Вольфрам: свойства, температура плавления, плотность, история открытия. Применение, продукция из вольфрама
Тугоплавкий металл вольфрам
Среди всех металлов, которые известны сегодня, вольфрам является наиболее тугоплавким. Характеризуется высокой химической стойкостью. Вольфрамовые свойства нашли применение в разных сферах, которые имеют связь с повышенными температурными режимами, особенно в металлургии. Температура плавления вольфрама очень высокая, что дает возможность сделать его компонентом для получения сплавов и жаропрочных сталей, обладающих высокой прочностью.
Что такое вольфрам?
Вольфрам в периодической системе Д.И. Менделеева стоит в 4 группе, имеет номер атома 74, его атомная масса составляет 183,85. Для обозначения используется символ «W» (Wolframium).
В чистом виде в естественных условиях бывает редко, как правило, это сложные окисленные соединения, образующие трехокись вольфрама с оксидами таких веществ, как железо, марганец, а также калий, свинец, медь, торий.
Самые крупные запасы на планете сегодня сосредоточены в таких странах, как Казахстан, Китай, Канада, Америка, Россия. Промышленность использует шеелит и вольфрамит.
История открытия
Рудокопы Саксонии в XIV-XVI вв. заметили, что после обработки оловянных руд остается много шлака. Работники в здешних копальнях называли его побочным продуктом, который «пожирает» олово, сравнивали с «волком, пожирающим овцу». Так и сформировалось название шлака «wolfrahm» («волчья пена» с немецкого языка).
Когда химик Карл Шееле обработал азотной кислотой «tungsten» («тяжелый камень» в переводе со шведского языка), удалось выделить новый метал, получивший такое же название. Событие произошло в 1781 г. Позже провели ряд анализов, которые показали, что шведскому химику удалось открыть не сам вольфрам, а его оксид. Поэтому минерал переименовали на «шеелит».
Через два года после открытия, сделанного Карлом Шееле, химики из Испании братья Элюар заявили, что смогли выделить из вольфрамита рудников Саксонии чистый вольфрам. Нужно отметить, что ни Шееле, ни братья Элюар не настаивали на том, что именно они стали первооткрывателями вольфрама.
До начала ХХ века химический элемент назывался «tungsten», его обозначали символом «Tu». Термин «вольфрам» и символ «W» был утвержден только в середине прошлого века.
Основные характеристики
Кроме самой высокой тугоплавкости, одно из наиболее тяжелых и твердых веществ. В Чистый вольфрам имеет серебристо-белый окрас. Отлично поддается ковке (при 1600 °С). В условиях вакуума характеризуется отличной устойчивостью.
Физические свойства:
• плавится при достижении показателя температуры 3422 °С;
• закипает при температуре 5555 °С;
• плотность вольфрама – 19,25 г/см3;
• сопротивление – 55⋅10−9 Ом•м (20°С);
• магнитная восприимчивость – 0,32⋅10−9;
• твердость (по Бринеллю) – 488 кг/мм2.
Вольфрам обладает важными химическими свойствами:
• стойкий к кислотам в обычных условиях;
• легче взаимодействует с окислителями, чем с тяжелыми металлами;
• реагирует со многими элементами, в результате чего образуются различные по сложности соединения;
• незначительно растворяется в щелочах при нагревании;
• валентность в соединениях 2-6 (чем выше валентность, тем более устойчивы).
Какие марки существуют?
Вольфрам может быть чистым, с присадками, в составе сплава, куда входят и другие металлы.
Для обозначения чистого вольфрама используется маркировка ВЧ. Для маркировки сплава вольфрама и рения применяется обозначение ВР.
На наличие разных видов присадок указывают следующие комбинации букв:
• ВА – кремнещелочной и алюминия;
• ВМ – кремнещелочной и тория;
• ВТ – окиси тория;
• ВЛ – окиси лантана.
Указанные марки вольфрама используются наиболее часто в промышленности.
Преимущества и недостатки
Преимущества обусловлены высокими показателями:
• плавления (очень высокий температурный режим);
• прочности (лидер среди всех существующих металлов);
• плотности;
• электропроводности.
Кроме этого, вольфрам стойкий к воздействию коррозийных процессов, имеет низкий коэффициент теплового расширения.
Недостатками вольфрама можно считать хрупкость и возможность разрушения при ударе.
Где используется?
Применение вольфрама и сплавов востребовано в разных сферах:
• металлургии;
• судостроении;
• медицине;
• текстильном производстве;
• электротехнической, радиоэлектронной, химической, атомной, горнодобывающей и ряде других отраслей промышленности.
Из него получают сверхтвердые стали и сплавы, которые применяются, чтобы обрабатывать металлы механическим путем, в бурении скважин, для изготовления деталей, из которых собираются двигатели самолетов.
Вольфрамовые электроды предназначаются для аргонодуговой сварки.
В ядерной физике и медицине нашли применение монокристаллы вольфраматов.
Элемент необходим для нитей накаливания и элементов электровакуумных приборов, артиллерийских снарядов, роторов гироскопов (сверхскоростных) и др.
Виды продукции
Свойства вольфрама дают возможность изготавливать такие виды продукции:
• Электроды. Для работы с материалами разного состава, цветными металлами, высоколегированными сталями. Не плавятся, шов прочный и долговечный.
• Проволока. Используется в лампах накаливания, благодаря сопротивлению вольфрама (нагреватели, спирали).
• Порошок. Основа для сплавов и сталей.
• Прутки. Изделия для изготовления вольфрамовых электродов.
• Листы. Изделия из металла вольфрама необходимы для тепловых экранов, подставок и других элементов крепления для высокотемпературных печей.
