Общая характеристика

Вольфрам является химическим элементом, обозначаемым символом W, 6-й группы периодической системы элементов, атомный вес 183,92, плотность 19,3 г/см³. Относится к группе редких металлов, его доля в литосфере примерно 0,0055%. Представляет собой светло-серого цвета металл, внешне похожий на сталь.

История

Европейским металлургам XVII века были знакомы шеелит, вольфрамит — наиболее распространенные вольфрамовые минералы. Но чистый вольфрам был выделен лишь к концу XVIII века, хотя еще длительное время оставался лабораторной редкостью до тех пор, пока Оксланд в 1847 г. не запатентовал получение вольфрамата натрия из касситерита (оловянного камня). Он же, через десять лет запатентовал выпуск железо-вольфрамовых сплавов, которые стали основой быстрорежущих современных сталей. Но еще 40 лет из-за высокой себестоимости внедрить данные разработки не удавалось. Российская вольфрамовая сталь впервые была выплавлена на Урале в 1865 г. К концу ХIХ века острая потребность в инструментальных легированных сталях привела к пуску линии по производству быстрорежущей стали на «Bethlehem Steel». Образцы данных сплавов в 1900 г. на Всемирной Парижской выставке, поразили практически всех металлургов развитых стран. А предложение Эдисона использовать вольфрамовую нить для ламп накаливания положило начало современной электротехнике.

Физические свойства

Основными достоинствами вольфрамовых сплавов являются прочность, твердость, значительная температуре плавления. Многие металлы после выдержки при t° красного каления и охлаждении на воздухе теряют твердость, но вольфрамовые сплавы — нет. Такое качество называют красностойкостью. Легированная вольфрамом инструментальная сталь, делает возможной самую интенсивную металлообработку со скоростью десятков метров в секунду. Этот металл благодаря тугоплавкости (t° плавления = 3395 + 15°С), является основой самых прочных жаростойких сплавов. Более высокой температурой плавления обладает только углерод. W имеет очень высокую точку кипения (5500°С), весьма малую скорость испарения даже около 2000 °C, значительное электрическое сопротивление: выше чем у серебра в пять раз. Он обладает превосходными механическими качествами: твердостью, износоустойчивостью — не смотря на сильный нагрев, наименьшим температурным коэффициентом расширения среди металлов. Чистый W легко обрабатывается, но примесь кислорода и углерода придают ему всем известную высокую твердость. Он также обладает очень высоким модулем сжатия-растяжения, очень высоким сопротивлением температурной ползучести, хорошей теплопроводностью, высоким коэффициентом электронной эмиссии.

Химические свойства

Это химически стойкий металл. Он не реагирует на концентрированные растворы щелочей и кислот до 400 °C на кислород, на царскую водку, до 600 °C на хлороводород, водород, до 700 °C на аммиак, до 800 °C на угарный газ, азот, кипящую ртуть, на присутствие влаги. Он вступает в реакции со смесью азотной и фтористоводородной кислот, смесью перекиси водорода и аммиака — при t° красного каления, а с сероводородом и хлором — около 250 °C, с кипящей серой, горячей царской водкой, азотной кислотой, расплавами нитрита, хлората калия и нитрата, диоксида свинца, нитрита натрия, бромом, йодом, фтором. Карбид WC получают реакцией с углеродом при 1400 °C, а оксид WO₂ — путем взаимодействия с диоксидом серы, водяным паром (при t° красного каления) или оксидами Mg, Th, Al, углекислым газом (t° 1200 °C и выше).

Недостатки

Из-за своих исключительных свойств W плохо поддается обработке (прокатке, волочению, ковке) — только лишь после значительного нагрева. К недостаткам относится сложность получения его в чистом виде, большой удельный вес (как у золота). При обычных температурах он жесткий, ломкий, недостаточно пластичный.

Производство

Электроды, проволока являются наиболее востребованной продукцией из вольфрама. Его технологическая пластичность очень мала, но с увеличением температуры — повышается при сохранении высокой прочности. Поэтому прокат получают горячей обработкой под давлением. Вначале производят заготовки (чтобы получить пруток) — методом порошковой металлургии формируют штабик. Далее он нагревается и расковывается на ковочной ротационной машине — получаются электроды (прутки) диаметром 2 — 3 мм, из которых после волочения в горячем состоянии получают проволоку минимального диаметра.

Использование

Лента, проволока востребованы в радиоэлектронике, электротехнике благодаря низкой упругости вольфрамовых паров при высокой рабочей температуре 2500 °C. Свойство тугоплавкости позволяет использовать W в лампах накаливания, в производстве кинескопов и других вакуумных трубках, к примеру, мишени для рентгеновских трубок. Из проволоки производится обмотка нагревательных элементов высокотемпературных электропечей, работающих в вакууме, атмосфере водорода, инертного газа при нагреве до 3000 °C. Прутки используют как несгораемые электроды, а также для автомобильных контактов распределителя зажигания.

Из W изготавливают тигли, предназначенные для испарения металлов. Тяжеловесность позволяет использовать его для бронебойных сердечников пуль, сердечников и противовесов бронебойных стреловидных оперенных и подкалиберных артиллерийских снарядов, сверхскоростных роторов гироскопов, которые стабилизируют полёт баллистической ракеты.

Сплавы вольфрама

Необходимы для производства танковой брони, жаропрочных деталей двигателей космических ракет, оболочек снарядов, торпед, контейнеров для хранения радиоактивных изотопов. Хирургические инструменты изготавливают из сплава амалой. При помощи вольфрама легируются лучшие марки жаропрочных инструментальных сталей. Основа такого сплава как ферровольфрам (W 70−86%, Fe и Mo до 7%), получается путем восстановления шеелитового или вольфрамитового концентратов.

Быстрорежущие современные стали содержат W или W+Mo до 18,5%, хрома 7% и незначительное количество кобальта. Их твердость сохраняется при t° 800 °C. Обычная сталь размягчается при 200 °C. Наиболее твердыми являются «стеллиты» — это сплавы на основе кобальта и добавками Cr, W, С. К примеру, сплав «видна» (15% кобальта, карбид WC, небольшие примеси карбида титана) тверже на 30% вольфрамовой стали даже при 1100 °C. Резцы из такого сплава способны снимать 1,5−2 км железной стружки в минуту, быстро обрабатывать «капризный» фарфор, эбонит, стекло, бронзу. Износ резцов при этом — самый незначительный.

Вольфрамовые соли

Применяются в дубильной и химической промышленности как катализаторы и пигменты. Дисульфид WS₂ используется в качестве жаростойкой смазки при t° до 500 °C. Вольфраматом кальция и магния заполняются флуоресцентные устройства. Вольфрамовая бронза, как и другие соли вольфрама участвуют в производстве красок. Из WO₃ изготавливается твердый электролит топливных жаростойких элементов.

Такие монокристаллы вольфраматов, как вольфраматы кадмия, свинца, кальция применяют как сцинтилляционные детекторы ионизирующего излучения в медицинской радиологии, ядерной энергетике. Дителурид WTe₂ применяется как преобразователь тепловой энергии в электрическую (термоэлектродвижущая сила = 57 мкВ/К).

¹⁸⁵ W — искусственный изотоп применяется как радиоактивная метка при исследованиях веществ. Стабильный ¹⁸⁴ W в сплаве с ураном-235 используется в ядерных твердофазных котлах, поскольку обладает узким (около 2 барн) сечением захвата тепловых нейтронов.

Купить по выгодной цене

На складе ООО «Авек Глобал» — широчайший ассортимент изделий из вольфрама. Мы предлагаем высококачественный товар по оптимальным ценам. Наши специалисты готовы ответить на любые вопросы и помочь при выборе необходимых материалов, по первому требованию предоставят всю необходимую информацию о продукции, стоимости и сроках доставки. Цены зависят от объёма поставки и дополнительных условий. При оптовых заказах предоставляются скидки. Приобретая продукцию компании «Авек Глобал», Вы найдете достойного партнера.