Вольфрам считается самым тугоплавким из известных металлов. Впервые был получен в 18 веке, но промышленное использование началось гораздо позже, с развитием технологии производства.
Вольфрам
Основные характеристики
Как самый тугоплавкий металл, вольфрам имеет специфические свойства:
- Температура плавления вольфрама — примерно соответствует температуре солнечной короны — 3422 °С.
- Вместе с этим, плотность чистого вольфрама ставит его в один ряд с наиболее плотными металлами. Его плотность практически равна плотности золота — 19,25 г/см3.
- Теплопроводность вольфрама зависит от температуры и составляет от 0,31 кал/см·сек·°С при 20°С до 0,26 кал/см·сек·°С при 1300°С.
- Теплоемкость также близка к золоту и составляет 0.15·103 Дж/(кг·К).
Металл имеет кубическую объемноцентрированную кристаллическую решетку. Несмотря на высокую твердость, вольфрам в нагретом состоянии очень пластичен и ковок, что позволяет изготавливать из него тонкую проволоку, имеющую широкое применение.
Вольфрамовая проволока
Имеет серебристо-серый цвет, который не меняется на открытом воздухе, поскольку вольфраму присуща высокая химическая стойкость, а с кислородом он реагирует только при температуре выше красного каления.
Химические свойства элемента, как правило, начинают проявляться при нагреве выше нескольких сотен градусов.
В обычных условиях он не взаимодействует с большинством известных кислот, кроме смеси плавиковой и азотной кислот.В присутствии определенных окислителей может реагировать с расплавами щелочей.
При этом для начала реакции требуется нагрев до температуры 400 — 500 °С, а далее реакция идет бурно, с выделением тепла.
Некоторые соединения, особенно карбид вольфрама, обладают очень высокой твердостью и находят применение в металлургическом производстве для обработки твердых сплавов.
Приведенные характеристики вольфрама определяют специфику областей применения металла, как в чистом виде, так и в составе различных сплавов и химических соединений.Вольфрам входит в состав многих жаростойких сплавов в качестве легирующей добавки для повышения твердости, температуры плавления и коррозионной стойкости.
Близость плотности и теплоемкости вольфрама и золота теоретически может служить для подделки золотых слитков, однако это легко можно выявить при измерении электрического сопротивления и при переплавке золотого слитка.
Получение вольфрама
В чистом, самородном виде металл в природе не встречается. Большинство месторождений образовано оксидами. Содержание соединений в пересчете на чистый металл в рудном месторождении составляет 0.2 — 2%.Химическая стойкость и высокая температура плавления допускают получение вольфрама из руды только при использовании специфических методик.
Вольфрамовые прутки
В основе большинства методов промышленного получения вольфрама лежит восстановление металла из его оксида. Первая стадия производства состоит в обогащении вольфрамосодержащей руды. Затем при помощи операций выщелачивания и восстановления получают оксид WO3, который восстанавливают до чистого металла в атмосфере водорода. Температура процесса составляет около 700 °С.
В результате реакции получается тонкодисперсный металлический порошок.
Высокая температура плавления не позволяет оформить металл в виде слитков, поэтому порошок вольфрама сначала прессуют под высоким давлением, а затем спекают в среде водорода, используя нагрев до температуры 1300 °С.
Через полученные бруски пропускают мощный электрический ток. В результате высокого переходного сопротивления между зернами металла происходит нагрев и плавление заготовки.
Очистку полученного слитка производят методом зонной плавки, подобно технологии получения сверхчистых полупроводников. Производство вольфрама по данной технология позволяет получить металл высокой степени чистоты без дополнительных операций очистки.
При производстве сплавов, все составляющие добавляются еще перед стадией прессования порошка, поскольку в дальнейшем это сделать уже невозможно. В процессе прессовки, спекания и дальнейшей обработки заготовки (прессование, прокатка) обеспечивается равномерное распределение примесей в сплаве.
Вольфрам
Обработка вольфрама производится при температурах около полутора тысяч градусов. При таком нагреве металл становится очень пластичным и допускает ковку, штамповку.
Тонкая проволока для спиралей ламп накаливания изготавливается методом волочения. При этом кристаллы металлы располагаются вдоль проволоки, повышая ее прочность.
Поскольку к спиралям ламп предъявляются высоки требования по однородности, вольфрамовый провод дополнительно подвергают операциям электрохимического полирования.
Применение вольфрама
Большинство областей применения вольфрама используют такие его качества, как высокая температура плавления, плотность и пластичность. Вольфрам незаменим в следующих областях:
- Чистый вольфрам, это единственный металл, который применяется в нитях накаливания осветительных ламп, радиолампах, кинескопах и прочих электровакуумных приборах;
- В чистом виде и в составе сплавов используется при производстве сердечников подкалиберных бронебойных снарядов и пуль;
- Высокая плотность вольфрама позволяет изготавливать роторы малогабаритных гироскопов ракетной техники и космических аппаратов;
- Изготовление неплавящихся электродов при аргонно-дуговой сварке;
- Устройства защиты от ионизирующих излучений из вольфрама эффективнее, чем традиционные свинцовые. Использование вольфрама экономически выгодно, несмотря на более высокую стоимость, чем у свинца. Это вызвано тем, что расход вольфрама при тождестве технических характеристик изделия намного меньше.
- Изделия из вольфрама не нуждаются в защите от коррозии благодаря низкой химической активности при нормальных температурных условиях.
Сверла из вольфрама
Соединения вольфрама с углеродом более известны как «победит». Их высокая твердость используется в режущих напайках металлообрабатывающих инструментов — резцов, сверл, фрез.
Инструменты с победитовыми напайками используются для обработки практически любых материалов, начиная от древесины, где почти не требуют периодической заточки, до любых пород камня. Для заточки победитовых инструментов требуются абразивы с самой высокой твердостью.
В полной мере этому соответствуют алмазные и эльборовые абразивы имеющие самую высокую твердость среди всех известных.
Победитовые напайки крепятся к рабочим кромкам инструмента при помощи пайки медью. В качестве флюса используется бура.
Карбид вольфрама используется в ювелирных изделиях, в частности, в кольцах. Высокая твердость материала позволяет сохранить блеск изделия в течение всего срока службы.
Победит изготавливают порошковым методом, используя для скрепления кристаллом карбида вольфрама кобальт.
Сплавы на основе вольфрама
Сплавы вольфрама возможно получить исключительно методом порошковой металлургии. Это вызвано большой разницей температур плавления входящих в состав сплава металлов.
Порошки исходных составляющих после смешивания прессуются, а затем подвергаются спеканию. В результате капиллярных сил более легкоплавкие металлы заполняют пространство между зернами вольфрама, образуя монолитный сплав.
На границах зерен образуются твердые растворы компонентов сплава.
Наибольшее распространение получили сплавы вольфрама с медью, железом и никелем. Самые распространенные сплавы ВНЖ и ВНМ включают в себя вольфрам — никель — железо и вольфрам — никель — медь.
Для достижения особых характеристик в состав могут входить также серебро, хром, кобальт и молибден.
Вольфрамовые сплавы находят применение для изготовления деталей и устройств, в которых важна высокая плотность при малых габаритных размерах. Это всевозможные противовесы, маховики, грузы центробежных регуляторов, сердечники пуль и снарядов.
Известно не очень много марок вольфрама. В первую очередь, это технически чистый вольфрам — ВЧ.
Используемые в промышленности марки вольфрама обычно включают в себя некоторые добавки. Материал, легированный лантаном, обозначается как ВЛ, иттрием — ВИ. Указанные легирующие добавки еще более улучшают механические и технологические качества металла.
Сплавы с рением — ВР5, ВР20 — используются в производстве высокотемпературных термопар.
Легирование торием повышает эмиссионные свойства вольфрама, что особенно важно при изготовлении катодов мощных электровакуумных ламп. Данная добавка также улучшает способность к зажиганию электрической дуги при аргонно-дуговой сварке.
Сплавы вольфрама с медью и серебром используются для изготовления контактов сильноточной коммутационной аппаратуры.
Медь и серебро при высокой электропроводности не обладают высокой механической прочностью. При прохождении высоких токов возможно расплавление контактных групп.
Контакты из вольфрамовых сплавов свободны от этих недостатков, не смотря на несколько большее электрическое сопротивление.
Высокая плотность сплавов позволят использовать их для изготовления контейнеров для хранения радиоактивных веществ, экранов для защиты от γ-излучения.
Источник: https://stankiexpert.ru/spravochnik/materialovedenie/volfram.html
Карбид вольфрама
Карбиды – класс неорганических соединений химических элементов с углеродом. И, хотя самым распространённым из карбидов является цементит – основная структурная составляющая любой стали, наибольшее практическое применение получили всё же карбиды тугоплавких металлов – тантала, титана, и особенно вольфрама.
Состав карбидов вольфрама
Карбиды металлов считаются одними из наиболее тугоплавких веществ, причём с увеличением порядкового веса этот показатель возрастает.
В частности, именно сочетание карбида вольфрама с кобальтом в различных процентных соотношениях образует целый класс инструментальных материалов особо высокой прочности и износостойкости – твёрдых сплавов.
Дело в том, что углерод образует с вольфрамом два разных химических соединения – монокарбид вольфрама WC и полукарбид вольфрама W2C. Первый из них менее устойчив и твёрд, однако, обладая способностью образовывать кристаллы в расплаве вольфрама, уже с 1923 г. применяется как составляющая часть разнообразных минералокерамических композиций. В противоположность монокарбиду вольфрама его двоюродный «брат» полукарбид вольфрама имеет значительно большую температурную стойкость, а также может легко внедряться в твёрдые растворы WC с другими металлами – железом, кобальтом и др. Кроме того, полукарбид вольфрама имеет чрезвычайно высокую износостойкость. Таким образом, в технике находят применение оба вида карбидов.
В частности, основные свойства 98% -ного карбида вольфрама следующие:
- Предел прочности на изгиб, МПа, не ниже – 1000.
- Предел прочности на сжатие, МПа, не ниже – 9500.
- Модуль упругости, ГПа – 69.
- Ударная вязкость, кГмсм2 – 1,2…1.3.
- Твёрдость по Роквеллу, HRA, не ниже — 90.
- Плотность, г/см2 – 15,0…15,5.
- Эрозионная стойкость, 10-6 моль – 0,3…0,8.
Таким образом, в сравнении с наиболее прочными сталями карбид вольфрама обладает значительно более высокими прочностными показателями, но, с другой стороны, он и более хрупок, а также отличается пониженной обрабатываемостью.
Поэтому в чистом виде рассматриваемые соединения не используются, а являются основной составляющей частью твёрдых сплавов. Наиболее часто используются твёрдые сплавы, в состав которых, кроме карбида вольфрама, входит кобальт. Получили применение и более сложные сочетания, с карбидами титана и тантала. Тем не менее, составляющая карбида вольфрама во всех этих случаях остаётся преобладающей: от 98 до 70%.
Область применения
Твёрдые сплавы как основной вид использования карбидов вольфрама.
С
пецифическая область применения карбида вольфрама в составе твёрдых сплавов – наплавка слоя повышенной износостойкости на детали, испытывающие при своей эксплуатации повышенные нагрузки от сил трения. Это имеет особое значение для бурового, режущего и штампового инструмента. Стойкость такого инструмента заметно увеличивается вследствие того, что карбид вольфрама, как твёрдая составляющая в менее прочной металлической матрице, способствует формированию микроструктуры с благоприятным сочетанием прочности и пластичности.
Объясняется это следующим. Карбидная фаза сглаживает перепады в механических характеристиках изготовленной детали.
Применительно к инструментальным материалам это означает, что при обработке сравнительно мягких материалов снижается уровень возникающих в инструменте напряжений, в то время как при обработке более хрупких изделий обеспечивается надёжное предохранение поверхностной кромки инструмента от абразивного воздействия откалывающихся микрочастиц.
Данная особенность сохраняется, независимо от температуры на контакте, поскольку карбид вольфрама образован двумя высокотемпературными составляющими – тугоплавким вольфрамом и самым тугоплавким из неметаллов – углеродом.
Твердые сплавы вольфрамокобальтовой группы характеризуются следующими особенностями:
- Практически нулевыми значениями допустимого напряжения на срез, поэтому их нельзя применять в условиях значительных сдвиговых деформаций;
- Резкой зависимостью исходных показателей от процентного содержания кобальта;
- Низкой обрабатываемостью, в связи с чем на практике используются предварительно спечённые или пластифицированные исходные заготовки. Окончательная размерная доводка таких изделий проводится при помощи высокоэнергетических технологий: электродуговой, электроискровой, ультразвуковой или анодно-механической обработкой.
Свойства карбидов вольфрама
При высоких значениях температуры плавления, термостойкость карбидов вольфрама – достаточно низкая.
Объясняется такое противоречие просто: кристаллическая структура и WC, и W2С – весьма жёсткая, поэтому термическое расширение практически отсутствует.
С другой стороны карбид вольфрама обладает значительной теплопроводностью, причём для WC этот параметр с повышением температуры возрастает вдвое интенсивнее, чем у W2С.
Оптимальным диапазоном температур эксплуатации деталей, изготовленных из карбидов вольфрама, считается 200…3000С. С увеличением процентного содержания кобальта в твёрдых сплавах (до 20…25%) допустимые температуры эксплуатации возрастают до 700…8000С, превышая температуростойкость всех известных марок сталей (за исключением жаропрочных).
Карбиды вольфрама – соединения с хорошей электропроводностью, причём для WC этот показатель выше, чем у W2C, практически в 4 раза. Удельное электросопротивление карбидов вольфрама растёт при повышении температуры. Пропорционально этому, кстати, падают показатели упругости.
Именно поэтому карбиды вольфрама хорошо обрабатываются электрофизическими методами: локальное введение высококонцентрированного источника тепла (дуга, искра, электрический импульс) повышает температуру в зоне обработки и способствует размерному разрушению структуры рассматриваемых соединений.
С точки зрения практического применения для карбидов вольфрама большее значение имеют их механические показатели – твёрдость и хрупкость. Получаемая в итоге микротвёрдость зависит в основном от температуры, при которой в вольфрамовом порошке формируются карбиды (менее — от степени их пористости). При повышении температуры дефекты в зёрнах залечиваются, поскольку возрастает подвижность атомов вольфрама и углерода. Поэтому конечная микротвёрдость соединений возрастает. При этом анизотропия свойств выражается значительно меньше, чем аналогичный показатель для металлов. Это упрощает предварительное ориентирование заготовки перед её обработкой.
Упругость карбидов вольфрама – максимальная для своего класса соединений тугоплавких металлов с углеродом, причём она возрастает с увеличением пористости. Это обстоятельство важно для изделий (в химсоставе которых присутствуют карбиды вольфрама), работающих в условиях знакопеременных нагрузок.
Пластичность карбидов вольфрама крайне низка, и не превышает 0,015%.
Нанесение защитного слоя на деталь
Вследствие описанных выше факторов, при покрытии карбидами вольфрама поверхности деталей возрастают не только их износостойкость, но также стойкость против эрозии и окалины.
Фактор хрупкости снимается за счёт чрезвычайно малой толщины наносимого карбидсодержащего слоя, который в большинстве случаев не превышает десятков микрон.
Такой способ применения карбидов вольфрама более целесообразен: наличие пластичной подложки основного металла снижает чувствительность поверхности от вредного воздействия циклически возникающих рабочих нагрузок, в то время, как высокая поверхностная твёрдость способствует стойкости против износа. Сокращается и расход металлов/сплавов.
Практический диапазон толщины покрытий, содержащих карбиды вольфрама – 100…250 мкм.
Применяются следующие методы нанесения поверхностных покрытий из карбида вольфрама:
- Газопламенное напыление.
- Плазменное напыление.
- Детонационное нанесение.
При газопламенном напылении мелкодисперсный порошок карбида расплавляется теплом кислородно-ацетиленового пламени, температура в факеле которого достигает 20000С.
Скорость движения частиц в газовом потоке достигает 150…200 м/с, вследствие чего они приобретают большую кинетическую энергию.
Она позволяет частицам легко внедряться в микропустоты на поверхности основного металла, а застывая там, образовывать прочное покрытие.
Технология газопламенного напыления обладает существенным недостатком. Наличие кислорода в пламени способствует частичному выгоранию углерода. Поэтому более качественными процессами напыления, являются технологии с применением плазмы.
Высокотемпературная (более 50000С) плазма исключает попадания в зону обработки даже атомарного кислорода, поэтому химсостав конечного карбидсодержащего слоя полностью соответствует исходному. Кроме того, производительность плазменного напыления выше, чем газопламенного, т.к.
в последнем случае рабочую камеру периодически приходится очищать от остатков выделившегося углерода методом аргонной откачки.
При детонационном напылении деталь помещают в подвижную среду, где находятся взвешенные частицы карбидов вольфрама. Объём герметизируется, после чего среда поджигается. Возникающие в результате высокие температуры резко увеличивают скорость перемещения взвешенных частиц, которые равномерным слоем откладываются на поверхности детали.
Источник: http://zewerok.ru/karbid-volframa/
Свойства карбидов металлов (гафния, хрома, титана, вольфрама и др.)
Представлены сведения о химических и физических свойствах карбидов металлов: таких, как гафний, хром, титан, вольфрам и других. Физические свойства карбидов сведены в отдельные таблицы, в которых указана их плотность, твердость, температура плавления и кипения, а также электрические и тепловые свойства.
Карбид гафния GfC
В таблице приведены свойства карбида металла гафния. Карбид гафния представляет собой соединение серого цвета с температурой плавления 3890°С и высокой плотностью, которая при комнатной температуре составляет 12600 кг/м3. Энергия кристаллической решетки GfC равна 117,2·105 кДж/кмоль.
Карбид гафния полностью растворяется в ортофосфорной, азотной и серной кислотах. При температуре около 2000°С он начинает взаимодействовать с тугоплавкими металлами — такими, как молибден, вольфрам, тантал и ниобий.
| Молекулярная масса | 190,5 |
| Тип решетки | Кубическая |
| Плотность, кг/м3 | 12600 |
| Температура плавления, °С | 3890±150 |
| Температура кипения, °С | 4160 |
| Средний ТКЛР в интервале 20-1200°С, α·106, град-1 | 6,1 |
| Молярная теплоемкость при 20°С, кДж/(кмоль·град) | 35,3 |
Теплопроводность карбида гафния с нулевой пористостью при температуре 300°С равна 9,2 Вт/(м·град). При нагревании коэффициент теплопроводности GfC увеличивается. Удельная теплоемкость карбида гафния относительно невысока и при росте температуры слабо увеличивается.
| Удельная массовая теплоемкость, Дж/(кг·град) | 251 | 251 | 255 | 268 | 281 | 297 |
| Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град) | 9,2 | 10 | 11,7 | 13,8 | 15,9 | 17,2 |
Карбиды хрома
Таблица содержит физические свойства карбидов хрома различного состава. Соединения с формулой Cr23C6 и Cr3C2 имеют серый цвет; Cr7C3 — серебристый.
Карбиды хрома Cr23C6 и Cr7C3 нерастворимы в царской водке. После длительного нагрева при 730…870°С карбид Cr7C3 превращается в Cr23C6. Карбид Cr3C2 нерастворим в воде. Изделия из него также практически нерастворимы в кислотах, их смесях и растворах щелочей. Однако, он может взаимодействовать с цинком при температуре 940°С. Температура начала окисления Cr3C2 составляет 900…1000°С.
| Молекулярная масса | 220 | 1265 | 400 | 180 |
| Тип решетки | Кубическая | Кубическая | Гексагональная | Ромбическая |
| Плотность, кг/м3 | — | 6970 | 6920 | 6680 |
| Температура плавления, °С | 1520 | 1550 | 1700±50 | 1890 (разлаг.) |
| Средний ТКЛР в интервале 20-800°С, α·106, град-1 | — | 10,1 | 10 | 10,3 |
| Удельная массовая теплоемкость при 20°С, Дж/(кг·град) | — | 493 | 523 | 546 |
| Молярная теплоемкость при 20°С, кДж/(кмоль·град) | — | 84 | 209 | 98 |
| Коэффициент теплопроводности при 20°С, Вт/(м·град) | — | 18,7 | 16,6 | 16,2 |
Карбид титана TiC
Карбид титана TiC представляет собой соединение светло-серого цвета с металлическим блеском. Он химически инертен при комнатной температуре: плохо растворяется в кислотах, их смесях и некоторых щелочах в холодном и нагретом состояниях.
При высоких температурах (выше 2500°С) начинает реагировать с азотом. При взаимодействии с водородом обезуглероживается. Кроме того, окисляется углекислым газом при температурах выше 1200°С. Температура активного окисления карбида титана составляет 1100…1200°С.
Область температурной устойчивости TiC достигает 3140°С, он высокостоек в расплавленных легкоплавких металлах и металлах типа меди, алюминия, латунях, чугунах и сталях. Степень черноты карбида титана равна 0,9 (при длине волны 0,655 мкм).
| Молекулярная масса | 59,9 |
| Тип решетки | Кубическая |
| Плотность, кг/м3 | 4930 |
| Температура плавления, °С | 3147±50 |
| Температура кипения, °С | 4305 |
| Твердость по шкале Мооса | 8-9 |
| Средний ТКЛР в интервале 20-2700°С, α·106, град-1 | 9,6 |
| Молярная теплоемкость при 20°С, кДж/(кмоль·град) | 33,7 |
| Удельная массовая теплоемкость при 25°С, Дж/(кг·град) | 842 |
| Коэффициент теплопроводности при 20°С, Вт/(м·град) | 34…39 |
| Удельное электрическое сопротивление при 20°С, ρ·108, Ом·м | 60 |
Карбиды вольфрама W2C и WC
Карбиды вольфрама W2C и WC представляют собой соединения серого цвета. Область температурной устойчивости для W2C составляет до 2750°С; для WC — до 2600°С.
Тонкий порошок WC быстро окисляется на воздухе при 500…520°С. Температура начала окисления грубого порошка WC составляет 595°С.
При 700°С изменение массы карбида вольфрама WC в результате часового окисления составляет 8,3 мг/(см2·ч).
При комнатной температуре порошок карбида вольфрама практически не растворяется в сильных концентрированных кислотах. Однако он почти полностью растворим в кипящих H2SO4 и HNO3. При температуре 940°С WC слабо взаимодействует с расплавом цинка.
| Молекулярная масса | 379,7 | 195,9 |
| Тип решетки | Гексагональная | |
| Плотность, кг/м3 | 1720 | 1560 |
| Температура плавления, °С | 2730±15 | 2720 |
| Температура кипения, °С | 6000 | |
| Твердость по шкале Мооса | 9-10 | 9 |
| Средний ТКЛР в интервале 20-2000°С, α·106, град-1 | 5,8 | |
| Удельная массовая теплоемкость в интервале 0-100°С, Дж/(кг·град) | — | 184 |
| Молярная теплоемкость при 25°С, кДж/(кмоль·град) | — | 36 |
| Коэффициент теплопроводности при 20°С, Вт/(м·град) | 29,3 | 197 |
Карбид кальция CaC2
В таблице приведены физические свойства карбида кальция CaC2. По своим оптическим свойствам химически чистый карбид кальция — большие, почти бесцветные кристаллы с голубоватым оттенком. Технический CaC2 в зависимости от степени чистоты имеет серый, коричнево-желтый или черный цвет.
Предел температурной устойчивости для карбида кальция равен 2300°С. При температуре 20°С он полностью растворяется в воде (с выделением ацетилена) и концентрированной соляной кислоте.
| Молекулярная масса | 64,1 |
| Тип решетки | Тетрагональная, кубическая |
| Плотность, кг/м3 | 2100 |
| Температура плавления, °С | 2300 (разлаг.) |
| Удельная массовая теплоемкость при 25°С, Дж/(кг·град) | 960 |
| Молярная теплоемкость при 25°С, кДж/(кмоль·град) | 61,3 |
Карбид циркония ZrC
Карбид циркония представляет собой соединение серого цвета с металлическим блеском. Он химически инертен при комнатной температуре: плохо растворяется в концентрированных кислотах, их смесях и некоторых щелочах, как в холодном, так и нагретом состоянии. Карбид циркония нерастворим в воде, однако взаимодействует с азотом с образованием нитридов.
Температура активного окисления ZrC составляет 1100…1200°С, область температурной устойчивости — до 3530°С. Карбид циркония стоек в расплавах меди и медных сплавов, стали, чугуна и легкоплавких металлов.
| Молекулярная масса | 103,2 |
| Тип решетки | Кубическая |
| Плотность, кг/м3 | 6730 |
| Температура плавления, °С | 3530 |
| Температура кипения, °С | 5100 |
| Твердость по шкале Мооса | 8-9 |
| Средний ТКЛР в интервале 20-1100°С, α·106, град-1 | 6,74 |
| Молярная теплоемкость при 20°С, кДж/(кмоль·град) | 61,1 |
| Удельная массовая теплоемкость при 25°С, Дж/(кг·град) | 456 |
| Коэффициент теплопроводности при 0°С, Вт/(м·град) | 42 |
| Удельное электрическое сопротивление при 20°С, ρ·108, Ом·м | 50 |
Карбиды ниобия Nb2C и NbC
В таблице даны физические свойства карбидов ниобия Nb2C и NbC. Плотный карбид ниобия NbC имеет серовато-коричневый или бледно-лиловый металлический цвет. Порошок NbC имеет фиолетовый оттенок.
Карбиды ниобия при комнатной температуре химически инертны, обладают высокой химической стойкостью к действию кислот и их смесей даже в нагретом состоянии. Однако, они растворимы в смеси плавиковой и азотной кислоты.
При нагревании на воздухе NbC слегка обезуглероживается. До температуры 2500°С он устойчив в атмосфере азота. Температура активного окисления карбида ниобия составляет 900…1000°С. Область температурной устойчивости — до 3890°С. Он стоек в расплавах металлов (Cu, Al), имеет высокую твердость по шкале Мооса.
| Молекулярная масса | 197,8 | 105 |
| Тип решетки | Гексагональная | Кубическая |
| Плотность, кг/м3 | 7860 | 7560 |
| Температура плавления, °С | 2927 | 3480 |
| Температура кипения, °С | — | 4500 |
| Твердость по шкале Мооса | — | 9-10 |
| Средний ТКЛР в интервале 20-1100°С, α·106, град-1 | 6,5 | |
| Удельная массовая теплоемкость при 20°С, Дж/(кг·град) | 315 | 355 |
| Молярная теплоемкость при 25°С, кДж/(кмоль·град) | 30,36 | 37,35 |
| Коэффициент теплопроводности при 20°С, Вт/(м·град) | — | 19 |
| Удельное электрическое сопротивление при 20°С, ρ·108, Ом·м | 55 | 46 |
Источники:
Источник: http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/keramika-i-steklo/svojstva-karbidov-metallov-gafniya-hroma-titana-volframa
ПОИСК
Вольфрам образует два карбида —и гС и W , отличающиеся высокой твердостью (микротвердость УС 1760 кг/мм ) и высокими температурами плавления (соответственно 2750 и 2800° С).
Карбид вольфрама УС широко применяется для изготовления литых и металлокерамических твердых Получается карбид вольфрама нагреванием смеси порошкообразного вольфрама или трехокиси вольфрама и сажи при 1400—1500° С. [c.
71] В качестве материала тиглей могут использоваться многие тугоплавкие металлы, как, например вольфрам, рений, тантал, молибден (как в виде монокристаллов, так и в поликристаллическом состоянии), а также большое число карбидов, оксидов, нитридов, имеющих высокие температуры плавления [16].
Следует отметить, что смачиваемость жидких металлов при возрастании температуры увеличивается, и они могут выползать из тиглей, нарушая (растворяя) при этом конструкцию источника, поэтому подбор тигля под кон- [c.
379]
При втором варианте вольфрам, полученный восстановлением вольфрамового ангидрида водородом, науглероживают и плавят в графитовом тигле при температуре 3000° С. Расплав отливают с помощью центробежного устройства в специальные формы. При этом получить высший карбид С С) точного состава плавлением невозможно, так как происходит перитектический распад на АУ гС и графит. Проведенные в работе [264] исследования процесса получения литых карбидов в дуговой печи с помощью расходуемого электрода под давлением [c.77]
Твердость этих соединеиий занимает промежуточное место между значениями твердости для алмаза (10) и топаза (8) (см. стр. 462), а их температуры плавления выше, чем у самых тугоплавких металлов (рений, вольфрам) и даже у углерода (углерод можно испарять в тигле из спеченного карбида тантала). Отсюда и произошло часто используемое название жаростойкие карбиды. [c.595]
Даже переходные металлы (Сг, Ш, Мп, Т1 и 2г), которые образуют устойчивые при высокой температуре карбиды, не могут быть получены в чистом виде восстановлением окисей углеродом. Получить эти металлы, имеющие высокие температуры плавления, в чистом виде раньше было довольно трудно.
В настоящее время это осуществляют электролизом хлоридов, алюминотермическим методом или восстановлением водородом (вольфрам). Образование карбидов упомянутых выше металлов при сплавлении с железом в значительной мере затрудняется.
Восстановлением углеродом смеси железной руды с окисями Сг, Мо, или Мп в промышленности получают сплавы, содержащие примерно 70% указанных металлов и очень небольшие количества углерода. Эти ферросплавы (ферромарганец, феррохром, ферромолибден и др.) служат для получения специальных легированных сталей (см. стр. 663).
Восстановление обычно проводят в электрических печах с угольными электродами, подобными электродам, используемым при получении карбида кальция. Электрический ток служит источником тепла и не используется для проведения электролиза. Часто к реакционной смеси добавляют различные компоненты для образования шлака.
Феррованадий, который также используется для получения специальных сталей, получают алюминотермическим методом или восстановлением ванадиевой руды ферросилицием (стр. 504) в электрической печи. [c.600]
ЛЕГИРОВАНИЕ (нем. legieren — сплавлять, от лат. ligo — связываю, соединяю) — введение в металлы и сплавы легирующих материалов для получения сплавов заданного хим. состава и структуры с требуемыми физ., хим. и мех. св-вами. Применялось еще в глубокой древности, в России — с 30-х гг. 19 в. Л. осуществляют введением легирующих материалов (в виде металлов и металлоидов в свободном состоянии, в виде различных сплавов, напр, ферросплавов, или в газообразном состоянии) в шихту или в жидкий (при выплавке) сплав. Иногда добавки легирующих материалов вводят в ковш. В закристаллизовавшемся сплаве легирующие материалы распределяются в твердом растворе и др. фазах структуры, изменяя его прочность, вязкость и пластичность, повышая износостойкость, увеличивая глубину прокаливаемости и др. технологические св-ва. Л. существенно влияет па положение критических точек стали. Никель, марганец, медь и азот расширяют по температурной шкале область существования аустенита, причем при известных соотношениях содержания углерода и этих элементов аустенит существует в области т-р от комнатной и ниже до т-ры плавления. Хром, кремний, вольфра.м и др. элементы сужают эту область и при определенных концентрациях углерода и легирующего элемента расширяют область с>тцествоваиия альфа-железа (см. Железо) до т-р плавления. При некоторых концентрациях углерода и легирующего материала сталь даже после медленного охлаждения имеет структуру закалки. Легирующие материалы, не образующие карбидов (напр., никель, кремний и медь), находятся в твердых растворах, карбидообразующие материалы (хром, марганец, молибден, вольфрам и др.) частично растворяются в железе, однако в основном входят в состав карбидной фазы и при больших концентрациях сами образуют карбиды (напр.. [c.681]
BOB в среднем 2260—2380° С, их рабочие т-ры не превышают 1100— 1150° С. При т-ре выше порога рекристаллизации прочность сплавов резко снижается. Основные отличительные особенности таких сплавов — повышенная пластичность нри комнатной т-ре и высокая технологичность при обработке давлением.
Среднепрочные сплавы, кроме титана, циркония и гафния, содержат тугоплавкие легирующие элементы — молибден, вольфрам и тантал, повышающие т-ру плавления и прочность при рабочих т-рах. Такие сплавы сравнительно легко обрабатывать давлением. Высокопрочные сплавы содержат в значительных количествах вольфрам и молибден (в сумме до 20—25%).
Их т-ра плавления не ниже 2350—2370° С, т-ра начала рекристаллизации 1150 1540° С, жаропрочность высокая. Некоторые из высокопрочных сплавов отличаются повышенным содержанием углерода, поэтому в их структуре, кроме тугоплавкого ниобиевого твердого раствора, имеются выделения карбидов (главным образом, Zr ), положительно влияющие на жаропрочность.
Недостатки высокопрочных сплавов — пониженная пластичность при комнатной т-ре и низкая технологичность при обработке давлением. Осн. способ получения И. с. — дуговая плавка с расходуемым электродом (в вакууме или аргоне).
Для равномерного распределения легирующих элементов в высоколегированных сплавах используют двойной переплав или гарнисажную плавку с разливом в медные водоохлаждаемые (или графитовые без охлаждения) формы. Иногда (напр., если содержание элементов внедрения должно быть минимальным) применяют электроннолучевую плавку.
Обработка ниобиевых слитков начинается с разрушения литой структуры прессованием (т-ра нагрева — 1100— 1700° С — зависит от состава сплава), после чего их подвергают прокатке, волочению, штампованию, ротационной ковке или повторному прессованию. Листовую прокатку низко- и среднепрочных сплавов, а также изготовление труб протяжкой или прокаткой трубных заготовок, полученных предварительным прессованием, проводят в холодном со- [c.75]
Помимо графита и кремния, которые могут применяться в свободном или элементарном состоянии брикетированными с помощью глины, глинозема или жидкого стекла -, были также предложены многие другие каталиваторы.
В качестве примеров можно упомянуть , огнеупорные или содержащие кремнезем кирпичи, пропитанные солями меди, или такие огнеупорные материалы, как хромовые и никелевые стали, ферросилиций, карбид кремиия , окиси хрома, вольфрама, ванадия или урана, или их смеси хром, вольфрам, молибден или сплавы этих металлов Последние из упомянутых металлов устойчивы к действию высоких температур и не благоприятствуют отложению угля. Были предложены также элементы селен, теллур и таллий или соединения их Имеются указания также и на то, что газообразные парафиновые или олефиновые углеводороды (при температуре от 400 до 1100°) подвергались пиролизу в присутствии паров металлов с температурой плавления ниже 500° (за исключением щелочных металлов) Как правило, катализаторы, применяемые для превращения газообразных парафинов в ароматические углеводороды, могут быть также применены и для аналогичных пирогенетических реакций газообразных олефинов. Ароматиче- [c.203]
С водородом вольфрам не взаимодействует почти до температуры плавления с галоидами соединяется непосредственно (с иодом при температуре 950°).
Азот не реагирует с вольфрамом до довольно высоких температур температура, при которой начя нается взаимодействие азота с вольфрамом, до сих пор точно не установлена. Газообразный сухой хлор образует с вольфрамом химическое соединение (W Ie) уже при температуре 300°.
При совместном нагревании до высоких температур с углеродом, кремнием и бором вольфрам образует карбиды, силициды и бориды. Температуры образования карбидов вольфрама (W2 и W ) лежат в интервале 1200—1500°.
Вольфрам устойчив при действии на него на холоду соляной, серной, азотной и плавиковой кислот всех концентраций, а также царской водки. При нагревании до 100° вольфрам сохраняет свою устойчивость в плавиковой кислоте и слабо взаимодействует с соляной и серной кислотами. [c.295]
Соединения с углеродом. Диаграмма состояния вольфрам — углерод представлена на рис. 50. В системе имеются два соединения W2 , плавящийся около 2750°, и W , разлагающийся по пери-тектической реакции около 2600°, а также две эвтектики W—W2 (-1% С, т. пл.
2475°) и W2 —W (-42% W, т. пл. 2520°). Карбид W получается нагреванием смеси порошков вольфрама -и углерода (сажа, графит) при 1350—1450°. Карбид W2 получается плавлением вольфрама в графитовом тигле при температуре околп 3000° в печи с графитовой трубой накала.
кг [c.320]
Наиболее убедительно это подтверждают данные автоионной микроскопии. При исследовании кристаллов углерода, 20 металлов (вольфрам, молибден, ниобий, тантал платина, родий, иридий, золото, железо, никель, кобальт, лантан и др.
), а также их сплавов, карбидов и боридов методом автоионной микроскопии обнаружено, что при температуре, составляющей 1/2—2/3 от температуры плавления, приповерхностный монослой кристаллов имеет упаковку, близкую к нормальной упаковке в их решетке [25—28].
Периодичность плотноунакованного слоя нарушается довольно редко вакансиями и адсорбированными атомами, удерживаемыми в непосредственной близости от этого монослоя и способными перемещаться вдоль поверхности.
При изучении микрокристаллов перечисленных металлов были выявлены плоские грани размером —10 см, разделенные четкими ребрами (рис. 4.4), причем концентрации вакансий и адсорбированных нримесей на гранях разных типов не одинаковы [28, 29]. [c.62]
Вольфрам имеет температуру плавления около 3400°, температуру кипения около 5930°, уд. вес 19,3 zl a . Вольфрам растворяется в азотной кислоте, царской водке и смеси плавиковой и азотной кислот. Соляная, серная и плавиковая кислоты слабо действуют на вольфрам.
С углеродом и бором вольфрам образует химические соединения—карбиды и бориды, отличающиеся весьма высокой твердостью. В связи с этим вольфрам применяется для производства твердых сплавов. Как легирующая добавка вольфрам придает стали твердость и прочность, сохраняющиеся при высоких температурах.
Поэтому лучшие сорта инструментальной стали содержат вольфрам. [c.191]
Большая химическая устойчивость и очень высокая температура плавления (стр. 642) позволяют использовать вольфрам в производстве нитей для электроламп накаливания (стр. 583). Стали, содержащие вольфрам (7—9% W, 2—3% Сг), так называемые быстрорежущие стали, в отличие от обычных сталей не отпускаются при нагревании до высоких температур.
Эти стали используют в производстве слесарного инструмента (сверла и т. д.), применяемого для обработки раскаленных металлов. Карбиды вольфрама W2 , W и W3 2 (серого цвета), обладающие металлическими свойствами, характеризуются своей исключительной твердостью (см. стр. 594).
Их сплавы с кобальтом (5%), известные под названием видиа (победит), также используют в производстве специального слесарного инструмента. [c.649]
Смотреть страницы где упоминается термин Карбид вольфрама плавления: [c.625] [c.560] [c.655] [c.146] Тугоплавкие материалы в машиностроении Справочник (1967) — [ c.104 ]
Вольфрама карбид
© 2019 chem21.info Реклама на сайте
Источник: https://www.chem21.info/info/601626/
Карбид вольфрама — это… Что такое Карбид вольфрама?
Карбид вольфрама (WC — монокарбид вольфрама) — химическое соединение углерода и вольфрама, керамика[1]. Является одной из самых твёрдых из известных ныне керамик (9 по шкале Мооса, HRC около 90 единиц) — по твёрдости он сравним с алмазом. Кроме твёрдости, карбид вольфрама отличается высокой температурой плавления, износостойкостью, хорошей стойкостью к окислению.
Благодаря исключительно высокой твёрдости активно используется для изготовления сердечников бронебойных снарядов и режущего инструмента.
Физические свойства
Гранулированный карбид вольфрама при нормальных условиях представляет собой серый порошок с металлическим блеском, нерастворимый в воде.
Плотность порядка 15,8 г/см³;
температура плавления — 2870 °C[2];
твёрдость по Роквеллу от 87 до 92 единиц;
модуль упругости 450÷650 ГПа[3];
тепловой эффект-8,4+/-0,2 ккал/моль;
стандартная энтропия-8,5+/-1,5 кал/(моль*град);
энтропия образования из элементов- -0,31 кал/(моль*град);
теплоемкость (при температуре 293 К) составляет 8,53 кал/(моль*град);
теплопроводность (при температуре 25 град.) 0,07 кал/(см*с*град);
коэффициент термического расширения 3,84(3,9)*106 град-1;
характеристическая температура (температура Дебая) 493 К;
удельное электросопротивление (при Т=200С)19,2+/-0,3 мкОм*см;
удельная электропроводность — 52200 Ом-1*см-1;
коэффициент электросопротивления (при Т=20-15000С) +0,495*10-3 град-1;
коэффициент т.э.д.с. составляет -23,3 мкВ/град; работа выхода 3,6 эВ;
постоянная Ричардсона 2,7 А/(см2*град2);
постоянная Холла -21,8+/-0,3 см3/к*104;
коэффициент электронной теплоемкости 0,79 мДж/(моль*град2).
Структура
Известны две формы WC, гексагональная, α-WC, и кубическая, высокотемпературная форма, β-WC.
Применение
Карбид вольфрама активно применяется в технике для изготовления инструментов, требующих высокой твёрдости и коррозионной стойкости, а также для износостойкой наплавки деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания с умеренными ударными нагрузками. Этот материал находит применение в изготовлении различных резцов, абразивных дисков, свёрл, фрез, долот для бурения и другого режущего инструмента. Твёрдый сплав, известный как «победит», «рэлит», на 90 % состоит из карбида вольфрама.
Активно применяется в газотермическом напылении и наплавке в виде порошкового материала для создания износостойких покрытий. Один из основных материалов, использующихся для замены гальванического хромирования методом высокоскоростного газопламенного напыления.
Особо следует выделить использование карбида вольфрама для изготовления сердечников бронебойных пуль и снарядов. Сейчас этот материал является доминирующим в данном применении, однако в последнее время в ряде стран он вытесняется обеднённым ураном.
Применяется при производстве сверхпрочных шариков для шариковых ручек размером 1 мм. Полировка этих шариков проводится в специальной машине на протяжении нескольких дней с использованием малого количества алмазной пасты.
Применяется для изготовления браслетов для дорогих швейцарских часов. Также карбид вольфрама приобрёл большую популярность при изготовлении ювелирных изделий — колец, кулонов — в которых его износостойкость позволяет гарантировать «вечный» блеск изделий.
Карбид вольфрама используется в виде подложки для платинового катализатора[4].
Также используется при изготовлении торцевых уплотнений валов механизмов (например в насосах) в случаях, когда контактирующая среда имеет высокую абразивность и/или вязкость.
Токсичность
Карбид вольфрама химически инертен, поэтому изделия из него не представляют опасности для человека при нормальных условиях. Летальная доза карбида вольфрама для человека не определена.
Исследования, проведённые Дрезденским техническим университетом, Лейпцигским центром им. Гельмгольца по проблемам окружающей среды и Фраунгоферовским институтом керамических технологий и систем показали, что нанопыль карбида вольфрама может проникать в клетки живых организмов.
При этом собственно частицы вольфрама нетоксичны, однако при соединении с кобальтом в определённых концентрациях, они могут представлять опасность для здоровья клеток[5]. При долговременном регулярном поступлении пыли карбида вольфрама и кобальта в организм может возникать фиброз[6].
См. также
Примечания
Источник: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/644140
Загрузка...
