Ниобий

СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ НИОБИЯ

Ниобий (Nb) — тугоплавкий металл серо- стального цвета, по внешнему виду напоминающий платину; открыт в 1884г. Назван за родственность своих свойств с элементом танталом по имени дочери мифологического героя Ниобен. Физические и механические свойства ниобия приведены в таблице:

Ниобий обладает высокой коррозионной стойкостью во многих химических реагентах, в том числе в азотной, разбавленных серной и соляной кислотах, в фосфорной кислоте. На него не действуют жидкие натрий, калий, литий, висмут, ртуть, свинец, олово. На холоду ниобий стоек против действия царской водки, медленно растворяется в плавиковой кислоте и быстро в смеси плавиковой и азотной кислот. Горячие растворы едких щелочей заметно растворяют ниобий.

Вследствие малого поперечного сечения захвата нейтронов и отсутствия взаимодействия с расплавленными щелочными металлами ниобий является материалом, пригодным для теплообменников атомных реакторов. Ниобий обладает высокой пластичностью и сохраняет удовлетворительную прочность до высоких температур. На прочность и пластичность ниобия влияет наклеп - с увеличением степени наклепа повышается прочность и уменьшается пластичность.

Ниобий имеет очень низкую температуру перехода из пластичного состояния в хрупкое.  Ниобий в штабиках. Для ниобия высокой частоты эта температура составляет —196°С. Ниобий высокой частоты допускает деформацию в холодном состоянии со степенью обжатия до 90% без промежуточных отжигов, а малолегированный ниобий — до 50—70%.

Пластичность ниобия резко снижается при наличии даже небольших количеств примесей газов: кислорода, азота, водорода и других, которые образуют с ниобием твердые растворы внедрения. При значительном содержании примесей ниобий не поддается деформации даже в горячем состоянии. Наиболее сильное влияние на охрупчивание ниобия оказывает кислород, поэтому металл, предназначенный для полуфабрикатов, должен содержать не более 0,03% О. Все легирующие добавки также снижают пластичность ниобия.

Ниобий интенсивно окисляется при нагреве на воздухе свыше 400°С, а при 1370— 1400°С окисел ниобия начинает испаряться. Окисление металла сопровождается его охрупчиванием.

С азотом ниобий начинает взаимодействовать при 300—400°С, с водородом — при 250°С, с хлором — выше 200—250°С, с углеродом и углеродсодержащими газами — при 1200 - 4400°С.

Ниобий сваривается с другими металлами электроннолучевой и аргоно-дуговой сваркой.

Ниобий широко используют как легирующий элемент для хромоникелевых нержавеющих сталей, а также хромистых, хромомарганцевых и др. Ниобий предохраняет сталь от воздушной закалки с образованием хрупкой мартенситной структуры, увеличивает вязкость, свариваемость, тягучесть, жаропрочность сталей. Нержавеющие стали, содержащие обычно более 1,5% Nb, используют для изготовления реактивных двигателей, деталей самолетов, газовых турбин.

Сплавы цветных металлов с добавкой ниобия применяют для изготовления деталей реактивных двигателей, ракет, газовых турбин и в ряде других областей техники высоких температур. Присадка в сплавы ниобия повышает их предел текучести, жаропрочность, жаростойкость, сопротивление ползучести.

Применение чистого ниобия при высоких температурах без специального легирования и защитных покрытий невозможно из-за большой склонности взаимодействовать при нагревании с кислородом, азотом и другими газами с образованием хрупкого слоя металла.

Из ниобия и сплавов на его основе изготовляют оболочки для урановых тепловыделяющих элементов, применяемых в ядерных реакторах на тепловых и быстрых нейтронах; при этом повышается максимально допустимая температура разогрева элементов и полнота их использования. Низкая наведенная радиоактивность делает возможным использование ниобия в качестве конструкционного материала в установках по использованию радиоактивных отходов.

Легирование ниобием алюминия, меди, молибдена, титана, циркония и их сплавов резко улучшает их прочностные свойства. Карбиды ниобия применяют в производстве твердых сплавов и высокотемпературной технике.

Ниобий и сплавы ниобия с танталом широко применяют для изготовления радиотехнической, радиолокационной и рентгеновской аппаратуры, а также электролитических выпрямителей переменного тока, искровых предохранителей, криотронов. Ниобий применяют в качестве газопоглотителя в электронных лампах.

В химической промышленности соединения ниобия используют как катализаторы в производстве синтетического каучука и других продуктов.