Тугоплавкі метали
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Тугоплавкі метали

Тугоплавкі метали , по технічній класифікації — метали, плавкі при температурі вище 1650—1700 °С; до числа Т. м. (таблиця) входять титан Ti, цирконій Zr, гафній Hf (IV група періодичної системи), ванадій V, ніобій Nb, тантал Ta (V група), хром Cr, молібден Мо, вольфрам W (VI група), реній Re (VII група). Всі ці елементи (окрім Cr) відносяться до рідким металам, а Re — до розсіяних рідких металів. (Високою температурою плавлення характеризуються також метали платинової групи і торій, але вони по технічній класифікації не відносяться до Т. м.)

загрузка...

Тугоплавкі метали

Назва

Хімічний

знак

Атомний

номер

Зовнішня електронна оболонка

Температура плавлення

Титан

Ванадій

Хром

Цирконій

Ніобій

Молібден

Гафній

Тантал

Вольфрам

Реній

Ti

V

Cr

Zr

Nb

Мо

Gf

Ta

W

Re

22

23

24

40

41

42

72

73

74

75

3d 2 4s 2

3d 3 4s 2

3d 5 4s 1

4d 2 5s 1

4d 4 5s 1

4d 5 5s 1

5d 2 6s 2

5d 3 6s 2

5d 4 6s 2

5d 5 6s 2

1688

1900

1903

1852

2500

2620

2222

2996

3410

3180

  Т. м. мають близька електронна будова атомів і є перехідними елементами з тими, що добудовуються d -oболочкамі (див. таблиці.). У міжатомних зв'язках Т. м. беруть участь не лише зовнішні s-електроні, але і d -електрони, що визначає велику міцність міжатомних зв'язків і, як наслідок, високу температуру плавлення, підвищені механічні міцність, твердість, електричний опір. Т. м. мають близькі хімічні властивості. Змінна валентність Т. м. обумовлює різноманіття їх хімічних сполук; вони утворюють металлоподобниє тугоплавкі тверді з'єднання.

  В природі Т. м. у вільному вигляді не зустрічаються, в мінералах часто ізоморфно заміщають один одного: Hf ізоморфно асоційований з Zr, Ta з Nb, W з Мо; розділення цих пар — одне з вельми важких завдань хімічної технології, вирішувана зазвичай методами екстракції або сорбції з розчинів або ректифікації хлоридів.

  Фізичні і хімічні властивості. Кристалічні решітки Т. м. IV групи і Re гексагональні, останніх, а також Ti вище 882 °C, Zr вище 862 °C і Hf вище 1310°c — об'ємно-центровані кубічні. Ti, V і Zr — відносно легкі метали, а самі тугоплавкі зі всіх металів — Re і W — по щільності поступаються лише Os, lr і Pt. Чисті м., що відпалюють Т., — пластичні метали, піддаються як гарячіше, так і холодній обробці тиском, особливо добре — Т. м. IV і V груп. Для вживання Т. м. поважно, що сприятливі механічні властивості їх і сплавів на їх основі зберігаються до вельми високих температур; це дозволяє розглядати їх, зокрема, як жароміцні конструкційні матеріали. Проте механічні властивості Т. м. значною мірою залежать від їх чистоти, міри деформації і умов термообробки. Так, Cr і його сплави навіть при малому вмісті деяких домішок стають непластичними, а Re, що має високий модуль пружності, схильний до сильного наклепання, унаслідок чого навіть при невеликій мірі деформації його необхідно відпалювати. Особливо сильно на властивості Т. м. впливають домішки вуглецю (виключаючи Re), водню (для металів IV і V груп), азоту, кисню, присутність яких робить Т. м. крихкою. Характерні властивості всіх Т. м.— стійкість до дії повітря і багатьох агресивних середовищ при кімнатній температурі і невеликому нагріванні і висока реакційна здатність при великих температурах, при яких їх слід нагрівати у вакуумі або в атмосфері інертних до них газів. Особливо активні при нагріванні Т. м. IV і V груп, на які діє також водень, причому при 400—900 °C він поглинається із здобуттям крихких гідридів, а при нагріванні у вакуумі при 700—1000 °C знов виділяється; цим користуються для перетворення компактних металів на порошки шляхом гідрування (і окрихчування) металів, подрібнення і дегідрування. Т. м. VI групи і Re хімічно менш активні (їх активність падає від Cr до W), вони не взаємодіють з воднем, а Re — і з азотом; взаємодія Мо з азотом починається лише вище 1500 °C, а W — вище 2000 °C. Т. м. здатні утворювати сплави з багатьма металами.

  Здобуття. Приблизно 80—85% V, Nb, Мо-пермалой (США, 1973) і значні кількості інших Т. м., окрім Hf, Ta і Re, отримують з рудних концентратів або технічних оксидів алюміно- або силікотермічеськимі способами у вигляді феросплавів для введення в сталі з метою легування ; молібденові концентрати при цьому заздалегідь обпалюють. Чисті Т. м. отримують з рудних концентратів за складною технологією в 3 стадії: розтин концентрату, виділення і очищення хімічних сполук, відновлення і рафінування металу. Основою виробництва компактних Nb, Ta, Мо і W і їх сплавів є порошкова металургія, яка частково використовується у виробництві і ін. Т. м. У металургії всіх Т. м. все ширше застосовують дугову, електроннопроменеву і плазмову плавки. Т. м. і сплави особливо високої чистоти виробляють у вигляді монокристалів бестігельной електроннопроменевою або плазмовою зонною плавкою. Напівфабрикати з Т. м. — листи, фольгу, проволікатиму, труби і так далі виготовляють звичайними методами обробки металів тиском з проміжною термообробкою.

  Вживання. Величезне значення Т. м., сплавів і з'єднань пов'язано з їх виключно сприятливими властивостями і поєднаннями властивостей, характерними для окремих Т. м. Найважливіша сфера застосування більшості Т. м. — використання їх у вигляді сплавів як жароміцні матеріали, перш за все в літакобудуванні, ракетній і космічній техніці, атомній енергетиці, високотемпературній техніці. Деталі із сплавів Т. м. при цьому зазвичай оберігають жаростійкими покриттями.

  Т. м. і їх сплави використовуються як конструкційні матеріали також в машинобудуванні, морському суднобудуванні, електронною, електротехнічною хімічній, атомній промисловості і в ін. галузях техніки. Широке вживання знаходять оксиди і багато ін. хімічні сполуки Т. м. Детальніше про властивості, способах здобуття і практичного використанні Т. м. див.(дивися) в статтях про окремі елементи і їх сплави.

  Літ.: Тугоплавкі матеріали в машинобудуванні. Довідник, М., 1967; Основи металургії, т. 4, М., 1967; Савіцкий Е. М., Бурханов Р. С., Металознавство сплавів тугоплавких і рідких металів, 2 видавництва, М., 1971; Крупін А. Ст, Солов'їв Ст Я., Пластична деформація тугоплавких металів, М., 1971; 3елікман А. Н., Мєєрсон Р. А., Металургія рідких металів, М., 1973; Савіцкий Е. М., Клячко Ст С., Метали космічної ери, М., 1972; Хімія і технологія рідких і розсіяних елементів, т. 1—2, М., 1965—69; «Engineering and Mining Journal», 1974, v. 175, March.

  О. П. Колчин.