難熔金屬
編輯難熔金屬是一類非常耐熱和耐磨的金屬。該表達主要用于材料科學、冶金和工程領域。哪些元素屬于該組的定義不同。最常見的定義包括五種元素:第五周期的兩個(鈮和鉬)和第六周期的三個(鉭、鎢和錸))。它們都有一些共同的特性,包括高于2000°C的熔點和室溫下的高硬度。它們是化學惰性的并且具有相對較高的密度。它們的高熔點使粉末冶金成為用這些金屬制造部件的首選方法。它們的一些應用包括在高溫下加工金屬的工具、金屬絲、鑄模和腐蝕性環境中的化學反應容器。部分由于高熔點,難熔金屬在非常高的溫度下對蠕變變形很穩定。
難熔金屬的物理屬性
編輯難熔金屬的熔點很高,鎢和錸是所有元素中最高的,其他的熔點僅次于鋨和銥,還有碳的升華。這些高熔點定義了它們的大部分應用。除了錸是六方密堆積的,所有金屬都是體心立方的。該族元素的大多數物理性質差異很大,因為它們是不同族的成員。
抗蠕變性是難熔金屬的一個關鍵特性。在金屬中,蠕變的開始與材料的熔點有關;鋁合金的蠕變從200°C開始,而對于難熔金屬,溫度必須高于1500°C。這種在高溫下抗變形的能力使難熔金屬適合在高溫下抵抗強力,例如在噴氣發動機或鍛造過程中使用的工具。
化學屬性
編輯難熔金屬顯示出多種化學性質,因為它們屬于元素周期表中三個不同族群的成員。它們很容易被氧化,但是由于在表面上形成穩定的氧化層(鈍化),這種反應在塊狀金屬中減慢了。尤其是錸的氧化物比金屬更易揮發,因此在高溫下,由于氧化層蒸發,失去了抵抗氧侵蝕的穩定性。它們對酸都相對穩定。
難熔金屬的應用
編輯難熔金屬用于照明、工具、潤滑劑、核反應控制棒、作為催化劑,以及它們的化學或電氣特性。由于它們的高熔點,難熔金屬部件從不通過鑄造制造。采用粉末冶金工藝。純金屬粉末被壓實,使用電流加熱,并通過帶有退火步驟的冷加工進一步制造。難熔金屬可加工成線材、錠、鋼筋、板材或箔。
鉬合金
鉬基合金被廣泛使用,因為它們比優質鎢合金便宜。鉬的最廣泛使用的合金是?安騰-?irconium-中號olybdenum合金TZM,(與鉬為其余部分)0.5%的鈦和鋯的0.08%的組成。該合金在高溫下表現出更高的抗蠕變性和強度,使該材料的使用溫度超過1060°C。Mo-30W(一種含70%鉬和30%鎢的合金)的高電阻率可抵抗熔融鋅的侵蝕,使其成為鑄造鋅的理想材料。它還用于構建用于熔融鋅的閥門。
鉬是最常用的難熔金屬。其最重要的用途是作為強化合金的鋼。結構管材和管道通常含有鉬,許多不銹鋼也是如此。它在高溫下的強度、耐磨性和低摩擦系數都是使其作為合金化合物的無價之寶。其出色的抗摩擦性能使其可用于可靠性和性能至關重要的潤滑脂和油中。汽車等速萬向節使用含鉬的潤滑脂。這種化合物很容易粘附在金屬上并形成非常堅硬的耐磨涂層。
難熔金屬的優點和缺點
編輯難熔金屬(如鉬、鉭和鎢)的物理特性、強度和高溫穩定性使它們成為熱金屬加工應用和真空爐技術的合適材料。許多特殊應用利用了這些特性:例如,鎢燈絲在高達3073K的溫度下工作,鉬爐繞組可承受2273K。
然而,低溫加工性差和高溫下極易氧化是大多數難熔金屬的缺點。與環境的相互作用會顯著影響它們的高溫蠕變強度。這些金屬的應用需要保護氣氛或涂層。
鉬、鈮、鉭、鎢的難熔金屬合金已應用于空間核電系統。這些系統設計用于在1350K至大約1900K的溫度下運行。環境不得與相關材料相互作用。使用液態堿金屬作為傳熱流體以及超高真空。
合金的高溫蠕變應變必須受到限制才能使用。蠕變應變不應超過1-2%。研究難熔金屬蠕變行為的另一個復雜因素是與環境的相互作用,這會顯著影響蠕變行為。
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