Вольфрам
- Подробности
- Категория: Справочная информация
- Опубликовано 09.02.2019 18:00
- Автор: Gelena
- Просмотров: 1082
Вольфрам - металл светло-серого цвета. Основная устойчивая модификация α-W - объемноцентрироанная кубическая решетка. Существует также β-модификация с кубичесой кристаллической решеткой; образуется при восстановлении тонкого слоя WO3 сухим Н2 при 440-630 °С; выше 630°С необратимо превращается В α-W.
Вольфрам - самый тугоплавкий металл, Т.пл. 3380+10 °С, Т.кип. 5900-6000°С; плотн. 19,3 г/см3. Вольфрам парамагнитен, магнитная восприимчивость 0,32*10-9. Механические свойства вольфрама сильно зависят от способа его получения, чистоты и предшествующей механической и термической обработки.
Технический вольфрам хрупок при нормальной температуре, при 200-500°С переходит в пластичное состояние; высокочистый монокристаллический вольфрам пластичен вплоть до — 196 °С. Твердость по Бринеллю для спеченного штабика 2000-2300 МПа, для листа толщ. 2 мм 3500-4000 МПа;. По длительности сохранения прочности при 800-1300 °С он значительно превосходит Мо, Та и Nb.
Компактный вольфрам устойчив на воздухе, при 400 °С начинает окисляться, выше 500 °С быстро окисляется до триоксида WO3 С холодной и горячей водой не взаимодействует, парами воды выше 600 °С окисляется до WO3, WO2 и других оксидов. На холоду устойчив к действию соляной кислоты, H2SO4, HNO3, а также смеси HNO3 и H2SO4, активно взаимодействует со смесью кислот HNO3 и HF, медленно - с Н2О2.
При 90-100 °С устойчив к действию плавиковой кислоты, слабо взаимодействует с соляной кислотой, H2SO4 и Н2СrО4, несколько сильней - с HNO3 и царской водкой. Не взаимод. с растворами щелочей и NH3 на холоду, слабо реагирует с ними при нагревании в присутствии кислорода. Быстро окисляется в расплавленном NaOH или КОН при доступе воздуха или в присутствии окислителей (NaNO3, NaNO2 и др.) с образованием волъфраматов.
С азотом вольфрам реагирует выше 1500°С; при 2300-2500 °С образуется нитрид WN2, который в отсутствии N2 разлагается выше 800 °С.
Водород не реагирует с вольфрамом вплоть до температуры плавления.
В вольфраме мало растворимы кислород (менее 10-4% по массе), N2 (~ 10-5%) и водород (Н2) (менее 10-4%), с фтором (F2) выше 150°С вольфрам образует фториды),
с хлором (Сl2) выше 800°С - хлориды, с Вr2 и I2 при 600-700°С - соотвенно бромиды и иодиды
с парами серы (S) и селена (Se), а также с H2S и H2Se выше 400 °С образует соотвенно дисульфид WS2 и диселенид WSe2,
с кремнием и бором выше 1400°С - соотвенно силициды (WSi2 и W5Si3) и бориды (W2B, WB, W2B5 и др.).
При 700-800 °С SO2 окисляет вольфрам до оксидов, СО2 выше 1200°С - до WO2, оксиды N выше 600°С - до WO3.
Взаимодействие вольфрама с углеводородами при 1100-1200 °С приводит к карбидам.
До ~ 1400°С вольфрам устойчив в атмосфере СО, при более высокой темературе образуются карбиды вольфрама.
При 200-300 °С и давлении СО 20 МПа вольфрам (в возбужденном состоянии) образует с СО гексакарбонил W (СО)6 - бесцветные кристаллы; Т.пл. 169°С, Т.кип. 175°С; не растворим в воде; выше 350°С разлагается на W и СО; применяют как катализатор полимеризации олефинов, для нанесения вольфрамовых покрытий на металлы, керамику, графит, для синтеза вольфраморганических соеденений.
Вольфрам очень медленно взаимодействет с Hg, Na, К, Ga, Mg даже при 600 °С. Он устойчив при 600 °С в сплаве Вуда, при 1000°С - в эвтектическом сплаве Na-K, до 1680°С не реагирует с расплавленными Bi, Ca, Си и Sn.
При 1100oС вольфрам медленно растворяется в уране (U) , выше 700 °С реагирует с жидким Аl, давая интерметаллиды. Вольфрам способен образовывать сплавы со многими металлами
Компактный металл получают методами порошковой металлургии. Заготовки сечением от 10*10 до 20*20 мм и длиной 500-600 мм (штабики) прессуют под давлением 150-500 МПа и подвергают спеканию в две стадии: первая (упрочнение штабика) проводится при 1150-1300 °С в атмосфере водорода (Н2), вторая (сварка)-прямым пропусканием электрического тока при 2900-3000 °С. Плотность штабиков после спекания 17,5-18,5 г/см3. Изделия из них (проволока, лента и др.) изготовляют обработкой давлением при температурах ниже темпертуры рекристаллизации вольфрама. По мере обработки температура понижается от 1300-1400 °С (при ковке) до 800-500 °С (при волочении или прокатке). В результате волочения через твердосплавные, а затем алмазные фильеры получают вольфрамовую проволоку диаметром 10-300 мкм.
Крупные заготовки (до 300 кг) производят методом гидростатического прессования порошков, помещенных в эластичные оболочки. Такие заготовки спекают в индукционных печах в вакууме или в атмосфере Н2 при 2400-2500 °С. Для получения компактных заготовок используют также дуговую вакуумную плавку или гарнисажную дуговую с разливом металла в изложницу.
В ограниченных масштабах вольфрам получают восстановлением его гексагалогенидов (WF6), водородом. При проведении процесса в газовой фазе в потоке получают высокодисперсные порошки, в кипящем слое - крупные сферические гранулы размером 200-500 мкм. Далее их превращают в компактные заготовки горячим газостатическим прессованием.
Способ получения изделий восстановлением WF6 (получивший название газофазное формование) заключается в осаждении вольфрама из газовой фазы в виде плотного покрытия на нагретых до 600-700 °С подложках из других металлов или графита.
Методом бестигельной зонной плавки спеченных штабиков получают монокристаллы вольфрама, отличающиеся высокой чистотой и пластичностью.
Определение.
Качественно вольфрам определяют: по выделению белого аморфного осадка WO3*nH2O при добавлении НСl или H2SO4 в растворр образца; по образованию вольфрамовой сини при добавлении SnCl2 в кислый раствор образца; по желто-зеленой окраске раствора в присутствии роданид-иона и восстановителя (напр., SnCl2).