Tungsten metall beskrivelse. Hvor brukes høydensitetswolfram?
Artikkelen dekker prosessen med wolframproduksjon fra stadiet av malmanrikning til stadiet for å oppnå emner i form av stenger og ingots. Karakteristiske trekk ved hvert trinn er notert.
Spesiell oppmerksomhet i artikkelen er gitt til produkter (tråd, stenger, ark, etc.). Prosessene for å produsere et eller annet produkt fra wolfram, dets karakteristiske egenskaper og bruksområder er beskrevet.
Kapittel 1. Wolfram. Egenskaper og bruksområder for wolfram
Wolfram (betegnet med W) er et kjemisk grunnstoff i gruppe VI i den 6. perioden av D.I.-tabellen. Mendeleev, har nummer 74; lys grå overgangsmetall. Det mest ildfaste metallet har et smeltepunkt t pl \u003d 3380 ° C. Fra synet på bruken av wolframmetall er dens viktigste egenskaper tetthet, smeltepunkt, elektrisk motstand, lineær ekspansjonskoeffisient.§en. Egenskaper til wolfram
| Eiendom | Betydning |
|---|---|
| Fysiske egenskaper | |
| atomnummer | 74 |
| Atommasse, a.m.u. (g/mol) | 183,84 |
| Atomdiameter, nm | 0,274 |
| Tetthet, g/cm 3 | 19,3 |
| Smeltepunkt, °С | 3380 |
| Kokepunkt, °C | 5900 |
| Spesifikk varmekapasitet, J/(g K) | 0,147 |
| Termisk ledningsevne, W/(m K) | 129 |
| Elektrisk motstand, µOhm cm | 5,5 |
| Koeffisient for lineær termisk utvidelse, 10 -6 m/mK | 4,32 |
| Mekaniske egenskaper | |
| Youngs modul, GPa | 415,0 |
| Skjærmodul, GPa | 151,0 |
| Poissons forhold | 0,29 |
| Sluttstyrke σ B , MPa | 800-1100 |
| Relativ forlengelse δ, % | 0 |
Metallet har et svært høyt kokepunkt (5900 °C) og en svært lav fordampningshastighet selv ved en temperatur på 2000 °C. Den elektriske ledningsevnen til wolfram er nesten tre ganger lavere enn for kobber. Egenskapene som begrenser anvendelsesområdet for wolfram inkluderer høy tetthet, høy tendens til sprøhet ved lave temperaturer og lav motstand mot oksidasjon ved lave temperaturer.
Utseendemessig ligner wolfram på stål. Den brukes til å lage legeringer med høy styrke. Bearbeiding (smiing, valsing og tegning) wolfram gir seg bare når det varmes opp. Oppvarmingstemperaturen avhenger av typen prosessering. For eksempel utføres smiing av stenger ved å varme opp arbeidsstykket til 1450-1500 °C.
§2. Wolfram karakterer
| Tungsten merke | Merkekarakteristikk | Formålet med introduksjonen av tilsetningsstoffet |
|---|---|---|
| HF | Tungsten ren (ingen tilsetningsstoffer) | - |
| VA | Wolfram med silisium-alkali og aluminiumsadditiver | Økning i primær rekrystalliseringstemperatur, styrke etter gløding, dimensjonsstabilitet ved høye temperaturer |
| VM | Wolfram med silisium-alkali og thorium tilsetningsstoffer | Øke rekrystalliseringstemperaturen og øke styrken til wolfram ved høye temperaturer |
| WT | Wolfram dopet med thoriumoksid | |
| I OG | Wolfram med yttriumoksidadditiv | Øke utslippsegenskapene til wolfram |
| VL | Wolfram med lantanoksidtilsetning | Øke utslippsegenskapene til wolfram |
| VR | Legering av wolfram og rhenium | En økning i plastisiteten til wolfram etter høytemperaturbehandling, en økning i temperaturen ved primær rekrystallisering, styrke ved høye temperaturer, elektrisk resistivitet, etc. |
| VRN | Wolfram uten tilsetningsstoff, hvor et høyt innhold av urenheter er tillatt | - |
| MV | Legeringer av molybden og wolfram | Øker styrken til molybden samtidig som duktiliteten opprettholdes etter gløding |
§3. Anvendelser av wolfram
Tungsten har blitt mye brukt på grunn av sine unike egenskaper. I industrien brukes wolfram som et rent metall og i en rekke legeringer.De viktigste bruksområdene for wolfram
1. Spesialstål
Wolfram brukes som en av hovedkomponentene eller et legeringselement i produksjonen av høyhastighetsstål (inneholder 9-24% wolfram W), samt verktøystål (0,8-1,2% wolfram W - wolframverktøystål; 2- 2,7 % wolfram W - krom wolfram silisium verktøystål (inneholder også Cr krom og silisium Si); 2-9 % wolfram W - krom wolfram verktøystål (inneholder også krom Cr); 0,5-1,6 % wolfram W - krom wolfram mangan verktøystål (inneholder også krom Cr og mangan Mn) Bor, freser, stanser, dyser etc. er laget av de listede stålene Eksempler på høyhastighetsstål inkluderer R6M5, R6M5K5, R6M5F3. Bokstaven "P" betyr at stålet er høyhastighets, bokstavene "M" og "K" - at stålet er legert med henholdsvis molybden og kobolt. Wolfram er også en del av magnetiske stål, som er delt inn i wolfram og wolfram-kobolt.
2. Harde legeringer basert på wolframkarbid
Wolframkarbid (WC, W 2 C) - en forbindelse av wolfram med karbon (se). Den har høy hardhet, slitestyrke og ildfasthet. På grunnlag av dette lages de mest produktive verktøyets harde legeringer, som inneholder 85-95% WC og 5-14% Co. Arbeidsdeler av skjære- og boreverktøy er laget av harde legeringer.
3. Varmebestandige og slitesterke legeringer
Disse legeringene bruker ildfastheten til wolfram. De vanligste legeringene av wolfram med kobolt og krom - stellitter (3-5% W, 25-35% Cr, 45-65% Co). De påføres vanligvis ved hjelp av overflatebehandling på overflatene til sterkt slitte maskindeler.
4. Kontaktlegeringer og "tunge legeringer"
Disse legeringene inkluderer wolfram-kobber og wolfram-sølv legeringer. Dette er tilstrekkelig effektive kontaktmaterialer for fremstilling av arbeidsdeler av knivbrytere, brytere, elektroder for punktsveising, etc.
5. Elektrovakuum og elektrisk lysutstyr
Wolfram i form av wire, tape og ulike smidde deler brukes i produksjon av elektriske lamper, radioelektronikk og røntgenteknologi. Wolfram er det beste materialet for filamenter og filamenter. Wolframtråd og stenger fungerer som elektriske varmeovner for høytemperaturovner (opptil ~3000 °C). Wolframvarmere fungerer i en atmosfære av hydrogen, inert gass eller vakuum.
6. Sveiseelektroder
Et svært viktig bruksområde for wolfram er sveising. Wolfram brukes til å lage elektroder for buesveising (se). Wolframelektroder er ikke-forbrukbare.
Kapittel 2 Wolframproduksjon
§en. Prosessen med å oppnå ildfast metall wolfram
Wolfram er vanligvis referert til en bred gruppe sjeldne metaller. I tillegg til dette metallet inkluderer denne gruppen molybden, rubidium og andre. Sjeldne metaller kjennetegnes av en relativt liten skala av produksjon og forbruk, samt lav utbredelse i jordskorpen. Ikke et eneste sjeldent metall oppnås ved direkte reduksjon fra råvarer. Først blir råvarer bearbeidet til kjemiske forbindelser. I tillegg gjennomgår alle sjeldne metallmalmer ytterligere anrikning før bearbeiding.I prosessen med å skaffe et sjeldent metall kan tre hovedstadier skilles:
- Nedbrytningen av malmmateriale er separasjonen av det ekstraherte metallet fra hoveddelen av det bearbeidede råmaterialet og dets konsentrasjon i løsning eller sediment.
- Innhenting av rene kjemiske forbindelser - isolering og rensing av en kjemisk forbindelse.
- Isolering av metallet fra den resulterende forbindelsen - oppnå rene sjeldne metaller.
- Anrikning av wolframmalm. Den produseres ved gravitasjon, flotasjon, magnetisk eller elektrostatisk separasjon. Som et resultat av anrikning oppnås et wolframkonsentrat som inneholder 55 - 65 % wolframanhydrid (trioksid) WO 3 . Innholdet av urenheter - fosfor, svovel, arsen, tinn, kobber, antimon og vismut - kontrolleres i wolframkonsentrater.
- Anskaffelse av wolframtrioksid (anhydrid) WO 3 , som tjener som råmateriale for produksjon av metallisk wolfram eller dets karbid. For å gjøre dette er det nødvendig å utføre en rekke handlinger, for eksempel dekomponering av konsentrater, utvasking av en legering eller sinter, oppnå teknisk wolframsyre, etc. Som et resultat bør et produkt som inneholder 99,90 - 99,95% WO 3 oppnås .
- Innhenting av wolframpulver. Rent metall i pulverform kan oppnås fra wolframanhydrid WO 3 . For å gjøre dette, utfør prosessen med reduksjon av anhydrid med hydrogen eller karbon. Karbonreduksjon brukes sjeldnere, siden WO 3 i denne prosessen er mettet med karbider, noe som gjør metallet mer sprøtt og svekker bearbeidbarheten. Når du skaffer wolframpulver, brukes spesielle metoder for å kontrollere dets kjemiske sammensetning, kornstørrelse og form og partikkelstørrelsesfordeling. For eksempel bidrar en rask temperaturøkning og en lav hydrogentilførselshastighet til en økning i pulverpartikkelstørrelsen.
- Skaffe kompakt wolfram. Kompakt wolfram, vanligvis i form av stenger eller ingots, er et emne for produksjon av halvfabrikata, som wire, stang, strip, og så videre.
§2. Skaffe kompakt wolfram
Det er to måter å få kompakt wolfram på. Den første er anvendelsen av pulvermetallurgimetoder. Den andre er ved å smelte i lysbueovner med en forbrukselektrode.Metoder for pulvermetallurgi
Denne metoden for å produsere formbar wolfram er den vanligste, siden den tillater en jevnere fordeling av tilsetningsstoffer som gir wolfram spesielle egenskaper (varmebestandighet, utslippsegenskaper og andre).
Prosessen med å oppnå kompakt wolfram ved denne metoden består av flere stadier:
- pressestenger fra metallpulver;
- lavtemperatur (foreløpig) sintring av emner;
- sintring (sveising) av emner;
- behandling av emner for å oppnå halvfabrikata - wolframtråd, tape, wolframstenger; Vanligvis behandles emner under trykk (smiing) eller utsettes for maskinering ved kutting (for eksempel sliping, polering).
Ved å bruke den beskrevne metoden for pulvermetallurgi oppnås wolframstenger med kvadratisk snitt fra 8x8 til 40x40 mm og en lengde på 280-650 mm. Ved romtemperatur har de god styrke, men er veldig sprø. Det er verdt å merke seg at styrke og sprøhet (motsatt egenskap - duktilitet) tilhører forskjellige grupper av egenskaper. Styrke er en mekanisk egenskap ved et materiale, duktilitet er en teknologisk egenskap. Plastisitet bestemmer egnetheten til et materiale for smiing. Hvis materialet er vanskelig å smi, er det sprøtt. For å forbedre duktiliteten blir wolframstenger smidd i oppvarmet tilstand.
Metoden beskrevet ovenfor kan imidlertid ikke produsere store arbeidsstykker med stor masse, noe som er en betydelig begrensning. For å oppnå emner i store størrelser, hvis masse når flere hundre kilo, brukes hydrostatisk pressing. Denne metoden gjør det mulig å oppnå emner med sylindrisk og rektangulært tverrsnitt, rør og andre produkter med kompleks form. Samtidig har de en jevn tetthet, inneholder ikke sprekker og andre defekter.
Lunte
Smelting brukes til å oppnå kompakt wolfram i form av store emner (fra 200 til 3000 kg) beregnet for valsing, rørtrekking og produksjon av produkter ved støping. Smelting utføres i lysbueovner med forbrukbar elektrode og/eller elektronstrålesmelting.
Ved buesmelting tjener pakker med sintrede stenger eller hydrostatisk pressede sintrede emner som elektroder. Smelting utføres i et vakuum eller en foreldet hydrogenatmosfære. Resultatet er wolframblokker. Tungsten ingots har en grovkornet struktur og økt sprøhet, som er forårsaket av et høyt innhold av urenheter.
For å redusere innholdet av urenheter smeltes wolfram først i en elektronstråleovn. Men etter denne typen smelting har wolfram også en grovkornet struktur. Derfor, for å redusere kornstørrelsen, blir de resulterende blokkene smeltet i en elektrisk lysbueovn, og tilsatt små mengder zirkonium- eller niobkarbider, samt legeringselementer for å gi spesielle egenskaper.
For å oppnå finkornede wolframblokker, så vel som for å produsere deler ved støping, brukes bueskallesmelting med å helle metall i en form.
Kapittel 3. Produkter fra wolfram. Stenger, tråd, strimler, pulver
§en. Wolfram stenger
ProduksjonWolframstenger er en av de vanligste typene av wolfram ildfaste metallprodukter. Utgangsmaterialet for produksjon av stenger er en stang.
For å få tak i wolframstenger smids stangen på en roterende smimaskin. Smiing utføres i oppvarmet tilstand, siden wolfram er veldig sprø ved romtemperatur. Det er flere stadier av smiing. På hvert neste trinn oppnås stenger med mindre diameter enn ved det forrige.
Under den første smiingen kan wolframstenger med en diameter på opptil 7 mm fås (forutsatt at stangen har en sidelengde på 10-15 cm). Smiing utføres ved en emnetemperatur på 1450-1500 °C. Molybden brukes ofte som varmemateriale. Etter den andre smiingen oppnås stenger med en diameter på opptil 4,5 mm. Den produseres ved en stangtemperatur på 1300-1250 °C. Med ytterligere smiing oppnås wolframstenger med en diameter på opptil 2,75 mm. Det skal bemerkes at wolframstenger av klasse VT, VL og VI produseres ved høyere temperatur enn stenger av klasse VA og VCh.
Hvis wolframblokker, som oppnås ved smelting, brukes som den første billetten, utføres ikke varmsmiing. Dette skyldes det faktum at disse blokkene har en grov makrokrystallinsk struktur, og deres varme smiing kan føre til sprekker og svikt.
I dette tilfellet blir wolframblokkene utsatt for dobbel varmpressing (deformasjonsgraden er omtrent 90%). Den første pressingen utføres ved en temperatur på 1800-1900 °C, den andre - 1350-1500 °C. Emnene blir deretter varmsmidd for å produsere wolframstenger.
applikasjon
Wolframstenger er mye brukt i ulike bransjer. En av de vanligste bruksområdene er ikke-forbrukbare sveiseelektroder. For slike formål er wolframstenger av klasse VT, VI, VL egnet. Også wolframstenger av karakterene VA, BP, MV brukes som varmeovner. Wolframvarmere fungerer i ovner opp til 3000 °C i en atmosfære av hydrogen, en inert gass eller i vakuum. Wolframstenger kan tjene som katoder for radiorør, elektroniske og gassutladningsenheter.
§2. Wolfram elektroder
buesveisingSveiseelektroder er en av de viktigste komponentene som trengs for sveising. De er mest brukt i buesveising. Den tilhører den termiske klassen av sveising, der smelting utføres på grunn av termisk energi. Buesveising (manuell, halvautomatisk og automatisk) er den vanligste sveiseprosessen. Termisk energi skapes av en voltaisk lysbue som brenner mellom elektroden og produktet (del, arbeidsstykke). Bue - en kraftig stabil elektrisk utladning i en ionisert atmosfære av gasser, metalldamper. Elektroden leverer en elektrisk strøm til sveisestedet for å skape en lysbue.
Sveiseelektroder
Sveiseelektrode - en ståltråd belagt (eller ubelagt). Det finnes et bredt utvalg av elektroder for sveising. De er forskjellige i kjemisk sammensetning, lengde, diameter, en viss type elektrode er egnet for sveising av visse metaller og legeringer, etc. etc. Inndelingen av sveiseelektroder i forbruksvarer og ikke-forbruksvarer er en av de viktigste typene av deres klassifisering.
Forbrukssveiseelektroder smeltes under sveiseprosessen, metallet deres, sammen med det smeltede metallet i den sveisede delen, fyller på sveisebassenget. Slike elektroder er laget av stål og kobber.
Ikke-forbrukbare elektroder smelter ikke under sveising. Denne typen inkluderer karbon- og wolframelektroder. Ved sveising med ikke-forbrukbare wolframelektroder er det nødvendig med tilførsel av fyllmateriale (vanligvis en sveisetråd eller stang), som smelter og danner et sveisebasseng sammen med det smeltede materialet til den sveisede delen.
Elektroder for sveising er også belagt og ubelagt. Dekning spiller en viktig rolle. Dens komponenter kan sikre produksjon av sveisemetall med en gitt sammensetning og egenskaper, stabil lysbuebrenning, beskyttelse av smeltet metall mot lufteksponering. Følgelig kan komponentene i belegget være legerende, stabiliserende, gassdannende, slaggdannende, deoksiderende, og belegget i seg selv kan være surt, rutil, basisk eller cellulose.
Sveise wolframelektroder
Som nevnt tidligere er wolframelektroder ikke-forbrukbare og brukes til sveising sammen med fylltråd. Disse elektrodene brukes hovedsakelig til sveising av ikke-jernholdige metaller og deres legeringer (wolframelektrode med zirkoniumadditiv), høylegerte stål (wolframelektrode med EWT thoriumadditiv), og wolframelektroden er godt egnet for å oppnå en sveis med økt styrke, og delene som skal sveises kan ha forskjellig kjemisk sammensetning.
Ganske vanlig er sveising med wolframelektroder i argon. Dette miljøet har en positiv effekt på sveiseprosessen og kvaliteten på sveisen. Wolframelektroder kan lages av ren wolfram eller inneholde ulike tilsetningsstoffer som forbedrer kvaliteten på sveiseprosessen og sveisen. En funksjon av ikke-forbrukbare sveiseelektroder laget av ren wolfram (for eksempel en wolframelektrode av merket EHF) er ikke veldig god buetenning.
Tenningen av lysbuen skjer i tre trinn:
- kortslutning av elektroden til arbeidsstykket;
- fjerning av elektroden til en liten avstand;
- forekomsten av en stabil lysbueutladning.
Argonbuesveising (buesveising med en ikke-forbrukbar wolframelektrode i et argonmiljø) Denne typen sveising har vist seg ved sveising av ikke-jernholdige metaller som molybden, titan, nikkel, samt høylegerte stål. Dette er en type buesveising hvor kilden til varmen som kreves for å lage sveisebassenget er en elektrisk strøm. I denne typen argonbuesveising er hovedelementene en wolframelektrode og en inertgassargon. Argon tilføres wolframelektroden under sveising og beskytter den, lysbuesonen og sveisebassenget mot den atmosfæriske gassblandingen (nitrogen, hydrogen, karbondioksid). Denne beskyttelsen forbedrer kvalitetsegenskapene til sveisen betydelig, og beskytter også sveisewolframelektrodene mot rask forbrenning i luften. Argongass kan brukes ved sveising av et stort antall metaller og legeringer, da den er inert.
Standarder for wolframelektroder
I Russland produseres ikke-forbrukbare wolframelektroder i samsvar med kravene i standarder og spesifikasjoner. Blant dem: GOST 23949-80"Wolframelektroder for sveising, ikke-forbrukbare. Spesifikasjoner"; TU 48-19-27-88"Tungsten lanthaniserte i form av stenger. Spesifikasjoner"; TU 48-19-221-83"Stenger laget av yttrert wolfram klasse SVI-1. Spesifikasjoner"; TU 48-19-527-83"Tungsten sveising ikke-forbrukbare elektroder EVCh og EVL-2. Spesifikasjoner".
§3. Wolfram ledning
ProduksjonWolframtråd er en av de vanligste produktene laget av dette ildfaste metallet. Utgangsmaterialet for fremstillingen er smidde wolframstenger med en diameter på 2,75 mm.
Trådtrekking utføres ved en temperatur på 1000 °C i begynnelsen av prosessen og 400-600 °C ved slutten. I dette tilfellet oppvarmes ikke bare ledningen, men også formen. Oppvarming utføres av en gassbrennerflamme eller en elektrisk varmeovn.
Trådtrekking med en diameter på opptil 1,26 mm utføres på en rett kjedetrekkebenk, innenfor en diameter på 1,25-0,5 mm - på en blokkmølle med en spolediameter på ~ 1000 mm, en diameter på 0,5-0,25 - på enkelt tegnemaskiner .
Som et resultat av smiing og trekking blir arbeidsstykkestrukturen fibrøs, som består av krystallfragmenter som er forlenget langs prosesseringsaksen. Denne strukturen fører til en kraftig økning i styrken til wolframtråden.
Etter tegning er wolframtråden belagt med grafittfett. Overflaten på ledningen må rengjøres. Rengjøring utføres ved gløding, kjemisk eller elektrolytisk etsing, elektrolytisk polering. Polering kan øke den mekaniske styrken til wolframtråd med 20-25%.
applikasjon
Wolframtråd brukes til å lage motstandselementer i varmeovner som opererer i hydrogen, nøytral gass eller vakuum ved temperaturer opp til 3000 °C. Også wolframtråd brukes til produksjon av termoelementer. Til dette brukes en wolfram-rheniumlegering med 5% rhenium og en wolfram-rheniumlegering med 20% rhenium ( BP 5/20).
PÅ GOST 18903-73"Wolframtråd. Sortiment” angir bruksområdene for trådkvaliteter VA, VM, VRN, VT-7, VT-10, VT-15. VA wolframtråd, avhengig av gruppe, overflatetilstand og metall, diameter, brukes til fremstilling av spiraler av glødelamper og andre lyskilder, spiralkatoder og varmeovner for elektroniske enheter, fjærer for halvlederenheter, sløyfevarmere, ikke-spiraler katoder, gitter, fjærer for elektroniske enheter. VRN-kvalitetstråd brukes til produksjon av bøssinger, traverser og andre deler av enheter som ikke krever bruk av wolfram med spesielle tilsetningsstoffer.
§fire. Wolfram pulver
Rent wolframpulver fungerer som råstoff for produksjon av kompakt wolfram (se). Wolframkarbid WC, som også ser ut som et pulver, brukes til å lage harde legeringer.Avhengig av formålet kjennetegnes wolframpulver av gjennomsnittlig partikkelstørrelse, et sett med korn og andre parametere.
Hovedurenheten i wolframpulver er oksygen (0,05 - 0,3%). Metallurenheter finnes i wolframpulver i svært små mengder. Ofte introduseres tilsetningsstoffer fra andre metaller i wolframpulver, som forbedrer visse egenskaper til sluttproduktet. Aluminium, thorium, lantan og andre brukes ofte som tilsetningsstoffer.
VA wolframpulver, som brukes til fremstilling av tråd, inneholder jevnt fordelte silisium-alkali- og aluminiumsadditiver (0,32 % K 2 O; 0,45 % SiO 2; 0,03 % Al 2 O 3), ildfast metallpulver av wolframkvalitet BT - thorium oksidadditiv (0,7 - 5 %), VL - lantanoksidadditiv (~ 1 % La 2 O 3), VI - yttriumoksidadditiv (~ 3 % Y 2 O 3), VM - silika og thorium tilsetningsstoffer ( 0,32 % K 2 O, 0,45 % Si02, 0,25 % Th02).
§5. Tungsten strips (ark, tape, folier, plater)
ProduksjonSom regel oppnås flate produkter fra wolfram - ark, strimler, plater, folie - ved å bruke to operasjoner - flat smiing og rulling. Wolframstenger av forskjellige størrelser brukes som emner.
Først er wolframstengene flatt smidd med en pneumatisk hammer. Smiing utføres ved en temperatur på 1500-1700 °C, som avtar til 1200-1300 °C etter hvert som deformasjonen fortsetter. Smioperasjonen fortsetter inntil det oppnås en smiing med en tykkelse på 8-10 mm (med en stangseksjon på 25x25 mm) eller 4-5 mm (med en stangseksjon på 12x12 mm).
Deretter blir de resulterende smidingene utsatt for valsing på valseverk. I begynnelsen av valseprosessen varmes arbeidsstykkene opp til 1300-1400 °C, deretter senkes temperaturen til 1000-1200 °C. Varmvalsing produserer wolframplater, strimler og plater med en tykkelse på opptil 0,6 mm. For å få ark, strimler og plater av mindre størrelse utføres kaldvalsing. For å oppnå tynne ark av wolfram med en tykkelse på opptil 0,125 mm og tape (folie) med en tykkelse på 0,02-0,03 mm, brukes rulling i pakker. Pakken består av flere wolframstrimler av lik tykkelse og tykkere molybdenplater som ligger oppå wolframstripene. Molybdenplater er mer duktile og deformeres raskere enn wolframplater. Som et resultat, under rulling, blir de tynnere enn wolframstrimler. Etter en eller flere overganger må molybdenplatene erstattes med nye slik at tykkelsen på pakken forblir tilnærmet konstant. Det skal bemerkes at formålet med denne prosessen er fremstilling av et tynt wolframtape (folie). Molybdenplater her er et forbruksmateriale som er nødvendig for gjennomføring av innrulling av pakker.
Tungsten ingots, som oppnås ved smelting, kan også tjene som emner for wolframtape, plater og ark (se). Ingots er forhåndspresset. Rektangulære emner 20-25 mm tykke og 50-60 mm brede oppnås ved pressing fra ingots med en diameter på 70-80 mm. Deretter deformeres emnene på to-rullepresser.
Tungsten plater V-MP
V-MP wolframplater er mye brukt i industrien. De er laget av wolframpulverkvaliteter PV1 og PV2, som inneholder 99,98 % W. V-MP plater og plater må ha en tykkelse på 0,5-45 mm, kuttede kanter. Ark kan maskineres i henhold til kundens krav. GOST 23922-79“V-MP wolfram ark. Spesifikasjoner".
applikasjon
På grunn av den høye varmebestandigheten, brukes wolframplater, som andre produkter laget av dette ildfaste metallet, under forhold med ekstremt høye temperaturer. Ulike tilbehør til høytemperaturovner er laget av wolframplater - varmeskjold, stativer og andre festeelementer. Sputterede mål laget av wolfram, som er laget i form av plater, brukes til tynne barrierefilmer ved metallisering av halvlederkomponenter i integrerte kretser. I kjernekraftindustrien brukes wolframplater som skjold for å dempe strømmen av radioaktiv stråling.
§6. Legeringer av wolfram med rhenium
Et eget avsnitt bør inkludere wolfram-rhenium-legeringer og produkter laget av disse legeringene. Legeringer av klasse BP5 og BP20 vil bli vurdert mer detaljert her.Legeringer av disse to metallene er varmebestandige. Doping av wolfram med andre metaller senker smeltepunktet. Men ved legering med et ildfast metall synker ikke legeringens smeltepunkt så vesentlig. Wolfram (W) og rhenium (Re) er ildfaste metaller.
Når rhenium brukes som tilsetningsstoff, observeres en "rheniumeffekt". 5 % rhenium øker varmebestandigheten og duktiliteten til wolfram. Ved 20-30 % rheniuminnhold observeres en optimal kombinasjon av styrke og duktilitet med høy produksjonsevne. Fordelene med wolfram-rhenium-legeringer inkluderer også en lav fordampningshastighet ved driftstemperaturer og høy elektrisk motstand.
Legeringer av wolfram med rhenium, som kompakt wolfram, oppnås ved pulvermetallurgi og smelting.
Et interessant bruksområde for disse legeringene er temperaturmåling. Tungsten-rheniumtråd VR5 (5% Re, resten - W) og VR20 (20% Re, resten - W) brukes til fremstilling av termoelementer med høy temperatur.
Den største fordelen med slike termoelementer er rekkevidden av målte temperaturer. Fordi det legeringer VR 5/20 er varmebestandige, så ved hjelp av termoelementer laget av passende ledning er det mulig å måle temperaturer over 2000 °C. Imidlertid må termoelementer av denne typen være i et inert miljø.
Oftest, for fremstilling av termoelementer, brukes wolfram-rhenium termoelektrodetråd VR5, VR20 Ø 0,2; 0,35; 0,5 mm.
§7. Wolframkarbider
Svært viktig fra et praktisk synspunkt er forbindelser av wolfram med karbon - wolframkarbider. Wolfram danner to karbider - W 2 C og WC. Disse karbidene er forskjellige i løselighet i karbider av andre ildfaste metaller og kjemisk oppførsel i forskjellige syrer. Wolframkarbider, som karbider av andre ildfaste metaller, har metallisk ledningsevne og en positiv elektrisk motstandskoeffisient. Karbidens ildfasthet og høye hardhet skyldes sterke interatomiske bindinger i krystallene deres. Dessuten beholdes den høye hardheten til WC-karbid ved høye temperaturer.Den vanligste metoden for å oppnå wolframkarbider WC og W 2 C er kalsinering av en blanding av pulverisert wolfram med sot i temperaturområdet 1000-1500 °C.
Wolframkarbider WC og W 2 C brukes hovedsakelig til fremstilling av harde legeringer.
Karbid
Det er 2 grupper av harde legeringer basert på wolframkarbid:
- støpte harde legeringer (ofte referert til som støpte wolframkarbider);
- sintrede harde legeringer.
Sintret karbid kombinere wolfram monocarbide WC og et sementerende bindemetall, som vanligvis er kobolt, sjeldnere nikkel. Slike legeringer kan kun oppnås ved pulvermetallurgi. Wolframkarbidpulver og kobolt- eller nikkelpulver blandes, presses til produkter med ønsket form og sintres deretter ved temperaturer nær smeltepunktet til sementeringsmetallet. I tillegg til høy hardhet og slitestyrke har disse legeringene god styrke. Sintrede harde legeringer er de mest produktive moderne verktøymaterialene for metallskjæring. De brukes også til fremstilling av dyser, dyser, boreverktøy. Blant de harde legeringene, for produksjonen som wolframkarbid brukes, er det verdt å fremheve legeringene i VK-gruppen - wolfram-kobolt harde legeringer. Utbredt i industrien VK8 legeringer og VK6. De brukes til å lage kuttere, bor, kuttere, samt andre skjære- og boreverktøy.
Konklusjon
Denne artikkelen diskuterer ulike aspekter knyttet til TUNGSTEN ildfast metall - egenskaper, applikasjoner, produksjon, produkter.Som beskrevet i artikkelen består prosessen med å skaffe dette metallet av mange stadier og er ganske arbeidskrevende. Forfatterne prøvde å fremheve de viktigste stadiene i wolframproduksjonen og ta hensyn til viktige funksjoner.
En gjennomgang av egenskapene og bruksområdene til wolfram viser at det er et veldig viktig materiale, uten som det rett og slett er umulig å klare seg uten i noen bransjer. Den har unike egenskaper som i noen situasjoner ikke kan oppnås ved å bruke andre materialer.
En oversikt over wolframproduktene produsert av industrien - tråd, stenger, plater, pulver - gir en bedre forståelse av deres egenskaper, viktige egenskaper og spesifikke bruksområder.
Egenskaper til wolfram
Wolfram- det er metall. Det er ikke i havets vann, det er ikke i luften, og i jordskorpen er det bare 0,0055%. Slik wolfram, element, står på 74. plass i . For industri ble den «åpnet» av verdensutstillingen i den franske hovedstaden. Det fant sted i 1900. Utstillingen viste wolfram stål.
Komposisjonen var så hard at den kunne skjære gjennom hvilket som helst materiale. forble "uovervinnelig" selv ved temperaturer på tusenvis av grader, derfor ble den kalt rødbestandig. Produsenter fra forskjellige land som besøkte utstillingen tok utviklingen i bruk. Produksjonen av legert stål har fått en global skala.
Interessant nok ble selve elementet oppdaget tilbake på 1700-tallet. I 1781 eksperimenterte svensken Scheeler med mineralet wolfram. Kjemikeren bestemte seg for å legge den i salpetersyre. I nedbrytningsproduktene oppdaget forskeren et ukjent grått metall med en sølvskinnende glans. Mineralet som forsøkene ble utført på ble senere omdøpt til scheelite, og det nye grunnstoffet kalt wolfram.
Imidlertid tok det mye tid å studere egenskapene, og derfor ble en verdig søknad for metallet funnet mye senere. Navnet ble valgt umiddelbart. Ordet wolfram eksisterte før. Spanjolene kalte dette et av mineralene som finnes i forekomstene i landet.
Sammensetningen av steinen inkluderte faktisk element nr. 74. Utvendig er metallet porøst, som om det er skummet. Så en annen analogi kom godt med. På tysk betyr wolfram bokstavelig talt "ulveskum".
Smeltepunktet til metallet konkurrerer med hydrogen, og det er det mest temperaturbestandige grunnstoffet. Derfor, og installer mykningsindeks for wolfram kunne ikke i hundre år. Det fantes ingen ovner som var i stand til å varme opp til flere tusen grader.
Da "fordelen" av det sølvgrå elementet ble "gjennomskuet", begynte det å bli utvunnet i industriell skala. Til 1900-utstillingen ble metallet utvunnet på gamlemåten med salpetersyre. Imidlertid utvinnes wolfram fortsatt på denne måten.
Utvinning av wolfram
Oftest blir trioksid først hentet fra malmavfall. Det behandles ved 700 grader, og oppnår rent metall i form av støv. For å myke opp partiklene må man bare ty til hydrogen. I det wolfram smeltes ned ved tre tusen grader Celsius.
Legeringen går til kuttere, rørkuttere, kuttere. for metallbearbeiding med påføring av wolfram forbedre nøyaktigheten til produksjon av deler. Ved eksponering for metalloverflater er friksjonen høy, noe som betyr at arbeidsflatene er svært varme. Skjære- og poleringsmaskiner uten element nr. 74 kan smelte seg selv. Dette gjør kuttet unøyaktig, ufullkommen.
Wolfram er ikke bare vanskelig å smelte, men også å bearbeide. I hardhetsskalaen inntar metallet den niende posisjonen. Korund har samme antall poeng, fra smulene som for eksempel en kniv er laget av. Bare diamant er hardere. Derfor, med sin hjelp, behandles wolfram.
Påføring av wolfram
«Stødigheten» til det 74. elementet tiltrekker seg. Produkter laget av legeringer med grå-sølvmetall kan ikke ripes, bøyes, knuses, med mindre de selvfølgelig skrapes over overflaten eller med de samme diamantene.
Tungsten smykker har et annet ubestridelig pluss. De forårsaker ikke allergiske reaksjoner, i motsetning til gull, sølv, platina og, enda mer, deres legeringer med eller. For smykker brukes wolframkarbid, det vil si kombinasjonen med karbon.
Det er anerkjent som den hardeste legeringen i menneskehetens historie. Den polerte overflaten reflekterer lyset perfekt. Juvelerer kaller det «det grå speilet».
Forresten, smykker håndverkere rettet oppmerksomheten mot wolfram etter at kjernene til kuler begynte man å lage skjell og plater til skuddsikre vester av dette stoffet på midten av 1900-tallet.
Kundenes klager på skjørheten til de høyeste standardene og sølvsmykker fikk gullsmeder til å tenke på et nytt element og prøve å bruke det i sin bransje. I tillegg begynte prisene å svinge. Wolfram har blitt et alternativ til det gule metallet, som ikke lenger oppfattes som en investering.
Å være et edelt metall wolfram verdt mye penger. For en kilo ber de om minst 50 dollar i grossistmarkedet. Verdensindustrien forbruker 30 tusen tonn element nr. 74 per år. Mer enn 90 % absorberes av metallurgisk industri.
Bare laget av wolfram beholdere for lagring av atomavfall. Metall overfører ikke destruktive stråler. Et sjeldent element legges til legeringer for fremstilling av kirurgiske instrumenter.
Det som ikke brukes til metallurgiske formål tas av den kjemiske industrien. Wolframforbindelser med fosfor er for eksempel grunnlaget for lakk og maling. De kollapser ikke, blekner ikke fra solens stråler.
MEN natriumwolframatløsning motstandsdyktig mot fuktighet og brann. Det blir klart hvilke impregnerte vanntette og brannsikre stoffer for drakter av dykkere og brannmenn.
Wolframforekomster
Det er flere forekomster av wolfram i Russland. De ligger i Altai, Fjernøsten, Nord-Kaukasus, Chukotka og Buryatia. Utenfor landet utvinnes metallet i Australia, USA, Bolivia, Portugal, Sør-Korea og Kina.
Det er til og med en legende i det himmelske imperiet om en ung oppdagelsesreisende som kom til Kina for å lete etter en tinnstein. Studenten slo seg ned i et av husene i Beijing.
Etter et resultatløst søk likte fyren å lytte til historiene til eierens datter. En kveld fortalte hun historien om de mørke steinene som hjemmeovnen var bygget av. Det viste seg at blokkene falt fra stupet og inn i bakgården til bygget. Så studenten fant ikke, men fant wolfram.
Kjemi
Element nr. 74 wolfram er vanligvis klassifisert som et sjeldent metall: innholdet i jordskorpen er estimert til 0,0055 %; den finnes ikke i sjøvann, den kunne ikke oppdages i solspekteret. Men når det gjelder popularitet, kan den konkurrere med mange på ingen måte sjeldne metaller, og mineralene var kjent lenge før oppdagelsen av selve grunnstoffet. Så tilbake på 1600-tallet. i mange europeiske land kjente de "wolfram" og "wolfram" - det var navnet på de vanligste wolframmineralene på den tiden - wolframitt og scheelitt. Og elementært wolfram ble oppdaget i siste fjerdedel av 1700-tallet.
Tungsten malm
Svært snart fikk dette metallet praktisk betydning - som et legeringsadditiv. Og etter verdensutstillingen 1900 i Paris, hvor prøver av høyhastighets wolframstål ble demonstrert, begynte element nr. 74 å bli brukt av metallurger i alle mer eller mindre industrialiserte land. Hovedtrekket til wolfram som legeringsadditiv er at det gir rød hardhet til stål - det lar deg opprettholde hardhet og styrke ved høye temperaturer. Dessuten mister de fleste stål hardheten når de avkjøles i luft (etter å ha holdt ved en temperatur nær rødvarmetemperaturen). Men wolfram - nei.
Verktøyet, laget av wolframstål, tåler de enorme hastighetene til de mest intensive metallbearbeidingsprosessene. Kuttehastigheten til et slikt verktøy måles i titalls meter per sekund.
Moderne høyhastighetsstål inneholder opptil 18 % wolfram (eller wolfram med molybden), 2-7 % krom og en liten mengde kobolt. De beholder hardheten ved 700-800 ° C, mens vanlig stål begynner å myke når det varmes opp til bare 200 ° C. "Stellites" - legeringer har enda større hardhet
wolfram og med krom og kobolt (uten jern) og spesielt wolframkarbider - dets forbindelser med karbon. Den "synlige" legeringen (wolframkarbid, 5-15 % kobolt og en liten blanding av titankarbid) er 1,3 ganger hardere enn vanlig wolframstål og beholder hardhet opp til 1000-1100 °C. Kuttere fra denne legeringen kan fjernes i en minutt opptil 1500-2000 m jernspon. De kan raskt og nøyaktig behandle "lunefulle" materialer: bronse og porselen, glass og ebonitt; samtidig slites selve verktøyet svært lite.
På begynnelsen av XX århundre. wolframfilament begynte å bli brukt i elektriske lyspærer: det lar deg bringe varmen opp til 2200 ° C og har en høy lyseffekt. Og i denne egenskapen er wolfram helt uunnværlig den dag i dag. Det er åpenbart derfor lyspæren kalles i en populær sang "tungsten eye".
Mineraler og malmer av wolfram
Wolfram forekommer i naturen hovedsakelig i form av oksiderte komplekse forbindelser dannet av wolframtrioksid WO 3 og oksider av jern og mangan eller kalsium, og noen ganger bly, kobber, thorium og sjeldne jordartsmetaller. Det vanligste mineralet, wolframitt, er en fast løsning av wolframat (salter av wolframsyre) av jern og mangan (mFeW0 4 *nMnW0 4). Denne løsningen er tunge og harde brune eller svarte krystaller, avhengig av hvilken forbindelse som dominerer i deres sammensetning. Hvis det er mer pobneritt (manganforbindelser), er krystallene svarte, men hvis jernholdig ferberitt dominerer, er de brune. Wolframite er paramagnetisk og en god leder av elektrisitet.
Av de andre wolframmineralene er scheelite, kalsiumwolframat CaW04, av industriell betydning. Den danner krystaller, skinnende som glass, av lys gul, noen ganger nesten hvit farge. Scheelite er ikke-magnetisk, men den har en annen karakteristisk egenskap - evnen til å lyse. Når den er opplyst med ultrafiolette stråler, fluorescerer den knallblått i mørket. Blandingen av molybden endrer fargen på gløden til scheelite: den blir blekblå, og noen ganger til og med krem. Denne egenskapen til scheelite, brukt i geologisk utforskning, fungerer som en søkefunksjon som lar deg oppdage mineralforekomster.
Forekomster av wolframmalm er teologisk forbundet med distribusjonsområder for granitt. De største utenlandske forekomstene av wolframitt og scheelitt ligger i Kina, Burma, USA, Bolivia og Portugal. Landet vårt har også betydelige reserver av wolframmineraler, deres viktigste forekomster er i Ural, Kaukasus og Transbaikalia.
Store krystaller av wolframitt eller scheelite er svært sjeldne. Vanligvis er wolframmineraler bare ispedd gamle granittiske bergarter - den gjennomsnittlige konsentrasjonen av wolfram viser seg til slutt å være 1-2 % i beste fall. Derfor er det svært vanskelig å utvinne wolfram fra malm.
Hvordan oppnås wolfram
Det første trinnet er anrikning av malm, separering av verdifulle komponenter fra hovedmassen - gråberg. Konsentrasjonsmetoder er vanlige for tunge malmer og metaller: maling og flotasjon etterfulgt av magnetisk separasjon (for wolframittmalm) og oksidativ brenning.
Det resulterende konsentratet sintres oftest med et overskudd av brus for å omdanne wolfram til en løselig forbindelse, natriumwolframat. En annen måte å få tak i dette stoffet på er ved utvasking; wolfram ekstraheres med en brusløsning under trykk og forhøyet temperatur (prosessen foregår i autoklav), etterfulgt av nøytralisering og utfelling i form av kunstig scheelitt, dvs. kalsiumwolframat. Ønsket om å få nøyaktig wolframat forklares av det faktum at det er relativt enkelt fra det, i bare to stadier:
CaW0 4 → H 2 W0 4 eller (NH 4) 2 W0 4 → WO 3, wolframoksid renset fra de fleste urenheter kan isoleres.
Det er en annen måte å få tak i wolframoksid - gjennom klorider. Wolframkonsentrat behandles med gassformig klor ved forhøyet temperatur. De resulterende wolframkloridene er ganske enkle å skille fra kloridene til andre metaller ved sublimering, ved å bruke temperaturforskjellen der disse stoffene går over i en damptilstand. De resulterende wolframkloridene kan omdannes til oksid, eller kan brukes direkte til bearbeiding til elementært metall.
Omdannelsen av oksider eller klorider til metall er neste trinn i produksjonen av wolfram. Det beste reduksjonsmidlet for wolframoksid er hydrogen. Når det reduseres med hydrogen, oppnås den reneste metalliske wolfram. Reduksjonsprosessen foregår i rørovner som er oppvarmet på en slik måte at når den beveger seg langs røret, passerer "båten" med W0 3 gjennom flere temperatursoner. En strøm av tørt hydrogen strømmer mot den. Gjenoppretting skjer både i "kalde" (450-600 ° C) og i "varme" (750-1100 ° C) soner; i "kald" - til det laveste oksidet W0 2, deretter - til det elementære metallet. Avhengig av temperaturen og varigheten av reaksjonen i den "varme" sonen, endres renheten og størrelsen på kornene av pulverisert wolfram som frigjøres på veggene til "båten".
Utvinning kan finne sted ikke bare under påvirkning av hydrogen. I praksis brukes ofte kull. Bruken av et fast reduksjonsmiddel forenkler produksjonen noe, men i dette tilfellet kreves en høyere temperatur - opptil 1300-1400 ° C. I tillegg reagerer kull og urenheter som det alltid inneholder med wolfram, og danner karbider og andre forbindelser. Dette fører til forurensning av metallet. I mellomtiden trenger elektroteknikk veldig ren wolfram. Kun 0,1 % jern gjør wolfram sprø og uegnet til å lage den tynneste tråden.
Produksjonen av wolfram fra klorider er basert på pyrolyseprosessen. Wolfram danner flere forbindelser med klor. Ved hjelp av et overskudd av klor kan alle omdannes til det høyeste kloridet - WCl 6, som spaltes til wolfram og klor ved 1600 ° C. I nærvær av hydrogen fortsetter denne prosessen allerede ved 1000 ° C.
Dette er hvordan metall wolfram oppnås, men ikke kompakt, men i form av et pulver, som deretter presses i en strøm av hydrogen ved høy temperatur. Ved det første pressetrinn (ved oppvarming til 1100–1300°C) dannes en porøs sprø blokk. Pressingen fortsetter ved en enda høyere temperatur, og når nesten smeltepunktet til wolfram på slutten. Under disse forholdene blir metallet gradvis solid, får en fibrøs struktur, og med det plastisitet og formbarhet.
Hovedegenskaper
Wolfram skiller seg fra alle andre metaller i sin spesielle alvorlighetsgrad, hardhet og ildfasthet. Uttrykket «tungt som bly» har lenge vært kjent. Det ville være mer riktig å si: "Tung, som wolfram." Tettheten til wolfram er nesten dobbelt så stor som bly, nærmere bestemt 1,7 ganger. Samtidig er dens atommasse litt lavere: 184 mot 207.
Når det gjelder ildfasthet og hardhet, opptar wolfram og dets legeringer de høyeste stedene blant metaller. Teknisk ren wolfram smelter ved 3410°C, og koker kun ved 6690°C. En slik temperatur er på overflaten av solen!
Og "kongen av ildfasthet" ser ganske vanlig ut. Fargen på wolfram avhenger i stor grad av metoden for å oppnå. Fused wolfram er et skinnende grått metall som minner mest om platina. Wolframpulver - grått, mørkegrå og til og med svart (jo finere korn, jo mørkere).
Kjemisk aktivitet
Naturlig wolfram består av fem stabile isotoper med massetall fra 180 til 186. I tillegg, i kjernereaktorer, som et resultat av forskjellige kjernefysiske reaksjoner, dannes ytterligere 8 radioaktive isotoper av wolfram med massetall fra 176 til 188; de er alle relativt kortvarige, med halveringstider som varierer fra noen timer til flere måneder.
De syttifire elektronene i wolframatomet er arrangert rundt kjernen på en slik måte at seks av dem er i ytre baner og kan skilles relativt enkelt. Derfor er den maksimale valensen til wolfram seks. Strukturen til disse ytre banene er imidlertid spesiell - de består så å si av to "lag": fire elektroner tilhører det nest siste nivået -d, som derfor viser seg å være mindre enn halvparten. (Det er kjent at antallet elektroner i et fylt nivå d er ti.) Disse fire elektronene (tilsynelatende uparede) kan lett danne en kjemisk binding. Når det gjelder de to «ytterste» elektronene, er det ganske enkelt å rive dem av.
Det er de strukturelle egenskapene til elektronskallet som forklarer den høye kjemiske aktiviteten til wolfram. I forbindelser er det ikke bare seksverdig, men også fem-, fire-, tre-, to- og nullvalent. (Bare forbindelser av monovalent wolfram er ukjent).
Aktiviteten til wolfram manifesteres i det faktum at den reagerer med det store flertallet av elementer, og danner mange enkle og komplekse forbindelser. Selv i legeringer er wolfram ofte kjemisk bundet. Og med oksygen og andre oksidasjonsmidler interagerer det lettere enn de fleste tungmetaller.
Reaksjonen av wolfram med oksygen oppstår ved oppvarming, spesielt lett i nærvær av vanndamp. Hvis wolfram oppvarmes i luft, dannes ved 400-500 ° C et stabilt lavere oksid W02 på metalloverflaten; hele overflaten er dekket med en brun film. Ved høyere temperatur oppnås først det blå mellomoksidet W 4 O 11, og deretter sitrongule wolframtrioksid W0 3, som sublimeres ved 923 ° C.
Tørr fluor kombineres med finmalt wolfram selv med en liten oppvarming. I dette tilfellet dannes WF6 heksafluorid - et stoff som smelter ved 2,5 ° C og koker ved 19,5 ° C. En lignende forbindelse - WCl 6 - oppnås ved reaksjon med klor, men bare ved 600 ° C. Stålblå krystaller av WCl 6 smelter ved 275 ° C og koker ved 347 ° C. Med brom og jod danner wolfram ustabile forbindelser: penta- og dibromid, tetra- og dijod.
Ved høye temperaturer kombineres wolfram med svovel, selen og tellur, med nitrogen og bor, med karbon og silisium. Noen av disse forbindelsene er svært harde og har andre bemerkelsesverdige egenskaper.
Karbonyl W(CO) 6 er veldig interessant. Her er wolfram kombinert med karbonmonoksid og har derfor null valens. Wolframkarbonyl er ustabil; det oppnås under spesielle forhold. Ved 0°C skilles den fra den tilsvarende løsningen i form av fargeløse krystaller, sublimeres ved 50°C og brytes fullstendig ned ved 100°C. Men det er denne forbindelsen som gjør det mulig å oppnå tynne og tette belegg fra ren wolfram.
Ikke bare wolfram i seg selv, men også mange av dets forbindelser er svært aktive. Spesielt er wolframoksid WO3 polymeriserbart. Som et resultat dannes de såkalte isopolyforbindelsene og heteropolyforbindelsene: molekylene til sistnevnte kan inneholde mer enn 50 atomer.
Legeringer
Med nesten alle metaller danner wolfram legeringer, men det er ikke så lett å få tak i dem. Faktum er at generelt aksepterte fusjonsmetoder i dette tilfellet som regel ikke er anvendelige. Ved smeltepunktet til wolfram er de fleste andre metaller allerede omdannet til gasser eller svært flyktige væsker. Derfor produseres legeringer som inneholder wolfram vanligvis ved pulvermetallurgiske metoder.
For å unngå oksidasjon utføres alle operasjoner i vakuum eller argonatmosfære. Det gjøres slik. Først blir en blanding av metallpulver presset, deretter sintret og utsatt for lysbuesmelting i elektriske ovner. Noen ganger blir ett wolframpulver presset og sintret, og det porøse arbeidsstykket oppnådd på denne måten impregnert med en flytende smelte av et annet metall: de såkalte pseudo-legeringene oppnås. Denne metoden brukes når det er nødvendig å oppnå en legering av wolfram med kobber og sølv.
Med krom og molybden, niob og tantal gir wolfram vanlige (homogene) legeringer i alle forhold. Allerede små tilsetninger av wolfram øker hardheten til disse metallene og deres motstand mot oksidasjon.
Legeringer med jern, nikkel og kobolt er mer komplekse. Her dannes det, avhengig av forholdet mellom komponenter, enten faste løsninger eller intermetalliske forbindelser (kjemiske forbindelser av metaller), og i nærvær av karbon (som alltid finnes i stål), gir blandede wolfram- og jernkarbider metallet enda større hardhet .
Svært komplekse forbindelser dannes når wolfram er smeltet sammen med aluminium, beryllium og titan: i dem er det fra 2 til 12 lettmetallatomer per wolframatom. Disse legeringene er varmebestandige og motstandsdyktige mot oksidasjon ved høye temperaturer.
I praksis brukes wolframlegeringer oftest ikke med ett metall, men med flere. Slike er spesielt syrefaste legeringer av wolfram med krom og kobolt eller nikkel (amala); de lager kirurgiske instrumenter. De beste kvalitetene av magnetisk stål inneholder wolfram, jern og kobolt. Og i spesielle varmebestandige legeringer, i tillegg til wolfram, er det krom, nikkel og aluminium.
Av alle wolframlegeringer har wolframholdige stål fått størst betydning. De er motstandsdyktige mot slitasje, sprekker ikke, beholder hardhet opp til en rød varmetemperatur. Et verktøy laget av dem gjør det ikke bare mulig å intensivere metallbearbeidingsprosesser kraftig (behandlingshastigheten til metallprodukter øker med 10-15 ganger), men varer også mye lenger enn det samme verktøyet laget av annet stål.
Wolframlegeringer er ikke bare varmebestandige, men også varmebestandige. De korroderer ikke ved høye temperaturer under påvirkning av luft, fuktighet og ulike kjemikalier. Spesielt er 10% wolfram introdusert i nikkel nok til å øke korrosjonsmotstanden til sistnevnte med 12 ganger! Og wolframkarbider med tilsetning av tantal og titankarbider, sementert med kobolt, er motstandsdyktige mot virkningen av mange syrer - salpetersyre, svovelsyre og saltsyre - selv når de kokes. Bare en blanding av flussyre og salpetersyre er farlig for dem.
Wolfram spiller en ekstremt viktig rolle i moderne teknologi. Det brukes i stålindustrien, i produksjon av harde legeringer, i produksjon av syrefaste og andre spesiallegeringer, i elektroteknikk, i produksjon av fargestoffer, som kjemiske reagenser, etc.
Omtrent 70 % av all utvunnet wolfram går til produksjon av ferrotungsten, i form av hvilken det introduseres i stål. I de rikeste på wolfram og de vanligste wolframstålene (i høyhastighets) danner wolfram komplekse wolframholdige karbider som øker hardheten til stålet, spesielt ved høye temperaturer (rød hardhet) øker mange ganger skjærehastigheten. For tiden viker høyhastighetsstålkuttere for kuttere laget av cermet-harde legeringer laget på basis av wolframkarbid med tilsetning av et sementeringstilsetningsstoff.Titan-, tantal- og niobkarbider er også introdusert i noen harde legeringer. Moderne skjærehastigheter oppnådd av produksjonsinnovatører oppnås nøyaktig med kuttere i hardlegering. Wolframlegeringer med andre metaller har en lang rekke bruksområder: nikkel-wolfram-krom-legering utmerker seg ved syrebestandige egenskaper. Oppmerksomheten rettes mot wolframlegeringer med økt varmebestandighet: for eksempel tilsetning av 1% niob, tantal, molybden, som danner en fast løsning med wolfram, øker smeltepunktet til metallet over 3300 ° C., mens tilsetning av 1 % jern, som er svært lite løselig i wolfram, senker smeltepunktet til 1640°C. Forskning på dette området er mye utviklet i USA.
Metal wolfram finner ulike anvendelser innen elektro- og røntgenteknikk. Filamentene til elektriske lamper er laget av wolfram. Tungsten er spesielt egnet for dette formålet på grunn av sin høye ildfasthet og svært lave flyktighet: ved temperaturer i størrelsesorden 2500 ° C, der filamentene fungerer, når damptrykket til wolfram ikke 1 mm Hg. Metallisk wolfram brukes også til å lage varmeovner for elektriske ovner som tåler temperaturer opp til 3000 ° C. Metallisk wolfram brukes til antikatoder av røntgenrør, til ulike deler av elektrovakuumutstyr, for radioenheter, strømlikerettere, etc. Tynne wolframfilamenter brukes i galvanometre. Lignende tråder brukes til kirurgiske formål. Til slutt brukes wolframmetall til å lage ulike spiralfjærer, samt deler som krever et materiale som er motstandsdyktig mot ulike kjemiske påvirkninger.
Wolframforbindelser har blitt brukt veldig mye som fargestoffer. I Kina er eldgamle porselensprodukter, malt i en uvanlig ferskenfarge, bevart, studier har vist at malingen inneholder wolfram.
Salter av wolfram brukes til å gi brannmotstand til enkelte stoffer. Tunge dyre silker skylder sin skjønnhet til wolframsaltene som de er impregnert med.
Rene wolframpreparater brukes i kjemisk analyse som reagenser for alkaloider og andre stoffer. Wolframforbindelser brukes også som katalysatorer.
- Vi tilbyr følgende wolframprodukter: wolframstrimler, wolframtråd, wolframstang, wolframstang.
Bruken av rent metall og wolframholdige legeringer er hovedsakelig basert på deres ildfasthet, hardhet og kjemisk motstand. Ren wolfram brukes til fremstilling av filamenter for elektriske glødelamper og katodestrålerør, i produksjon av digler for fordampning av metaller, i kontaktene til biltenningsfordelere, i røntgenrørmål; som viklinger og varmeelementer i elektriske ovner og som konstruksjonsmateriale for rom og andre kjøretøy som opererer ved høye temperaturer. Høyhastighetsstål (17,5-18,5 % wolfram), stellitt (basert på kobolt med tilsetning av Cr, W, C), hastaloy (rustfritt stål basert på Ni) og mange andre legeringer inneholder wolfram. Grunnlaget for produksjon av verktøy og varmebestandige legeringer er ferrotungsten (68-86% W, opptil 7% Mo og jern), som enkelt oppnås ved direkte reduksjon av wolframitt- eller scheelittkonsentrater. "Pobedit" - en veldig hard legering som inneholder 80-87% wolfram, 6-15% kobolt, 5-7% karbon, er uunnværlig i metallbearbeiding, i gruve- og oljeindustrien.
Kalsium- og magnesiumwolframater er mye brukt i fluorescerende enheter, andre wolframsalter brukes i den kjemiske og garveindustrien. Tungstendisulfid er et tørt høytemperatursmøremiddel, stabilt opp til 500 ° C. Tungstenbronser og andre elementforbindelser brukes til fremstilling av maling. Mange wolframforbindelser er utmerkede katalysatorer.
I mange år siden oppdagelsen forble wolfram en laboratoriesjeldenhet, bare i 1847 mottok Oxland patent på produksjon av natriumwolframat, wolframsyre og wolfram fra kassiteritt (tinnstein). Det andre patentet, oppnådd av Oxland i 1857, beskrev produksjonen av jern-wolframlegeringer, som danner grunnlaget for moderne høyhastighetsstål.
På midten av 1800-tallet de første forsøkene ble gjort på å bruke wolfram i stålproduksjon, men lenge var det ikke mulig å introdusere denne utviklingen i industrien på grunn av den høye prisen på metallet. Den økte etterspørselen etter legert og høyfast stål førte til lanseringen av høyhastighetsstål på Bethlehem Steel. Prøver av disse legeringene ble først presentert i 1900 på verdensutstillingen i Paris.
Produksjonsteknologi for wolframfilamenter og dens historie.
Produksjonsvolumene av wolframtråd har en liten andel blant alle bruksgrener av wolfram, men utviklingen av teknologi for produksjonen har spilt en nøkkelrolle i utviklingen av pulvermetallurgi av ildfaste forbindelser.
Siden 1878, da Swan demonstrerte i Newcastle kulllampene med åtte og seksten stearinlys han hadde oppfunnet, har det vært søkt etter et mer passende materiale for å lage filamenter. Den første kulllampen hadde en effektivitet på bare 1 lumen/watt, som ble økt i løpet av de neste 20 årene ved modifikasjoner av metodene for kullbehandling med en faktor på to og en halv. I 1898 var lyseffekten til slike lyspærer 3 lumen/watt. I disse dager ble karbonfilamenter varmet opp ved å sende en elektrisk strøm i en atmosfære av tunge hydrokarbondamper. Under pyrolysen av sistnevnte fylte det resulterende karbonet porene og uregelmessighetene i tråden, og ga den en lys metallisk glans.
På slutten av 1800-tallet von Welsbach laget det første metallglødetråden for glødelamper. Han laget den av osmium (T pl = 2700 ° C). Osmiumfilamenter hadde en effektivitet på 6 lumen / watt, men osmium er et sjeldent og ekstremt kostbart element i platinagruppen, så det har ikke funnet bred anvendelse i produksjonen av husholdningsapparater. Tantal, med et smeltepunkt på 2996 °C, ble mye brukt i form av trukket tråd fra 1903 til 1911 takket være arbeidet til von Bolton fra Siemens og Halske. Effektiviteten til tantallamper var 7 lumen/watt.
Tungsten begynte å bli brukt i glødelamper i 1904 og erstattet alle andre metaller i denne kapasiteten innen 1911. En konvensjonell glødelampe med wolframglødetråd har en glød på 12 lumen / watt, og lamper som opererer under høy spenning - 22 lumen / watt. Moderne lysrør med wolframkatode har en virkningsgrad på ca. 50 lumen/watt.
I 1904 forsøkte Siemens-Halske å bruke trådtrekkeprosessen utviklet for tantal på mer ildfaste metaller som wolfram og thorium. Stivheten og mangelen på formbarhet av wolfram hindret prosessen i å gå jevnt. Senere, i 1913-1914, ble det imidlertid vist at smeltet wolfram kunne rulles og trekkes ved hjelp av en delvis reduksjonsprosedyre. En elektrisk lysbue ble ført mellom en wolframstang og en delvis smeltet wolframdråpe plassert i en grafittdigel belagt på innsiden med wolframpulver og plassert i en hydrogenatmosfære. Således ble det oppnådd små dråper smeltet wolfram, ca. 10 mm i diameter og 20-30 mm i lengde. Selv om det var vanskelig, var det allerede mulig å jobbe med dem.
I de samme årene patenterte Just og Hannaman en prosess for å lage wolframfilamenter. Fint metallpulver ble blandet med et organisk bindemiddel, den resulterende pastaen ble ført gjennom spinnedyser og oppvarmet i en spesiell atmosfære for å fjerne bindemidlet, og et fint filament av ren wolfram ble oppnådd.
Den velkjente ekstruderingsprosessen ble utviklet i 1906-1907 og ble brukt til tidlig på 1910-tallet. Veldig finmalt svart wolframpulver ble blandet med dekstrin eller stivelse til en plastisk masse ble dannet. Hydraulisk trykk tvang denne massen gjennom tynne diamantsikter. Tråden som ble oppnådd på denne måten var sterk nok til å vikles på spoler og tørkes. Deretter ble trådene kuttet i "hårnåler", som ble varmet opp i en inert gassatmosfære til en rødglødende temperatur for å fjerne gjenværende fuktighet og lette hydrokarboner. Hver "hårnål" ble festet i en klemme og oppvarmet i en hydrogenatmosfære til en skarp glød ved å lede en elektrisk strøm. Dette førte til endelig fjerning av uønskede urenheter. Ved høye temperaturer smelter individuelle små partikler av wolfram og danner en jevn solid metallfilament. Disse trådene er elastiske, selv om de er skjøre.
På begynnelsen av 1900-tallet Yust og Hannaman utviklet en annen prosess som er kjent for sin originalitet. Et karbonfilament med en diameter på 0,02 mm ble belagt med wolfram ved å varme det opp i en atmosfære av hydrogen og wolframheksakloriddamp. Tråden belagt på denne måten ble oppvarmet til en lys glød i hydrogen under redusert trykk. I dette tilfellet ble wolframskallet og karbonkjernen fullstendig smeltet sammen, og dannet wolframkarbid. Den resulterende tråden var hvit og sprø. Deretter ble filamentet oppvarmet i en strøm av hydrogen, som interagerte med karbon, og etterlot et kompakt filament av ren wolfram. Trådene hadde samme egenskaper som oppnådd i ekstruderingsprosessen.
I 1909 en amerikaner Coolidge det var mulig å få formbar wolfram uten bruk av fyllstoffer, men bare ved hjelp av rimelig temperatur og mekanisk bearbeiding. Hovedproblemet med å skaffe wolframtråd var den raske oksidasjonen av wolfram ved høye temperaturer og tilstedeværelsen av en kornstruktur i den resulterende wolfram, noe som førte til dens sprøhet.
Moderne produksjon av wolframtråd er en kompleks og presis teknologisk prosess. Råmaterialet er pulverisert wolfram oppnådd ved reduksjon av ammoniumparawolframat.
Wolframpulveret som brukes til trådproduksjon må være av høy renhet. Vanligvis blandes wolframpulver av forskjellig opprinnelse for å oppnå gjennomsnittlig kvalitet på metallet. De blandes i møller, og for å unngå oksidasjon av metallet som oppvarmes ved friksjon, føres en strøm av nitrogen inn i kammeret. Deretter presses pulveret i stålformer på hydrauliske eller pneumatiske presser (5-25 kg/mm2). Hvis det brukes forurensede pulvere, er kompakten sprø og et fullstendig oksiderbart organisk bindemiddel tilsettes for å eliminere denne effekten. På neste trinn utføres foreløpig sintring av stengene. Når kompaktene varmes opp og avkjøles i en hydrogenstrøm, forbedres deres mekaniske egenskaper. Kompaktene er fortsatt ganske sprø, og deres tetthet er 60-70% av tettheten til wolfram, så stengene blir utsatt for høytemperatursintring. Stangen klemmes mellom vannkjølte kontakter, og i en atmosfære av tørt hydrogen føres en strøm gjennom den for å varme den opp nesten til smeltepunktet. På grunn av oppvarming blir wolfram sintret og tettheten øker til 85-95% av den krystallinske, samtidig øker kornstørrelsen, wolframkrystallene vokser. Dette etterfølges av smiing ved høy (1200-1500 °C) temperatur. I et spesielt apparat føres stengene gjennom et kammer, som komprimeres av en hammer. For en passering reduseres stangens diameter med 12%. Når smidd, forlenges wolframkrystaller, og skaper en fibrillær struktur. Etter smiing følger trådtrekking. Stengene smøres og føres gjennom en sil av diamant eller wolframkarbid. Graden av utvinning avhenger av formålet med de resulterende produktene. Den resulterende tråddiameteren er omtrent 13 µm.
Hvordan komme i gang som veileder?
Fjernundervisning i engelsk
Vanlige og uregelmessige engelske verb