| H | han | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Li | Vara | B | C | N | O | F | Ne | |||||||||||
| Na | mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||
| K | Ca | sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | Som | Se | Br | kr | |
| Rb | Sr | Y | Zr | Obs | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | I | sn | Sb | Te | jag | Xe | |
| Cs | Ba | La | * | hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | hg | Tl | Pb | Bi | Po | På | Rn |
| Fr | Ra | AC | ** | RF | Db | Sg | bh | hs | Mt | Ds | Rg | |||||||
| * | Ce | Pr | Nd | Pm | sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Eh | Tm | Yb | Lu | ||||
| ** | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | centimeter | bk | jfr | Es | fm | md | Nej | lr | ||||
| Eldfasta metaller | Utökad grupp av eldfasta metaller [1] |
Eldfasta metaller är en klass av kemiska grundämnen ( metaller ) som har en mycket hög smältpunkt och slitstyrka . Uttrycket eldfasta metaller används oftast inom discipliner som materialvetenskap , metallurgi och ingenjörsvetenskap . Definitionen av eldfasta metaller gäller på olika sätt för varje element i gruppen . De viktigaste representanterna för denna klass av element är elementen i den femte perioden - niob och molybden ; den sjätte perioden - tantal , volfram , den sjunde perioden - rhenium och den åttonde perioden - rutenium. Alla av dem har en smältpunkt över 2000 ° C, är relativt inerta kemiskt och har ett ökat densitetsindex . Tack vare pulvermetallurgi kan delar för olika industrier erhållas från dem.
De flesta definitioner av termen eldfasta metaller definierar dem som metaller med höga smältpunkter. Enligt denna definition måste metaller ha en smältpunkt över 4 500 °F (2 200 °C ). Detta är nödvändigt för deras definition som eldfasta metaller [2] . Fem grundämnen - niob, molybden, tantal, volfram och rhenium ingår i denna lista som de viktigaste [3] , medan en bredare definition av dessa metaller tillåter oss att i denna lista även ta med grundämnen som har en relativt hög smältpunkt, även om under denna nivå , - titan (smp. pl. 1943 K ), vanadin , krom , zirkonium , hafnium (smp. 2506 K (2233 ° C)). Rutenium (smp. 2334 °C, 2607 K , 4233 °F)), rodium (1963 °C), iridium (smp. 2466 °C) och osmium (smp. 3306 K, 3033 °C) ), är utan tvekan även fullvärdiga eldfasta metaller, även om de tillfälligt, på grund av att de tillhör "ädla" metaller, sällan betraktas som strukturella eldfasta metaller. Transuranelement (som finns bakom uran , vars alla isotoper är instabila och mycket svåra att hitta på jorden) kommer aldrig att klassificeras som eldfasta metaller [4] .
| namn | Niob | Molybden | Tantal | Volfram | Renium |
|---|---|---|---|---|---|
| Smält temperatur | 2750K (2477°C) | 2896K (2623°C) | 3290K (3017°C) | 3695K (3422°C) | 3459K (3186°C) |
| Koktemperatur | 5017K (4744°C) | 4912K (4639°C) | 5731K (5458°C) | 5828K (5555°C) | 5869K (5596°C) |
| Densitet | 8,57 g cm³ | 10,28 g cm³ | 16,69 g cm³ | 19,25 g cm³ | 21,02 g cm³ |
| Youngs modul | 105 GPa | 329 GPa | 186 GPa | 411 GPa | 463 GPa |
| Vickers hårdhet | 1320 MPa | 1530 MPa | 873 MPa | 3430 MPa | 2450 MPa |
Smältpunkten för dessa enkla ämnen är den högsta, exklusive kol och osmium . Denna egenskap beror inte bara på deras egenskaper, utan också på egenskaperna hos deras legeringar. Metaller har ett kubiskt system , med undantag av rhenium, i vilket det tar formen av en sexkantig tät packning. De flesta av de fysikaliska egenskaperna hos elementen i denna grupp skiljer sig avsevärt eftersom de är medlemmar i olika grupper [5] [6] .
Motstånd mot krypdeformation är en definierande egenskap hos eldfasta metaller. För vanliga metaller börjar deformationen från metallens smälttemperatur, och därför börjar krypdeformationen i aluminiumlegeringar från 200 ° C , medan den för eldfasta metaller börjar från 1500 ° C. Detta motstånd mot deformation och höga smältpunkt gör att eldfasta metaller kan användas till exempel som delar av jetmotorer eller i smide av olika material [7] [8] .
I det fria oxiderar de . Denna reaktion saktar ner på grund av bildandet av ett passiverat skikt. Rheniumoxid är mycket instabil, för när ett tätt flöde av syre passerar genom, förångas dess oxidfilm . Alla är relativt resistenta mot syror. [5]
Eldfasta metaller används som ljuskällor , delar, smörjmedel , inom kärnkraftsindustrin som ARC , som katalysator . På grund av deras höga smältpunkter används de aldrig som material för öppen smältning . I pulverform komprimeras materialet med hjälp av smältugnar. Eldfasta metaller kan bearbetas till tråd , göt , armeringsjärn , plåt eller folie .
Volfram och dess legeringarVolfram hittades 1781 av den svenske kemisten Carl Wilhelm Scheele . Volfram har den högsta smältpunkten av någon metall vid 3422 °C (6170 °F )
Rhenium används i legeringar med volfram i en koncentration på upp till 22 % , vilket förbättrar eldfasthet och korrosionsbeständighet. Torium används som en legeringskomponent i volfram. Detta ökar materialens slitstyrka . Inom pulvermetallurgi kan komponenterna användas för sintring och efterföljande tillämpningar. Nickel och järn eller nickel och koppar används för att producera tunga volframlegeringar . Volframhalten i dessa legeringar överstiger vanligtvis inte 90 %. Inblandningen av legeringsmaterialet med det är låg även under sintring [9] .
Volfram och dess legeringar används fortfarande där höga temperaturer är närvarande, men hög hårdhet behövs och där hög densitet kan försummas [10] . Glödtrådar, bestående av volfram, finner sin användning i vardagen och i instrumenttillverkning. Lampor omvandlar elektricitet till ljus mer effektivt när temperaturen stiger [9] . Vid volframgasbågsvetsning används utrustningen konstant, utan att elektroden smälter . Den höga smältpunkten för volfram gör att den kan användas vid svetsning utan kostnad [11] [12] . Hög densitet och hårdhet gör att volfram kan användas i artillerigranater [13] . Dess höga smältpunkt används i konstruktionen av raketmunstycken , ett exempel är Polaris -raketen [14] . Ibland finner den sin användning på grund av dess densitet. Till exempel finner den sin tillämpning vid tillverkning av golfklubbor [15] [16] . I sådana delar är applikationen inte begränsad till volfram, eftersom det dyrare osmiumet också kan användas.
MolybdenlegeringarMolybdenlegeringar används i stor utsträckning. Den vanligaste legeringen - titan - zirkonium - molybden - innehåller 0,5 % titan, 0,08 % zirkonium och resten är molybden. Legeringen har ökad hållfasthet vid höga temperaturer. Arbetstemperaturen för legeringen är 1060 °C . Den höga resistansen hos volfram-molybden (Mo 70 % , W 30 % ) gör det till ett idealiskt material för gjutning av zinkdelar såsom ventiler [17] .
Molybden används i kvicksilverrörreläer eftersom kvicksilver inte bildar ett amalgam med molybden [18] [19] .
Molybden är den mest använda eldfasta metallen. Det viktigaste är dess användning som förstärkning av stållegeringar . Det används vid tillverkning av rörledningar tillsammans med rostfritt stål . Molybdens höga smältpunkt, slitstyrka och låga friktionskoefficient gör det till ett mycket användbart legeringsmaterial. Dess utmärkta friktionsegenskaper gör att den kan användas som smörjmedel där pålitlighet och prestanda krävs. Det används i tillverkningen av CV-leder i bilindustrin. Stora fyndigheter av molybden finns i Kina , USA , Chile och Kanada [20] [21] [22] [23] .
Niob finns nästan alltid med tantal; niob uppkallades efter Niobe , dotter till Tantalus i grekisk mytologi. Niob hittar många användningsområden, varav vissa delar med eldfasta metaller. Dess unika ligger i det faktum att den kan utvecklas genom glödgning för att uppnå ett brett spektrum av hårdhet och elasticitet ; dess densitetsindex är det minsta i jämförelse med andra metaller i denna grupp. Den har tillämpningar i elektrolytiska kondensatorer och är den vanligaste metallen i supraledande legeringar . Niob kan användas i flygplans gasturbiner , vakuumrör och kärnreaktorer .
En legering av niob C103, som består av 89 % niob, 10 % hafnium och 1 % titan , finner sin tillämpning i skapandet av munstycken i flytande raketmotorer , till exempel, såsom Apollo CSM[24] . Den använda legeringen tillåter inte niob att oxidera, eftersom reaktionen sker vid en temperatur på 400 °C [24] .
Tantal är den mest korrosionsbeständiga av alla eldfasta metaller.
En viktig egenskap hos tantal avslöjades genom dess användning i medicin - den kan motstå en sur miljö (i kroppen). Det används ibland i elektrolytkondensatorer. Används i mobiltelefoner och datorkondensatorer .
Rhenium är det senast upptäckta eldfasta elementet i hela gruppen. Det finns i låga koncentrationer i malmer av andra metaller i denna grupp - platina eller koppar. Den kan användas som en legeringskomponent med andra metaller och ger legeringen goda egenskaper - formbarhet och ökar draghållfastheten . Rheniumlegeringar kan användas i elektroniska komponenter, gyroskop och kärnreaktorer. Dess viktigaste användning är som katalysator . Kan användas vid alkylering , dealkylering, hydrering och oxidation . Dess sällsynta närvaro i naturen gör den till den dyraste av alla eldfasta metaller [25] .
Eldfasta metaller och deras legeringar lockar forskarnas uppmärksamhet på grund av deras ovanliga egenskaper och framtidsutsikter för tillämpningar.
De fysikaliska egenskaperna hos eldfasta metaller som molybden, tantal och volfram, deras hårdhet och stabilitet vid höga temperaturer gör dem till ett användbart material för varmmetallbearbetning av material både i vakuum och utan det. Många delar är baserade på deras unika egenskaper : till exempel tål volframfilament temperaturer upp till 3073 K.
Men deras motståndskraft mot oxidation upp till 500 °C gör dem till en av de största nackdelarna med denna grupp. Kontakt med luft kan avsevärt påverka deras höga temperaturprestanda. Det är därför de används i material där de är isolerade från syre (till exempel en glödlampa).
Legeringar av eldfasta metaller - molybden, tantal och volfram - används i delar av rymdens kärnteknik . Dessa komponenter har utformats speciellt för att tåla höga temperaturer (1350 K till 1900 K ). Som nämnts ovan får de inte komma i kontakt med syre .
| Periodiska systemet | |
|---|---|
| Format |
|
| Objektlistor efter | |
| Grupper | |
| Perioder | |
| Familjer av kemiska grundämnen |
|
| Periodiska systemet block | |
| Övrig | |
| |