| H | Ő | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Li | Lenni | B | C | N | O | F | Ne | |||||||||||
| Na | mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||
| K | kb | sc | Ti | V | Kr | Mn | Fe | co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | Mint | Se | Br | kr | |
| Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | Ban ben | sn | Sb | Te | én | Xe | |
| Cs | Ba | La | * | HF | Ta | W | Újra | Os | Ir | Pt | Au | hg | Tl | Pb | Kettős | Po | Nál nél | Rn |
| Fr | Ra | AC | ** | RF | Db | Sg | bh | hs | Mt | Ds | Rg | |||||||
| * | Ce | Pr | Nd | Délután | sm | Eu | Gd | Tuberkulózis | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | ||||
| ** | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | cm | bk | vö | Es | fm | md | nem | lr | ||||
| Tűzálló fémek | Tűzálló fémek kiterjesztett csoportja [1] |
A tűzálló fémek a kémiai elemek ( fémek ) egy osztálya, amelyek nagyon magas olvadásponttal és kopásállósággal rendelkeznek . A tűzálló fémek kifejezést leggyakrabban olyan tudományágakban használják, mint az anyagtudomány , a kohászat és a mérnöki tudományok . A tűzálló fémek meghatározása a csoport minden elemére eltérően vonatkozik. Ennek az elemosztálynak a fő képviselői az ötödik periódus elemei - a nióbium és a molibdén ; a hatodik periódus - tantál , volfrám , a hetedik periódus - rénium és a nyolcadik periódus - ruténium. Mindegyik olvadáspontja 2000 °C feletti, kémiailag viszonylag közömbösek és megnövekedett sűrűségi indexük van . A porkohászatnak köszönhetően különféle iparágak számára beszerezhetők tőlük alkatrészek.
A tűzálló fémek kifejezés legtöbb meghatározása magas olvadáspontú fémként határozza meg őket. E meghatározás szerint a fémek olvadáspontjának 2200 °C (4500 °F ) felett kell lennie. Ez szükséges a tűzálló fémek meghatározásához [2] . Öt elem – a nióbium, a molibdén, a tantál, a volfrám és a rénium – szerepel ebben a listában főként [3] , míg ezeknek a fémeknek a tágabb meghatározása lehetővé teszi, hogy ebbe a listába olyan elemeket is felvehessünk, amelyek viszonylag magas olvadásponttal rendelkeznek, bár e szint alatt , - titán (olvadáspont: 1943 K ), vanádium , króm , cirkónium , hafnium (olvadáspont: 2506 K (2233 °C)). Kétségtelenül a ruténium (olvadáspont: 2334 °C, 2607 K , 4233 °F)), a ródium (1963 °C), az irídium (olvadáspont: 2466 °C) és az ozmium (olvadáspont: 3306 K, 3033 °C) teljes értékű tűzálló fémek is, bár átmenetileg a "nemes" fémekhez való tartozásuk miatt ritkán tekinthetők szerkezeti tűzálló fémeknek. A transzurán elemeket (amelyek az urán mögött helyezkednek el , és amelynek minden izotópja instabil és nagyon nehéz megtalálni a Földön) soha nem sorolják be a tűzálló fémek közé [4] .
| Név | Nióbium | Molibdén | Tantál | Volfrám | Rénium |
|---|---|---|---|---|---|
| Olvadási hőmérséklet | 2750 K (2477 °C) | 2896 K (2623 °C) | 3290 K (3017 °C) | 3695 K (3422 °C) | 3459 K (3186 °C) |
| Forráshőmérséklet | 5017K (4744°C) | 4912K (4639°C) | 5731 K (5458 °C) | 5828K (5555°C) | 5869 K (5596 °C) |
| Sűrűség | 8,57 g cm³ | 10,28 g cm³ | 16,69 g cm³ | 19,25 g cm³ | 21,02 g cm³ |
| Young modulusa | 105 GPa | 329 GPa | 186 GPa | 411 GPa | 463 GPa |
| Vickers keménység | 1320 MPa | 1530 MPa | 873 MPa | 3430 MPa | 2450 MPa |
Ezen egyszerű anyagok olvadáspontja a legmagasabb, a szén és az ozmium kivételével . Ez a tulajdonság nemcsak tulajdonságaiktól, hanem ötvözeteik tulajdonságaitól is függ. A fémek köbös rendszerűek , kivéve a réniumot, amelyben hatszögletű zárt tömítés formájában van jelen. Az ebbe a csoportba tartozó elemek legtöbb fizikai tulajdonságai jelentősen eltérnek egymástól, mivel különböző csoportok tagjai [5] [6] .
A kúszással szembeni alakváltozással szembeni ellenállás a tűzálló fémek meghatározó tulajdonsága. A közönséges fémeknél az alakváltozás a fém olvadási hőmérsékletétől kezdődik, így az alumíniumötvözetek kúszási deformációja 200 °C -tól , míg a tűzálló fémeknél 1500 °C -tól kezdődik. Ez a deformációval szembeni ellenállás és a magas olvadáspont lehetővé teszi a tűzálló fémek felhasználását például sugárhajtóművek alkatrészeként vagy különféle anyagok kovácsolásához [7] [8] .
A szabad levegőn oxidálódnak . Ez a reakció lelassul a passzivált réteg képződése miatt. A rénium-oxid nagyon instabil, mert ha sűrű oxigénáramot vezetünk át, oxidfilmje elpárolog. Mindegyik viszonylag ellenálló a savakkal szemben. [5]
A tűzálló fémeket fényforrásként , alkatrészként, kenőanyagként , a nukleáris iparban ARC -ként, katalizátorként használják . Magas olvadáspontjuk miatt soha nem használják nyílt olvasztás anyagaként . Por formában az anyagot olvasztókemencék segítségével tömörítik. A tűzálló fémek feldolgozhatók huzallá , ingot , betonacél , ónlemez vagy fólia .
Volfrám és ötvözeteiA volfrámot Carl Wilhelm Scheele svéd vegyész találta 1781-ben . A volfrám olvadáspontja a fémek közül a legmagasabb 3422 °C -on (6170 °F )
A réniumot legfeljebb 22 %-os koncentrációban használják volfrámötvözetekben , ami javítja a tűzállóságot és a korrózióállóságot. A tóriumot a volfrám ötvöző komponenseként használják . Ez növeli az anyagok kopásállóságát . A porkohászatban a komponensek szinterezéshez és az azt követő alkalmazásokhoz használhatók. A nikkelt és a vasat vagy a nikkelt és a rezet nehéz volfrámötvözetek előállítására használják . Ezekben az ötvözetekben a volfrámtartalom általában nem haladja meg a 90%-ot. Az ötvözőanyag vele való keveredése a szinterezés során is alacsony [9] .
A volfrámot és ötvözeteit még mindig használják ott, ahol magas a hőmérséklet, de nagy keménységre van szükség, és ahol a nagy sűrűség elhanyagolható [10] . A wolframból álló izzószálak a mindennapi életben és a hangszerkészítésben is alkalmazhatók. A lámpák a hőmérséklet emelkedésével hatékonyabban alakítják át az elektromosságot fénnyel [9] . A volfrámgáz ívhegesztésnél a berendezést folyamatosan használják, az elektróda megolvadása nélkül . A volfrám magas olvadáspontja lehetővé teszi a hegesztésben történő költségmentes használatát [11] [12] . A nagy sűrűség és keménység lehetővé teszi a wolfram tüzérségi lövedékekben való használatát [13] . Magas olvadáspontját rakétafúvókák építésénél használják , erre példa a Polaris rakéta [14] . Néha sűrűsége miatt találja hasznát. Például golfütők gyártásában találja alkalmazását [15] [16] . Az ilyen részeken az alkalmazás nem korlátozódik a volfrámra, hiszen a drágább ozmium is használható.
MolibdénötvözetekA molibdénötvözetek széles körben használatosak. A leggyakrabban használt ötvözet - titán - cirkónium - molibdén - 0,5 % titánt, 0,08 % cirkóniumot tartalmaz, a többi pedig molibdén. Az ötvözet szilárdsága megnőtt magas hőmérsékleten. Az ötvözet üzemi hőmérséklete 1060 °C . A volfrám-molibdén nagy ellenállása (Mo 70 % , W 30 % ) ideális anyaggá teszi cink alkatrészek , például szelepek öntéséhez [17] .
A molibdént higanynád-relékben használják, mivel a higany nem képez amalgámot a molibdénnel [18] [19] .
A molibdén a leggyakrabban használt tűzálló fém. A legfontosabb az acélötvözetek megerősítéseként való felhasználása . Csővezetékek gyártásához használják rozsdamentes acéllal együtt . A molibdén magas olvadáspontja, kopásállósága és alacsony súrlódási együtthatója nagyon hasznos ötvözőanyaggá teszi. Kiváló súrlódási tulajdonságai miatt kenőanyagként használható, ahol megbízhatóság és teljesítmény szükséges. Az autóiparban CV-csuklók gyártásához használják . Nagy molibdénlelőhelyek találhatók Kínában , az USA -ban , Chilében és Kanadában [20] [21] [22] [23] .
A nióbium szinte mindig tantálban található; A nióbium a görög mitológiában Tantalosz lányáról, Niobéról kapta a nevét . A nióbiumot számos felhasználási terület találja, amelyek közül néhány közös a tűzálló fémekkel. Különlegessége abban rejlik, hogy hőkezeléssel fejleszthető a keménység és rugalmasság széles tartományának elérése érdekében ; sűrűségi indexe a legkisebb a csoport többi féméhez képest. Alkalmazható elektrolit kondenzátorokban , és a legelterjedtebb fém a szupravezető ötvözetekben . A nióbium felhasználható repülőgépek gázturbináiban , vákuumcsövekben és atomreaktorokban .
A nióbium C103 ötvözete, amely 89 % nióbiumot, 10 % hafniumot és 1 % titánt tartalmaz , alkalmazható például folyékony rakétahajtóművek fúvókáinak létrehozásában , mint például az Apollo CSM[24] . Az alkalmazott ötvözet nem teszi lehetővé a nióbium oxidációját, mivel a reakció 400 °C hőmérsékleten megy végbe [24] .
A tantál az összes tűzálló fém közül a legkorrózióállóbb .
A tantál egyik fontos tulajdonsága az orvostudományban való felhasználása során derült ki: képes ellenállni a savas környezetnek (a szervezetnek). Néha elektrolit kondenzátorokban használják. Mobiltelefonokban és számítógépes kondenzátorokban használatos .
A rénium a legutóbb felfedezett tűzálló elem az egész csoportban. Alacsony koncentrációban megtalálható az ebbe a csoportba tartozó egyéb fémek érceiben - platina vagy réz. Más fémekkel ötvöző komponensként használható, és jó tulajdonságokat ad az ötvözeteknek – alakíthatóságot és növeli a szakítószilárdságot . A réniumötvözetek elektronikus alkatrészekben, giroszkópokban és atomreaktorokban használhatók. Legfontosabb felhasználása katalizátorként . Alkalmazható alkilezésben , dealkilezésben, hidrogénezésben és oxidációban . Ritka természeti jelenléte miatt a tűzálló fémek közül a legdrágább [25] .
A tűzálló fémek és ötvözeteik szokatlan tulajdonságaik és jövőbeni alkalmazási kilátásaik miatt vonzzák a kutatók figyelmét.
A tűzálló fémek, mint például a molibdén, a tantál és a volfrám fizikai tulajdonságai, keménységük és magas hőmérsékleten való stabilitásuk hasznos anyaggá teszik az anyagok forró fémmegmunkálásához mind vákuumban , mind anélkül. Sok alkatrész egyedi tulajdonságaikon alapul : például a wolframszálak akár 3073 K hőmérsékletet is kibírnak.
Az oxidációval szembeni ellenállásuk 500 °C -ig azonban ennek a csoportnak az egyik fő hátránya. A levegővel való érintkezés jelentősen befolyásolhatja a magas hőmérsékletű teljesítményüket. Ezért használják olyan anyagokban, amelyekben el vannak izolálva az oxigéntől (például egy villanykörtében).
Tűzálló fémek – molibdén, tantál és volfrám – ötvözeteit használják az űrnukleáris technológiák egyes részein . Ezeket az alkatrészeket kifejezetten úgy tervezték, hogy ellenálljanak a magas hőmérsékletnek (1350 K és 1900 K között ). Mint fentebb említettük, nem érintkezhetnek oxigénnel .
| Periódusos táblázat | |
|---|---|
| Formátumok |
|
| A tételek listája szerint | |
| Csoportok | |
| Időszakok | |
A kémiai elemek családjai |
|
| Periódusos táblázat blokk | |
| Egyéb | |
| |