Вольфрам

СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ ВОЛЬФРАМА

Вольфрам (W) —тяжелый металл серебристо-серого цвета. Элемент открыт в 1781 г. Название получил от минерала вольфрамита. Название минерала происходит от немецких слов «вольф» — (волк) и «ран» (пена). В сочетании эти слова дают «волчья пена». Присутствие этого «пожирающего олово» минерала в оловянных рудах мешало выплавке олова.

При комнатной температуре вольфрам обладает высокой коррозионной стойкостью в воде и на воздухе, а также в кислотах и щелочах. Он заметно начинает окисляться при 400—500°С и интенсивно окисляется при более высоких температурах. Вольфрам образует два устойчивых окисла: WO₃ и WO₂. С водородом вольфрам не взаимодействует практически до самого плавления, а с азотом начинает реагировать лишь при температурах >2000°С. Твердый углерод и некоторые содержащие его газы при 1100—1200°С реагируют с вольфрамом, образуя карбиды WC и W2C. С хлором вольфрам образует хлориды WC1₂, WC1₄, WC1₅, WC1₆.

Вольфрам быстро растворяется в смесях плавиковой и азотной кислот, а также в расплавленных щелочах при доступе воздуха и особенно в присутствии окислителей.

Вольфрам очень высокой чистоты пластичен при комнатной температуре. По прочности при высоких температурах вольфрам превосходит все остальные металлы. На механические свойства вольфрама сильное влияние оказывают примеси. Содержание в металле небольших количеств примесей делает его очень хрупким (хладноломким). Наиболее отрицательное влияние на свойства вольфрама оказывают кислород, азот, углерод, железо, фосфор, кремний.

Температура перехода вольфрама из пластичного состояния в хрупкое и обратно зависит от степени чистоты и состояния металла (нагартованный, рекристаллизованный). Нагартованный вольфрам технической чистоты имеет температурный порог хладноломкости около 300 - 400°С, а рекристаллизованный — около 500°С.

Склонность вольфрама к окислению при высоких температурах делает необходимым нагревать его перед горячей обработкой давлением н нагревательных печах с защитной атмосферой. Вольфрам, нагретый до высоких температур, быстро охлаждается, поэтому горячая обработка его давлением должна производиться быстро. Температура конца деформации вольфрама должна быть значительно выше порога хрупкости.

Вольфрам широко используют в радиоламповой, радиотехнической и электронновакуумной промышленности для изготовления нитей накаливания, нагревателей и экранов высокотемпературных вакуумных печей, электрических контактов, катодов рентгеновских трубок. В металлургии вольфрамом легируют стали и используют при изготовлении твердых сплавов, в химической) промышленности из него изготовляют краски и катализаторы, в ракетах и ракетной технике — изделия, работающие при очень высоких температурах, в атомной промышленности— тигли для хранения радиоактивных материалов.

Вольфрам применяют также для нанесения покрытий: на детали, работающие при очень высоких температурах в восстановительной и нейтральной средах; на литейные формы из молибдена, используемые для получения прутков сильно радиоактивных металлов; на детали, работающие на трение.

Широко распространены сплавы на основе вольфрама с рением. Добавка рения 1(до 20—25%) снижает температуру перехода вольфрама в хрупкое состояние, резко повышает его пластичность при нормальной температуре и улучшает технологические свойства. Сплавы получают методом порошковой металлургии и плавлением в электродуговых вакуумных печах. Из этих сплавов изготовляют термопары, электрические контакты.

Сплавы вольфрама с молибденом пригодны для работы при температурах >3000°С, применяют их для сопел реактивных двигателей.

При нагревании вольфрама на его поверхности образуется порошкообразный окисел желтого цвета, который заметно испаряется при температурах >800°С. Поэтому вольфрам может быть использован как высокопрочный материал при высоких температурах только при надежной защите поверхности изделия от воздействия окисляющей среды или при работе в нейтральной среде или в вакууме. Разработка надежных высокотемпературных покрытий вольфрама находится практически еще в начальной стадии. Для кратковременной защиты вольфрама от окисления при 2000—3000°С применяют керамические эмалевидные покрытия, содержащие тугоплавкие соединения в качестве основного заполнителя и тугоплавкое связующее стекло.