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
- Интересное о металле
- Какими свойствами обладает вольфрам
- Характеристика металла
- Области применения
Что представляет собой вольфрам
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
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
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.