Вольфрам: свойствами, применение, переработка и прооизводство

Для многих изделий, которые применяются в быту или используются на производстве, основным компонентом в процессе создания является вольфрам. Для того чтобы  эксплуатировать изделия правильно, нужно знать описание металла, его химические и физические свойства. Особенности сферы применения и температура плавления позволят избежать различных проблем и продлить срок службы металла.

Содержание:

Что представляет собой вольфрам

chto predstavlyaet soboj volfram

Вольфрам относится к группе тугоплавких металлов. Он обладает высокой точкой плавления. Отличается от других видов тем, что имеет повышенную стойкость к механическому повреждению и износу, неизбежному в процессе эксплуатации. Указанные особенности позволяют создавать из этого материала детали и элементы, которые должны в течение долгого времени сохранять первоначально заданную форму или будут эксплуатироваться в условиях высокой температуры. 

Если рассматривать вольфрам более подробно, то нужно указать, что этот химический элемент располагается в таблице Менделеева под номером 74. Химический символ, который используется для обозначения и написания формул – W. Также металл относится к тяжелым, что ограничивает сферу его применения. По температуре плавления, которая равна 3420 градусам, он уступает только сиборгиуму.

Основное направление использования металла – компонент, входящий в состав различных сплавов. Если рассматривать, где используется состав в чистом виде, то указать можно производство нитей накаливания, используемых затем при производстве электрических ламп. Сплавы же используются при производстве инструментов, применяемых в процессе обработки металлов, деталей и компонентов, которые должны быть стойкими к износу и повышенным механическим или термическим нагрузкам.

Интересное о металле

Металл под названием вольфрам был открыт в 1781 году. Обнаружил его химик из Швеции

Вильгельм Шеел. Цветовая гамма металла - от серого до серебристо-белого оттенка.  Интересным фактом можно назвать то, что у вольфрама отмечается низкий коэффициент теплового расширения. Также он обладает очень высокой прочностью. В случае возникновения повышенных температур металл приобретает высокое электрическое сопротивление, благодаря чему применяется в области электрики, в различных компонентах и приборах. По показателям тяжести этот металл уступает только таким элементам, как:

  • Золото
  • Иридий
  • Платина
  • Осмий

Химически металлический вольфрам очень стабилен. Он демонстрирует устойчивость к воздействию воды, различных атмосферных газов. Также не боится 90% кислот. Соответственно, ему не страшны такие явления, как деформация, коррозия, разрушение.

Вольфрам интересен для рассмотрения тем, что является редким металлом. Содержание - 1,5-34 мг/кг в земной коре. Еще один интересный факт указывает на то, что в космическом пространстве содержание вольфрама равно 1 атому вещества на 300 млрд атомов водорода. В течение 1 года добывается около 70.000 т, большая часть применяется для производства стали и сплавов. В результате вольфрам стал одним из важнейших технических металлов, оказывающих влияние на показатели экономики во всем мире. Он включен в список критически важных компонентов.

Нужно отметить, что вольфрам не входит в число редкоземельных металлов. Процессам обработки он поддается достаточно слабо. Для того чтобы использовать в полной мере все свойства этого компонента, требуется использование специального оборудования. По этой причине металл применяется редко. Основные интересные факты:

  • Обладает одной из самых высоких температур плавления.
  • Используется в тех сферах, где никакой другой элемент не справится.
  • Способы плавления специфические, не применяющиеся для драгоценных или любых других видов металлов. Используется порошковый метод выплавки, вольфрам и другие компоненты, которые должны содержаться в составе, измельчаются, спрессовываются и только потом подвергаются тепловой обработке с применением инертного газа.
  • Название металла происходит от немецкого выражения Wolf Rahm, переводится как «пена волка». 
  • Пенистые шлаки высвобождаются, когда в составе сплава присутствует олово.
  • Вольфрам применяется тогда, когда нужно имитировать золотые слитки. Причина в том, что его плотность максимально приближена к плотности настоящего золота. 

Больше всего вольфрама добывает Китай – около 80% от мировых показателей. Россия добывает около 3400 т. Основные залежи приходятся на Северный Кавказ и Дальний Восток. Еще один интересный факт, который нужно отметить, касается того, что оксид вольфрама имеет персиковый оттенок. В древности его применяли для придания этого оттенка красящим составам. Вольфрам по своим свойствам очень похож на молибден. Каждый из них редкий, тугоплавкий и тяжелый. Вольфрам отличается более сложной кристаллической решеткой.

Какими свойствами обладает вольфрам

kakimi svojstvami obladaet volfram

Теперь нужно более подробно разобраться с тем, какими свойствами обладает вольфрам. Это поможет узнать его отличительные особенности, сделавшие его востребованным в некоторых сферах. Учеными в результате проведения экспериментов, аналитических исследований и наблюдений, удалось доказать, что этот металл обладает высокой прочностью и огнеупорностью, так как относится к тугоплавким металлам. Этот момент обращает на себя повышенное внимание, поскольку для проведения работ с этим компонентом требуется экстремальная температура плавления. Также нужно отметить следующие свойства этого необычного металла:

  • Высокая точка кипения.
  • Незначительная скорость испарения в процессе правления.
  • Плавление сопровождается незначительным термическим эффектом.
  • Присутствует низкий коэффициент расширения металла.
  • Механическая обработка производится только при нагревании металла.
  • Металл относится к одним из самых твердых.
  • Показатель плотности превышает аналогичный у свинца в 2,5 раза. Он равен показателю 19,3 г/см3.
  • Температура кипения составляет около 6000 градусов.

Если продолжить рассмотрение отличительных свойств вольфрама, то нужно отметить, что этот компонент имеет необычную кристаллическую решетку. Она кубическая объемно – центрированная.

Необходимо обратить внимание и на такой момент, что вольфрам является составным элементом  сплавов  и 15 различных минералов. Известно, что благодаря комплексу необычных свойств, этот материал активно применяется в промышленности. Именно по этой причине за счет показателей высокой плотности и прочности, он отлично подходит для изготовления различных деталей и элементов, которые затем применяются при сборке оборудования. Это могут быть подогреватели, спирали или катоды, а также крючки и поддерживающие элементы, для которых важными составляющими упругость металла.

Характеристика металла

Теперь следует перейти к более подробному рассмотрению характеристик, которыми обладает вольфрам. Благодаря им  рассматриваемый материал так высоко ценится и активно применяется в производственной сфере. Главные характеристики металла: 

  • Высокая температура плавления. Выше показатель плавления  среди распространенных компонентов можно назвать только у углерода. Из группы используемых в производственной сфере металлов, вольфрам  можно назвать наиболее тугоплавким. Для сравнения и понимания особенностей можно сказать, что примерно такие же показатели температуры имеются у оболочки Солнца. 
  • Плотность  этого элемента составляет 19,25 г/см³. Это практически точно соответствует плотности золота.
  • Отмечается стойкость к разным окружающим средам. В результате вольфрам не окисляется при комнатной температуре, не ржавеет в обычной или соленой воде, не деформируется и не распадается в большинстве кислот. 
  • Если металл подвергнуть процессу нагревания, то можно будет наблюдать, как на его поверхности образуется прочная оксидная пленка. Она имеет насыщенный красный цвет. 
  • Для металла характерна высокая пластичность. Это свойство в сочетании с показателями высокой прочности материала позволяют делать очень тонкую проволоку. В случае необходимости можно создавать и другой прокат с минимальными показателями, например, по толщине или весу. 
  • Можно производить легирование окисью тория. Эта операция значительно повышает показатели пластичности вольфрама. 
  • Безопасность для здоровья. Вольфрам относится к тяжелым металлам, поэтому имеет возможность частично накапливаться в организме. Особенность его состоит в том, что он не является высокотоксичным компонентом. Для работы на вольфрамовом производстве обязательно нужно использовать специальную защиту для органов дыхания. В этом случае риск накопления металла в организме снижается до минимума. 
  • Основной цвет элемента – серый. Оттенки могут меняться. На этот показатель оказывает особое влияние выбранный тип обработки металла. Нужно отметить, что чем меньше будут фракции вольфрамового порошка, тем темнее будет цвет металла. 
  • Химическая активность. Вольфрам легко вступает в химические реакции причина - 6-валентная структура. Однако в сплавах металл обычно находится в связанном состоянии. Поэтому не вступает в неконтролируемые и непреднамеренные химические взаимодействия и бурные реакции. 
  • Электропроводность. Этот показатель составляет 18,9·10^6 См/м. Это примерно в 3 раза меньше, чем у меди. Именно по этой причине проводник, изготовленный из вольфрама, является не самым хорошим вариантом. 
  • Металл может проводить электрический импульс. Особенность состоит в том, что чем выше температура вольфрама, тем выше будет показатель его электропроводности.
  • Теплопроводность составляет  173 Вт/(м·К).  Если рассматривать аналоги, то станет понятно, что это достаточно высокий показатель. Он будет выше, чем у некоторых видов алюминия.

Также нужно не забыть рассмотреть и такой показатель, как прочность материала на разрыв. В случае с вольфрамом он составляет до 1725 МПа. Это самый высокий показатель среди других используемых и известных металлов. Если рассматривать вольфрам в чистом виде (марка ВЧ), то его применяют крайне редко. Причина состоит в том, что его обработка вызывает большое количество трудностей. В 90% случаев в сплав добавляются легирующие вещества. С их помощью удается достигнуть улучшения по показателям пластичности и целому ряду других свойств. Среди добавляемых в состав компонентов могут быть:

  • Молибден
  • Оксид рения
  • Лантан
  • Иттирий
  • Торий
  • Кобальт
  • Алюминий

Кремнещелочные присадки также способствуют улучшению показателей пластичности.  Существуют вольфрамовые сплавы, которые также сохраняют большинство положительных свойств чистого вольфрама. Одновременно составы получают дополнительные преимущества, переходящие к ним от  других металлов. Например, сплав, который называется ферровольфрам, только на 80% состоит из  вольфрама. Его пятая часть приходится на железо. Это относительно недорогой сплав, получивший все свойства каждого из компонентов. Он активно используется в производственной сфере. 

Области применения

oblasti primeneniya

Особые свойства открывают направления применения вольфрама. Основное направление – области металлургии. Металл является компонентом, который применяется в качестве добавки в другие сплавы. Применяют его и в химической промышленности, на эту отрасль приходится порядка 5%. Его могут применять при производстве:

  • Специализированных герметичных емкостей, которые используются для хранения радиоактивных веществ, включая отходы.
  • Экранов, щитов и обшивки, которые затем будут использоваться для рентген-кабинетов. Причина в том, что вольфрам на 40% лучше препятствует проникновению лучей, чем свинец. 
  • Буров и сверл, которые затем будут применяться, например, в горнодобывающей отрасли. Некоторые сплавы, особенно с кобальтом в составе, позволяю создать сверла, которые по твердости будут превосходить алмаз. По этой причине их можно использовать в процессе дробления горной породы.

Вольфрам используется в электротехнике. Если сплав будет содержать медь или алюминий, можно получить состав с высокой электропроводностью и повышенной прочностью.  Такой состав затем применяется при производстве контактов и других компонентов электротехники, так как они отлично проводят электричество. Срок эксплуатации в 6 раз дольше, чем обычных медных аналогичных изделий. Также из вольфрама могут быть изготовлены и нити накаливания для электрических ламп. Особенность в том, что заменить вольфрам в этом случае на другой элемент практически невозможно, так как вытягивать вольфрамовую проволоку можно до крайне малого диаметра.  Для станков и аналогичного оборудования этот компонент также применяется. Причина в том, что он очень прочный, надежный и долговечный, а также устойчивый к износу. Режущий инструмент, произведенный из вольфрама, долго остается острым и не меняет в процессе эксплуатации свои характеристики.  Если вольфрам будет использоваться в качестве легирующей добавки для сталей, он  увеличивает показатель их прочности.

Производство быстрорежущих инструментов, включая различные хирургические, также предполагает применение этого металла. Инструментальная сталь, устойчивая к износу, получается при содержании до 9% вольфрама в сплаве. Изготовление электродов для аргонодуговой сварки – еще одно направление, где этот компонент активно используется. Вольфрамовые электроды помогают в процессе создания разнообразных металлоконструкций. 

Производство деталей в машиностроении, которые требуют повышенной прочности и износостойкости, использует вольфрам. В число подобных изделий входят, например, подшипники или узлы. Двигатели самолетов,  реактивные сопла ракет – везде применяется вольфрам, так как там показателем качества является огнестойкость сплава. Другие направления использования:

  • Выплавка боеприпасов и элементов военной техники.
  • Изготовление сетчатых фильтров для химической промышленности. В этом случае вольфрамовая проволока  противостоит 90% реагентов. 
  • Текстильная промышленность - создание красителей, огнестойких тканей, изготовление некоторых составов, использующихся для последующей обработки шелковых и кожаных изделий.

Также сульфид вольфрама применяется при изготовлении жаростойкой смазки. Показатель ее температуры плавления доходит до 500 градусов. Используется рассматриваемый металл и в ювелирном деле. Металл используют при изготовлении колец и других видов украшений, где важна износостойкость.

Адрес: Одинцово, ул. Западная, 19А
Время работы: Пн - Пт: с 9:00 до 18:00