Среди всех металлов, известных на сегодняшний день, вольфрам является наиболее тугоплавким. Характеризуется высокой химической стойкостью. Физические и химические вольфрамовые свойства сегодня применяются в разных отраслях, которые имеют связь с повышенными температурными режимами, особенно в металлургии. Высокая температура плавления вольфрама позволяет делать его компонентом жаропрочных сталей высочайшей прочности и разных сплавов.
Что такое вольфрам?
В периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева вольфрам стоит в VI группе, имеет номер атома 74, его атомная масса составляет 183,85. Обозначается символом «W» (Wolframium).
В природе химическое вещество встречается преимущественно виде сложных окисленных соединений, образующих трехокись вольфрама с оксидами железа, марганца, калия, свинца, меди, тория.
Самые крупные запасы на планете сегодня сосредоточены в таких странах, как Китай, Канада, Казахстан, Америка, Россия, Южная Корея. Для промышленности наиболее значимыми являются вольфрамит и шеелит.
История открытия
Рудокопы гор Саксонии в XIV-XVI вв. заметили, что после обработки оловянных руд остается много шлака. Работники в здешних копальнях говорили про эти руды, как про побочный продукт, который «пожирает» олово, сравнивали шлак с «волком, пожирающим овцу». Так и сформировалось название шлака «wolfrahm», что в переводе с немецкого языка означало «волчья пена».
Когда химик Карл Шееле использовал азотную кислоту, чтобы обработать минерал «tungsten» («тяжелый камень» в переводе со шведского языка), в результате реакции было выделено новый металл, названный так же. Событие произошло в 1781 году. Позже провели ряд анализов, которые показали, что шведскому химику удалось открыть не сам вольфрам, а его оксид. Поэтому минерал переименовали на «шеелит».
Через два года после открытия, сделанного Карлом Шееле, братья-химики Элюар из Испании заявили, что смогли выделить из вольфрамита рудников Саксонии чистый вольфрам. Нужно отметить, что ни Шееле, ни братья Элюар не настаивали на том, что именно они стали первооткрывателями вольфрама.
До начала ХХ века химический элемент назывался «tungsten», его обозначали символом «Tu». Термин «вольфрам» и символ «W» был утвержден только в середине прошлого века.
Основные свойства
Вольфрам не только самый тугоплавкий из всех существующих металлов, но и один из самых тяжелых и твердых. В чистом виде имеет серебристо-белый цвет. Отлично поддается ковке (при 1600 °С). В условиях вакуума характеризуется высокой устойчивостью.
Физические свойства:
- плавится при достижении показателя температуры 3422 °С;
- закипает при температуре 5555 °С;
- плотность вольфрама – 19,25 г/см3 ;
- удельное электрическое сопротивление – 55⋅ 10−9 Ом·м (20°С);
- магнитная восприимчивость – 0,32⋅ 10−9;
- твердость по Бринеллю – 488 кг/мм2 .
Химические свойства:
- валентность в соединениях 2-6 (чем выше валентность, тем более устойчивы);
- стойкий к кислотам в обычных условиях;
- легче взаимодействует с окислителями, чем с тяжелыми металлами;
- реагирует со многими элементами, в результате чего образуются различные по сложности соединения;
- незначительно растворяется в щелочах при нагревании.
Какие марки существуют?
Химический элемент бывает в чистом виде, с присадками, а также в виде сплава с другими металлами.
Чистый вольфрам, в котором не используются присадки, имеет маркировку ВЧ. Для маркировки сплава вольфрама и рения применяется обозначение ВР.
На наличие разных видов присадок указывают следующие комбинации букв:
- ВА – кремнещелочной и алюминия;
- ВМ – кремнещелочной и тория;
- ВТ – окиси тория;
- ВЛ – окиси лантана.
Указанные марки вольфрама используются наиболее часто в промышленности.
Преимущества и недостатки
Преимущества обусловлены высокими показателями:
- плавления (очень высокий температурный режим);
- прочности (лидер среди всех существующих металлов);
- плотности;
- электропроводности.
Кроме этого, вольфрам стойкий к воздействию коррозийных процессов, имеет низкий коэффициент теплового расширения.
Недостатками вольфрама можно считать хрупкость и возможность разрушения при ударе.
Где используется?
Применение вольфрама и его сплавов широко востребовано в разных сферах:
- металлургии;
- судостроении;
- медицине;
- текстильном производстве;
- электротехнической, радиоэлектронной, химической, атомной, горнодобывающей и ряде других отраслей промышленности.
Из него получают сверхтвердые стали и сплавы, которые применяются для обработки металлов механическим путем, в бурении скважин, в производстве компонентов для двигателей самолетов.
Для аргонодуговой сварки используются вольфрамовые электроды.
В ядерной физике и медицине нашли применение монокристаллы вольфраматов.
Вольфрам необходим для нитей накаливания и элементов электровакуумных приборов, противовесов, артиллерийских снарядов, роторов гироскопов (сверхскоростных) и др.
Виды продукции
Свойства вольфрама дают возможность изготавливать такие виды продукции:
- Электроды. Для работы с материалами разного состава, цветными металлами, высоколегированными сталями. Не плавятся, шов прочный и долговечный.
- Проволока. Используется в лампах накаливания, благодаря сопротивлению вольфрама (нагреватели, спирали).
- Порошок. Основа для сплавов и сталей.
- Прутки. Изделия для изготовления вольфрамовых электродов.
- Листы. Изделия из металла вольфрама необходимы для тепловых экранов, подставок и других элементов крепления для высокотемпературных печей.
