj industriji.

Kalcijev i magnezijev volframat naširoko se koriste u fluorescentnim uređajima, ostale soli volframa se koriste u kemijskoj industriji i industriji štavljenja. Volfram disulfid je suho visokotemperaturno mazivo, postojano do 500 ° C. Volframove bronce i drugi spojevi elemenata koriste se u proizvodnji boja. Mnogi spojevi volframa su izvrsni katalizatori.

Dugi niz godina od svog otkrića volfram je ostao laboratorijska rijetkost, tek 1847. Oxland je dobio patent za proizvodnju natrijevog volframata, volframove kiseline i volframa iz kasiterita (kositrenog kamena). Drugi patent, koji je Oxland dobio 1857. godine, opisuje proizvodnju legura željeza i volframa, koje čine osnovu modernih brzoreznih čelika.

Sredinom 19.st napravljeni su prvi pokušaji korištenja volframa u proizvodnji čelika, ali dugo vremena nije bilo moguće uvesti ovaj razvoj u industriju zbog visoke cijene metala. Povećana potražnja za legiranim i čelicima visoke čvrstoće dovela je do lansiranja brzoreznih čelika u Bethlehem Steel-u. Uzorci ovih legura prvi su put predstavljeni 1900. godine na Svjetskoj izložbi u Parizu.

Tehnologija proizvodnje volframovih niti i njezina povijest.

Obim proizvodnje volframove žice ima mali udio među svim industrijama koje koriste volfram, ali je razvoj tehnologije za njegovu proizvodnju odigrao ključnu ulogu u razvoju metalurgije praha vatrostalnih spojeva.

Od 1878., kada je Swan demonstrirao u Newcastleu svjetiljke s ugljenom s osam i šesnaest svijeća koje je izumio, traži se prikladniji materijal za izradu niti. Prva žarulja s drvenim ugljenom imala je učinkovitost od samo 1 lumen/vat, koja je tijekom sljedećih 20 godina povećana modifikacijama metoda obrade drvenog ugljena za faktor dva i pol. Do 1898. svjetlosna snaga takvih žarulja iznosila je 3 lumena/vat. U to vrijeme, ugljična vlakna zagrijavala su se propuštanjem električne struje u atmosferi teških para ugljikovodika. Tijekom pirolize potonjeg, rezultirajući ugljik ispunio je pore i nepravilnosti niti, dajući joj svijetli metalni sjaj.

Krajem 19.st von Welsbach napravio je prvu metalnu nit za žarulje sa žarnom niti. Napravio ga je od osmija (T pl = 2700 °C). Osmijevi filamenti imali su učinkovitost od 6 lumena / vat, međutim, osmij je rijedak i iznimno skup element platinske skupine, stoga nije našao široku primjenu u proizvodnji kućanskih uređaja. Tantal, s talištem od 2996°C, bio je široko korišten u obliku vučene žice od 1903. do 1911. zahvaljujući radu von Boltona iz Siemensa i Halskea. Učinkovitost tantalnih svjetiljki bila je 7 lumena/vat.

Volfram se počeo koristiti u žaruljama sa žarnom niti 1904. i zamijenio je sve druge metale u ovom svojstvu do 1911. Konvencionalna žarulja sa žarnom niti s volframom ima sjaj od 12 lumena / vat, a svjetiljke koje rade pod visokim naponom - 22 lumena / vat. Moderne fluorescentne svjetiljke s volframom katodom imaju učinkovitost od oko 50 lumena/vat.

Godine 1904. Siemens-Halske je pokušao primijeniti proces izvlačenja žice razvijen za tantal na vatrostalnije metale kao što su volfram i torij. Krutost i nedostatak savitljivosti volframa spriječili su da proces teče glatko. Međutim, kasnije, 1913.-1914., pokazalo se da se rastaljeni volfram može valjati i izvlačiti postupkom djelomične redukcije. Električni luk je prošao između volframove šipke i djelomično otopljene kapljice volframa smještene u grafitni lončić obložen s unutarnje strane volframovim prahom i smješten u atmosferi vodika. Tako su dobivene male kapi rastaljenog volframa, promjera oko 10 mm i duljine 20-30 mm. Iako s poteškoćama, s njima se već moglo raditi.

Iste godine Just i Hannaman patentirali su postupak za izradu volframovih niti. Fini metalni prah pomiješan je s organskim vezivom, dobivena pasta je propuštena kroz spinere i zagrijana u posebnoj atmosferi da bi se uklonilo vezivo, te je dobivena fina filamenta čistog volframa.

Poznati proces ekstruzije razvijen je 1906.-1907. i koristio se do ranih 1910-ih. Vrlo fino mljeveni prah crnog volframa pomiješan je s dekstrinom ili škrobom dok se ne stvori plastična masa. Hidraulički pritisak tjerao je ovu masu kroz tanka dijamantna sita. Tako dobiven konac bio je dovoljno jak da se namota na kolute i osuši. Zatim su niti izrezane u "ukosnice", koje su zagrijane u atmosferi inertnog plina do usijane temperature kako bi se uklonila zaostala vlaga i lagani ugljikovodici. Svaka "ukosnica" učvršćena je u stezaljku i zagrijavana u atmosferi vodika do jarkog sjaja propuštanjem električne struje. To je dovelo do konačnog uklanjanja neželjenih nečistoća. Pri visokim temperaturama pojedinačne male čestice volframa se spajaju i tvore jednoliku čvrstu metalnu nit. Ove niti su elastične, iako krhke.

Početkom 20. stoljeća Yust i Hannaman razvili su drugačiji proces koji se ističe po svojoj originalnosti. Ugljična nit promjera 0,02 mm obložena je volframom zagrijavanjem u atmosferi vodika i para volfram heksaklorida. Ovako obložena nit zagrijana je do jakog sjaja u vodiku pod sniženim tlakom. U ovom slučaju, volframova ljuska i ugljična jezgra su potpuno stopljene jedna s drugom, tvoreći volfram karbid. Dobivena nit je bila bijela i lomljiva. Zatim je filament zagrijana u struji vodika, koji je stupio u interakciju s ugljikom, ostavljajući kompaktnu nit od čistog volframa. Niti su imale iste karakteristike kao dobivene u procesu ekstruzije.

1909. Amerikanac Coolidge bilo je moguće dobiti savitljivi volfram bez upotrebe punila, ali samo uz pomoć razumne temperature i mehaničke obrade. Glavni problem u dobivanju volframove žice bila je brza oksidacija volframa na visokim temperaturama i prisutnost zrnaste strukture u rezultirajućem volframu, što je dovelo do njegove krhkosti.

Suvremena proizvodnja volframove žice složen je i precizan tehnološki proces. Sirovina je volfram u prahu dobiven redukcijom amonijevog paravolframata.

Volfram u prahu koji se koristi za proizvodnju žice mora biti visoke čistoće. Obično se miješaju volframovi prahovi različitog porijekla kako bi se prosječna kvaliteta metala. Miješaju se u mlinovima i, kako bi se izbjegla oksidacija metala zagrijanog trenjem, u komoru se propušta mlaz dušika. Zatim se prah preša u čelične kalupe na hidrauličkim ili pneumatskim prešama (5-25 kg/mm2). Ako se koriste kontaminirani prašci, kompakt je krhak i dodaje se potpuno oksidirajuće organsko vezivo kako bi se uklonio ovaj učinak. U sljedećoj fazi vrši se prethodno sinteriranje šipki. Kada se kompakti zagrijavaju i hlade u struji vodika, poboljšavaju se njihova mehanička svojstva. Kompakti su još dosta krhki, a njihova gustoća je 60-70% gustoće volframa, pa se šipke podvrgavaju visokotemperaturnom sinteriranju. Štap je stegnut između kontakata hlađenih vodom, a u atmosferi suhog vodika kroz nju se propušta struja koja ga zagrijava gotovo do točke taljenja. Zbog zagrijavanja, volfram se sinterira i njegova gustoća se povećava na 85-95% od kristalne, istovremeno se povećava veličina zrna, rastu kristali volframa. Nakon toga slijedi kovanje na visokoj (1200-1500 °C) temperaturi. U posebnom aparatu, šipke se prolaze kroz komoru, koja se komprimira čekićem. Za jedan prolaz, promjer šipke se smanjuje za 12%. Kada su kovani, kristali volframa se izdužuju, stvarajući fibrilarnu strukturu. Nakon kovanja slijedi izvlačenje žice. Šipke se podmazuju i prolaze kroz sito od dijamanta ili volframovog karbida. Stupanj ekstrakcije ovisi o namjeni dobivenih proizvoda. Dobiveni promjer žice je oko 13 µm.