Tungsten: alkalmazás, tulajdonságok és kémiai jellemzők

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Az anyatermészet hasznos kémiai elemekkel gazdagította az emberiséget. Némelyikük a beleiben rejtőzik, és viszonylag kis mennyiségben található, de jelentőségük igen jelentős. Az egyik ilyen a wolfram. Használata különleges tulajdonságainak köszönhető.

Eredeti történet

XVIII. század - a periódusos rendszer felfedezésének százada - alapvetővé vált ennek a fémnek a történetében.

Korábban elfogadott volt egy bizonyos anyag létezése, amely az ásványi kőzetek részét képezi, ami megakadályozta a szükséges fémek kiolvasztását belőlük. Például nehéz volt ónhoz jutni, ha az érc tartalmazott ilyen elemet. Az olvadási hőmérséklet különbség és a kémiai reakciók salakhab képződését eredményezték, ami csökkentette az ónhozam mennyiségét.

A VIII. században a fémet egymás után fedezte fel Scheele svéd tudós és a spanyol testvérek, Eluard. Ez az ásványi kőzetek – scheelit és wolframit – oxidációjával kapcsolatos kémiai kísérletek eredményeként történt.

Az elemek periodikus rendszerében a 74-es rendszám szerint regisztrálva. Ritka tűzálló fém atomatommal183,84 tömegű volfrám. Használata a már a XX. század folyamán felfedezett szokatlan tulajdonságoknak köszönhető.

Hol nézz körül?

A föld belsejében lévő számot tekintve "ritkán lakott" és a 28. helyet foglalja el. Körülbelül 22 különböző ásvány összetevője, de ebből csak 4 nélkülözhetetlen a kitermeléséhez: a scheelit (kb. 80% trioxidot tartalmaz), a wolframit, a ferberit és a hubnerit (egyenként 75-77%). Az ércek összetétele leggyakrabban tartalmaz szennyeződéseket, bizonyos esetekben párhuzamosan olyan fémek "extrahálását", mint a molibdén, ón, tantál stb. A legnagyobb betétek Kínában, Kazahsztánban, Kanadában, az USA-ban vannak, van még Oroszországban, Portugáliában, Üzbegisztánban.

Hogyan kapják meg?

A különleges tulajdonságok, valamint a kőzetek alacsony tartalma miatt a tiszta volfrám előállításának technológiája meglehetősen bonyolult.

1. Mágneses elválasztás, elektrosztatikus elválasztás vagy flotáció az érc 50-60%-os wolfram-oxid koncentrációra való dúsítására.
2. 99%-os oxid izolálása lúgos vagy savas reagensekkel végzett kémiai reakciókkal és a kapott csapadék fázisos tisztítása.
3. Fémredukció szénnel vagy hidrogénnel, a megfelelő fémpor kibocsátása.
4. Rugcsok vagy porszinterezett brikett gyártása.

A kohászati termékek előállításának egyik fontos szakasza a porkohászat. Alapja a porított tűzálló fémek keverése, sajtolása és az azt követő szinterezés. Ily módon nagyszámú technológiailag fontos ötvözetet nyernek, köztük a volfrám-karbidot, amelynek alkalmazása főként a megnövelt teljesítményű és tartósságú forgácsolószerszámok ipari gyártásában található.

Fizikai és kémiai tulajdonságok

A volfrám egy tűzálló és nehézfém ezüst színű, testközpontú kristályrácstal.

• Olvadáspont - 3422 ˚С.
• Forráspont - 5555 ˚С.
• Sűrűség - 19,25 g/cm3.

Jó elektromos áramvezető. Nem mágnesez. Egyes ásványok (például a scheelit) lumineszcensek.

Ellenáll a savaknak, magas hőmérsékleten agresszív anyagoknak, korróziónak és öregedésnek. A wolfram emellett hozzájárul az acélok negatív szennyeződéseinek hatástalanításához, javítja hőállóságát, korrózióállóságát és megbízhatóságát. Az ilyen vas-szén ötvözetek alkalmazását gyárthatóságuk és kopásállóságuk indokolja.

Mechanikai és technológiai tulajdonságok

A volfrám kemény, tartós fém. Keménysége 488 HB, szakítószilárdsága 1130-1375 MPa. Hideg állapotban nem műanyag. 1600 ˚С hőmérsékleten a plaszticitás a nyomáskezelésre való abszolút érzékenység állapotáig növekszik: kovácsolás, hengerlés, húzás. Ismeretes, hogy 1 kg ebből a fémből akár 3 km teljes hosszúságú menet is készíthető.

A megmunkálás nehézkes a túlzott keménység éstörékenység. Fúráshoz, esztergáláshoz, maráshoz keményfém volfrám-kob alt anyagokat használnak, porkohászattal készülnek. Ritkábban, alacsony fordulatszámon és speciális körülmények között nagy sebességű ötvözött volfrámacélból készült szerszámokat használnak. A szabványos vágási elvek nem alkalmazhatók, mivel a berendezés rendkívül gyorsan elhasználódik, és a megmunkált volfrám megreped. A következő technológiákat alkalmazzák:

1. A felületi réteg vegyi kezelése és impregnálása, beleértve az ezüst felhasználását erre a célra.
2. Felület fűtése kemencék segítségével, gázlánggal, 0,2 A-es elektromos árammal. Az a megengedett hőmérséklet, amelynél enyhe plaszticitásnövekedés és ennek megfelelően javul a vágás, 300-450 ˚С.
3. Volframvágás olvadó anyagokkal.

Az élezést és köszörülést gyémánt- és könyökszerszámokkal, ritkábban korunddal kell végezni.

Ennek a tűzálló fémnek a hegesztését főként elektromos ív, volfrám vagy szénelektródák hatására, közömbös gáz- vagy folyadékárnyékolásban végzik. Kontakthegesztés is lehetséges.

Ez a különleges kémiai elem olyan jellemzőkkel rendelkezik, amelyek kiemelik a tömegből. Így például a nagy hőállósággal és kopásállósággal jellemezve javítja az ötvözött volfrámtartalmú acélok minőségét és vágási tulajdonságait, magas olvadáspontja pedig lehetővé teszi izzószálak és hegesztési elektródák előállítását.

Alkalmazás

Ritkaság, szokatlanság és fontosság határozza meg a Tungsten nevű fém – wolfram – széles körű használatát a modern technológiában. A tulajdonságok és az alkalmazás indokolja a magas költségeket és igényeket. A fő ütőkártyák a magas olvadáspont, a keménység, a szilárdság, a hőállóság és a vegyi hatásokkal és korrózióval szembeni ellenállás, a kopásállóság és a vágási jellemzők. Használati esetek:

1. Filaments.
2. Acélok ötvözése nagy sebességű, kopásálló, hőálló és hőálló vas-szén ötvözetek előállítására, amelyeket fúrók és egyéb szerszámok, lyukasztók, rugók és rugók gyártásához használnak, sínek.
3. "Porított" keményötvözetek gyártása, főleg nagy kopásállóságú vágó-, fúró- vagy présszerszámként.
4. Elektródák AWI- és ellenálláshegesztéshez.
5. Röntgen- és rádiótechnikai alkatrészek, különféle műszaki lámpák gyártása.
6. Speciális világító festékek.
7. Huzal és alkatrészek a vegyipar számára.
8. Különböző praktikus apróságok, például horgászfelszerelések.

A különféle volfrámot tartalmazó ötvözetek egyre népszerűbbek. Az ilyen anyagok terjedelme néha meglepő – a nehézgépészettől a könnyűiparig, ahol különleges tulajdonságokkal rendelkező (például tűzálló) szöveteket készítenek.

Nincsenek univerzális anyagok. Az egyes ismert elemek és a létrehozott ötvözetek egyediségükkel és az élet és az ipar bizonyos területein való szükségességükkel tűnnek ki. Ezek egy része azonban olyan speciális tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek korábban megvalósíthatatlan folyamatokat tesznek lehetővé. Az egyik ilyen fém a wolfram. Alkalmazása nem elég széles, mint az acél, de mindegyik lehetőség rendkívül hasznos és szükséges az emberiség számára.