| H | On | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Li | Být | B | C | N | Ó | F | Ne | |||||||||||
| Na | mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||
| K | Ca | sc | Ti | PROTI | Cr | Mn | Fe | co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | Tak jako | Se | Br | kr | |
| Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | v | sn | Sb | Te | já | Xe | |
| Čs | Ba | Los Angeles | * | hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | hg | Tl | Pb | Bi | Po | V | Rn |
| Fr | Ra | AC | ** | RF | Db | Sg | bh | hs | Mt | Ds | Rg | |||||||
| * | Ce | Pr | Nd | Odpoledne | sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | ||||
| ** | Th | Pa | U | Np | Pu | Dopoledne | cm | bk | srov | Es | fm | md | Ne | lr | ||||
| Žáruvzdorné kovy | Rozšířená skupina žáruvzdorných kovů [1] |
Žáruvzdorné kovy jsou třídou chemických prvků ( kovů ), které mají velmi vysoký bod tání a odolnost proti opotřebení . Výraz žáruvzdorné kovy se nejčastěji používá v oborech, jako je věda o materiálech , metalurgie a technické vědy . Definice žáruvzdorných kovů platí pro každý prvek skupiny jinak. Hlavními představiteli této třídy prvků jsou prvky páté periody - niob a molybden ; šestá perioda - tantal , wolfram , sedmá perioda - rhenium a osmá perioda - ruthenium. Všechny mají bod tání nad 2000 °C, jsou chemicky relativně inertní a mají zvýšený index hustoty . Díky práškové metalurgii z nich lze získat díly pro různá průmyslová odvětví.
Většina definic termínu žáruvzdorné kovy je definuje jako kovy s vysokými teplotami tání. Podle této definice musí mít kovy bod tání nad 4500 °F (2200 °C ). To je nezbytné pro jejich definici jako žáruvzdorných kovů [2] . Pět prvků - niob, molybden, tantal, wolfram a rhenium je v tomto seznamu zahrnuto jako hlavní [3] , přičemž širší definice těchto kovů nám umožňuje zahrnout do tohoto seznamu i prvky, které mají poměrně vysoký bod tání, i když pod touto úrovní , - titan (t.t. pl. 1943 K ), vanad , chrom , zirkonium , hafnium (t.t. 2506 K (2233 °C)). Ruthenium (t.t. 2334 °C, 2607 K , 4233 °F)), rhodium (1963 °C), iridium (t.t. 2466 °C) a osmium (t.t. 3306 K, 3033 °C) bezpochyby jsou také plnohodnotné žáruvzdorné kovy, i když dočasně, vzhledem ke své příslušnosti ke „ušlechtilým“ kovům, jsou jen zřídka považovány za strukturní žáruvzdorné kovy. Transuranové prvky (které se nacházejí za uranem , jehož všechny izotopy jsou nestabilní a na Zemi se velmi obtížně hledají) nebudou nikdy klasifikovány jako žáruvzdorné kovy [4] .
| název | Niob | Molybden | Tantal | Wolfram | Rhenium |
|---|---|---|---|---|---|
| Teplota tání | 2750 K (2477 °C) | 2896 K (2623 °C) | 3290 K (3017 °C) | 3695 K (3422 °C) | 3459 K (3186 °C) |
| Teplota varu | 5017K (4744°C) | 4912K (4639°C) | 5731K (5458°C) | 5828 K (5555 °C) | 5869K (5596°C) |
| Hustota | 8,57 g cm³ | 10,28 g cm³ | 16,69 g cm³ | 19,25 g cm³ | 21,02 g cm³ |
| Youngův modul | 105 GPa | 329 GPa | 186 GPa | 411 GPa | 463 GPa |
| Tvrdost podle Vickerse | 1320 MPa | 1530 MPa | 873 MPa | 3430 MPa | 2450 MPa |
Teplota tání těchto jednoduchých látek je nejvyšší, kromě uhlíku a osmia . Tato vlastnost závisí nejen na jejich vlastnostech, ale také na vlastnostech jejich slitin. Kovy mají krychlový systém , s výjimkou rhenia, ve kterém má formu šestiúhelníkového těsného obalu. Většina fyzikálních vlastností prvků této skupiny se výrazně liší, protože jsou členy různých skupin [5] [6] .
Odolnost vůči creepové deformaci je určující vlastností žáruvzdorných kovů. U běžných kovů začíná deformace od teploty tání kovu, a proto creepová deformace u hliníkových slitin začíná od 200 °C , zatímco u žáruvzdorných kovů začíná od 1500 °C. Tato odolnost vůči deformaci a vysoký bod tání umožňuje použití žáruvzdorných kovů například jako součásti proudových motorů nebo při kování různých materiálů [7] [8] .
Na volném vzduchu oxidují . Tato reakce se zpomaluje v důsledku tvorby pasivované vrstvy. Oxid rhenia je velmi nestabilní, protože při průchodu hustého proudu kyslíku se jeho oxidový film odpaří. Všechny jsou poměrně odolné vůči kyselinám. [5]
Žáruvzdorné kovy se používají jako zdroje světla , díly, maziva , v jaderném průmyslu jako ARC , jako katalyzátor . Vzhledem k vysokým teplotám tání se nikdy nepoužívají jako materiál pro otevřené tavení . V práškové formě se materiál zhutňuje pomocí tavicích pecí. Žáruvzdorné kovy lze zpracovat na drát , ingot , armaturu , pocínovaný plech nebo fólii .
Wolfram a jeho slitinyWolfram objevil v roce 1781 švédský chemik Carl Wilhelm Scheele . Wolfram má nejvyšší bod tání ze všech kovů při 3422 °C (6170 °F )
Rhenium se používá ve slitinách s wolframem v koncentraci až 22 % , což zlepšuje žáruvzdornost a odolnost proti korozi. Thorium se používá jako legující složka wolframu. To zvyšuje odolnost materiálů proti opotřebení. V práškové metalurgii lze komponenty použít pro slinování a následné aplikace. K výrobě těžkých slitin wolframu se používá nikl a železo nebo nikl a měď . Obsah wolframu v těchto slitinách obvykle nepřesahuje 90 %. Smíchání legujícího materiálu s ním je nízké i při slinování [9] .
Wolfram a jeho slitiny se stále používají tam, kde jsou vysoké teploty, ale je potřeba vysoká tvrdost a kde lze vysokou hustotu zanedbat [10] . Žárovková vlákna, sestávající z wolframu, nacházejí uplatnění v každodenním životě a při výrobě nástrojů. Lampy přeměňují elektřinu na světlo efektivněji, když teplota stoupá [9] . Při obloukovém svařování wolframovým plynem se zařízení používá neustále, aniž by došlo k roztavení elektrody . Vysoký bod tání wolframu umožňuje jeho bezplatné použití při svařování [11] [12] . Vysoká hustota a tvrdost umožňují použití wolframu v dělostřeleckých granátech [13] . Jeho vysoký bod tání se používá při konstrukci raketových trysek , příkladem je raketa Polaris [14] . Někdy najde své využití díky své hustotě. Své uplatnění nachází například při výrobě golfových holí [15] [16] . V takových částech není použití omezeno na wolfram, protože lze použít i dražší osmium .
Slitiny molybdenuSlitiny molybdenu jsou široce používány. Nejčastěji používaná slitina - titan - zirkon - molybden - obsahuje 0,5 % titanu, 0,08 % zirkonia a zbytek tvoří molybden. Slitina má zvýšenou pevnost při vysokých teplotách. Pracovní teplota slitiny je 1060 °C . Vysoká odolnost wolfram-molybdenu (Mo 70 % , W 30 % ) z něj činí ideální materiál pro odlévání zinkových dílů jako jsou ventily [17] .
Molybden se používá ve rtuťových rákosových relé , protože rtuť netvoří amalgám s molybdenem [18] [19] .
Molybden je nejčastěji používaným žáruvzdorným kovem. Nejdůležitější je jeho použití jako výztuže ocelových slitin . Používá se při výrobě potrubí společně s nerezovou ocelí . Vysoký bod tání, odolnost proti opotřebení a nízký koeficient tření z molybdenu činí velmi užitečný legující materiál. Jeho vynikající třecí vlastnosti jej vedou k použití jako mazivo tam, kde je vyžadována spolehlivost a výkon. Používá se při výrobě CV kloubů v automobilovém průmyslu. Velká ložiska molybdenu se nacházejí v Číně , USA , Chile a Kanadě [20] [21] [22] [23] .
Niob je téměř vždy nalezený s tantalem; niob byl pojmenován po Niobe , dceři Tantala v řecké mytologii. Niob nachází mnoho využití, některá z nich sdílí s žáruvzdornými kovy. Jeho jedinečnost spočívá v tom, že jej lze vyvinout žíháním za účelem dosažení širokého rozsahu tvrdosti a pružnosti ; jeho hustotní index je ve srovnání s ostatními kovy této skupiny nejmenší. Má aplikace v elektrolytických kondenzátorech a je nejběžnějším kovem v supravodivých slitinách . Niob lze použít v leteckých plynových turbínách , elektronkách a jaderných reaktorech .
Slitina niobu C103, která se skládá z 89 % niobu, 10 % hafnia a 1 % titanu , nachází své uplatnění při vytváření trysek v kapalných raketových motorech , např. Apollo CSM[24] . Použitá slitina neumožňuje oxidaci niobu, protože reakce probíhá při teplotě 400 °C [24] .
Tantal je nejodolnější vůči korozi ze všech žáruvzdorných kovů.
Důležitá vlastnost tantalu byla odhalena díky jeho použití v medicíně - je schopen odolávat kyselému prostředí (těla). Někdy se používá v elektrolytických kondenzátorech. Používá se v kondenzátorech mobilních telefonů a počítačů .
Rhenium je nejnověji objeveným žáruvzdorným prvkem celé skupiny. V nízkých koncentracích se nachází v rudách jiných kovů této skupiny - platiny nebo mědi. Lze jej použít jako legovací složku s jinými kovy a slitinám dodává dobré vlastnosti - kujnost a zvyšuje pevnost v tahu . Slitiny rhenia lze použít v elektronických součástkách, gyroskopech a jaderných reaktorech. Jeho nejdůležitější použití je jako katalyzátor . Může být použit při alkylaci , dealkylaci, hydrogenaci a oxidaci . Jeho vzácná přítomnost v přírodě ho činí nejdražším ze všech žáruvzdorných kovů [25] .
Žáruvzdorné kovy a jejich slitiny přitahují pozornost výzkumníků pro své neobvyklé vlastnosti a budoucí vyhlídky pro aplikace.
Fyzikální vlastnosti žáruvzdorných kovů, jako je molybden, tantal a wolfram, jejich tvrdost a stabilita při vysokých teplotách z nich činí užitečný materiál pro zpracování kovů za tepla ve vakuu i bez něj. Mnoho dílů je založeno na jejich jedinečných vlastnostech : například wolframová vlákna vydrží teploty až 3073 K.
Jejich odolnost proti oxidaci do 500 °C z nich však dělá jednu z hlavních nevýhod této skupiny. Kontakt se vzduchem může výrazně ovlivnit jejich vysokoteplotní výkon. Proto se používají v materiálech, ve kterých jsou izolovány od kyslíku (například žárovka).
Slitiny žáruvzdorných kovů - molybden, tantal a wolfram - se používají v částech kosmických jaderných technologií . Tyto komponenty byly speciálně navrženy tak, aby odolávaly vysokým teplotám (1350 K až 1900 K ). Jak je uvedeno výše, nesmí přijít do kontaktu s kyslíkem .
| Periodická tabulka | |
|---|---|
| Formáty |
|
| Seznam položek podle | |
| Skupiny | |
| Období | |
| Rodiny chemických prvků |
|
| Blok periodické tabulky | |
| jiný | |
| |