جایی که تنگستن با چگالی بالا استفاده می شود. تراکم تنگستن

تنگستن همچنین به گروه فلزات با نسوز بالا تعلق دارد. این ماده در سوئد توسط شیمیدانی به نام شیل کشف شد. این اولین کسی بود که در سال 1781 اکسید یک فلز ناشناخته را از کانی ولفرامیت جدا کرد. این دانشمند موفق شد پس از 3 سال تنگستن را به شکل خالص خود بدست آورد.

شرح

تنگستن متعلق به گروهی از مواد است که اغلب در صنایع مختلف استفاده می شود. او با حرف W نشان داده می شودو در جدول تناوبی دارای شماره سریال 74 است. با رنگ خاکستری روشن مشخص می شود. یکی از ویژگیهای بارز آن مقاومت بالا در برابر شکست است. نقطه ذوب تنگستن 3380 درجه سانتیگراد است. اگر ما آن را از نظر کاربرد در نظر بگیریم ، مهمترین ویژگیهای این مواد عبارتند از:

• تراکم ؛
• دمای ذوب؛
• مقاومت الکتریکی؛
• ضریب انبساط خطی

هنگام محاسبه ویژگی های مشخصه آن ، لازم است نقطه جوش بالا را که روی آن قرار دارد برجسته کنید در سطح 5 900 درجه سانتیگراد... ویژگی دیگر میزان تبخیر پایین آن است. حتی در شرایط دمایی 2000 درجه سانتیگراد نیز زیاد نیست. برای خاصیتی مانند هدایت الکتریکی ، این فلز 3 برابر بیشتر از آلیاژ رایج مس است.

عوامل محدود کننده استفاده از تنگستن

عوامل متعددی استفاده از این مواد را محدود می کند:

• تراکم بالا؛
• تمایل قابل توجه به شکنندگی در دماهای پایین ؛
• مقاومت کم در برابر اکسیداسیون

از نظر ظاهر ، تنگستن است شبیه فولاد معمولی است... کاربرد اصلی آن عمدتا مربوط به تولید آلیاژهایی با ویژگیهای استحکام بالا است. این فلز خود را برای پردازش مناسب می داند ، اما به شرطی که از قبل گرم شده باشد. بسته به نوع درمان انتخاب شده ، گرمایش تا دمای خاصی انجام می شود. به عنوان مثال ، اگر وظیفه جعل میله از تنگستن است ، باید قطعه کار را تا دمای 1450-1500 درجه سانتیگراد از قبل گرم کنید.

100 سال است که تنگستن به صورت تجاری استفاده نمی شود. استفاده از آن در ساخت تکنیک های مختلف به دلیل نقطه ذوب بالا محدود شده است.

شروع استفاده صنعتی آن مربوط به سال 1856 است ، زمانی که برای اولین بار برای آلیاژ سازی فولاد ابزار مورد استفاده قرار گرفت. در طول تولید آنها ، تنگستن با سهم کل تا 5 to به ترکیب اضافه شد. وجود این فلز در ترکیب فولاد باعث افزایش سرعت برش بر روی تراش ها شد از 5 تا 8 متر در دقیقه.

توسعه صنعت در نیمه دوم قرن 19 با توسعه فعال صنعت ماشین آلات مشخص می شود. تقاضا برای تجهیزات هر سال به طور مداوم در حال افزایش بود ، که به سازندگان ماشین نیاز داشت تا ویژگی های ماشین آلات با کیفیت بالا را به دست آورند و علاوه بر این سرعت کار خود را افزایش دهند. اولین انگیزه برای افزایش سرعت برش استفاده از تنگستن بود.

در اوایل قرن بیستم ، سرعت برش افزایش یافت حداکثر 35 متر در دقیقه... این امر با آلیاژ فولاد نه تنها با تنگستن ، بلکه با سایر عناصر نیز به دست آمد:

• مولیبدن ؛
• کروم ؛
• وانادیوم

پس از آن ، سرعت برش روی ماشین ها به 60 متر در دقیقه افزایش یافت. اما ، با وجود چنین نرخ های بالا ، کارشناسان فهمیدند که فرصتی برای بهبود این ویژگی وجود دارد. کارشناسان مدت زیادی فکر نمی کردند چه روشی را برای افزایش سرعت برش انتخاب کنند. آنها به استفاده از تنگستن ، اما در حال حاضر به شکل کاربید در اتحاد با سایر فلزات و انواع آنها روی آوردند. امروزه برش فلز بر روی ماشینهای 2000 متر در دقیقه بسیار رایج است.

تنگستن مانند هر ماده دیگری دارای ویژگی های خاص خود است که به لطف آن در گروه فلزات استراتژیک قرار گرفت. قبلاً در بالا گفتیم که یکی از مزایای این فلز ، نسوز بودن آن است. به دلیل این ویژگی است که می توان از مواد برای ساخت رشته استفاده کرد.

نقطه ذوب آن است در دمای 2500 درجه سانتیگراد... اما فقط این کیفیت به خواص مثبت این مواد محدود نمی شود. مزایای دیگری نیز دارد که باید به آنها اشاره کرد. یکی از آنها مقاومت بالا است که در شرایط دمای معمولی و بالا نشان داده شده است. به عنوان مثال ، وقتی آهن و آلیاژهای مبتنی بر آن تا دمای 800 درجه سانتیگراد گرم می شوند ، قدرت 20 برابر کاهش می یابد. در شرایط مشابه ، قدرت تنگستن تنها سه برابر کاهش می یابد. در شرایط 1500 درجه سانتیگراد ، قدرت آهن عملاً به صفر می رسد ، اما در تنگستن در دمای معمولی در سطح آهن است.

امروزه 80 درصد از تنگستن تولید شده در جهان عمدتا در تولید فولاد با کیفیت بالا استفاده می شود. بیش از نیمی از عیار فولاد مورد استفاده شرکتهای ماشین سازی حاوی تنگستن است. آنها از آنها به عنوان مواد اصلی خود استفاده می کنند. برای قطعات توربین، گیربکس ، و همچنین از چنین موادی برای ساخت ماشین های کمپرسور استفاده کنید. فولادهای مهندسی حاوی تنگستن برای تولید شفت ، چرخ دنده و یک روتور جعلی یک تکه استفاده می شود.

علاوه بر این ، آنها برای تولید میل لنگ ، میله های اتصال استفاده می شوند. افزودن تنگستن و سایر عناصر آلیاژی به ترکیب فولاد ماشین آلات سخت شدن آنها را افزایش می دهد. علاوه بر این ، می توان یک ساختار دانه ریز به دست آورد. در کنار این ، ویژگی هایی مانند سختی و استحکام فولادهای تولید شده ماشین سازی افزایش می یابد.

در تولید آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت ، استفاده از تنگستن یکی از پیش نیازهاست. نیاز به استفاده از این فلز خاص به این دلیل است که تنها فلزی است که می تواند بارهای قابل توجهی را در دماهای بالاتر از مقدار ذوب آهن تحمل کند. تنگستن و ترکیبات بر اساس این فلز با استحکام بالا و کشش خوب مشخص می شوند. از این نظر ، آنها از سایر فلزات موجود در گروه مواد نسوز برتر هستند.

منفی ها

با این حال ، با ذکر مزایای تنگستن ، باید توجه داشت و معایبی که ذاتی این ماده است.

تنگستن ، که در حال حاضر تولید می شود ، حاوی 2 درصد توریم است. این آلیاژ تنگستن thoriated نامیده می شود. مشخصه آن این است که استحکام کششی 70 مگاپاسکالدر دمای 2420 درجه سانتیگراد اگرچه مقدار این شاخص زیاد نیست ، اما توجه داریم که فقط 5 فلز ، همراه با تنگستن ، حالت جامد خود را در چنین دمایی تغییر نمی دهند.

این گروه شامل مولیبدن است که دارای نقطه ذوب 2625 درجه است. فلز دیگر تکنسیوم است. با این حال ، بعید است آلیاژهای مبتنی بر آن در آینده نزدیک تولید شوند. رنیوم و تانتالوم در این شرایط دما از دوام بالایی برخوردار نیستند. بنابراین ، تنگستن تنها ماده ای است که قادر است مقاومت کافی را تحت بارهای درجه حرارت بالا ایجاد کند. به دلیل اینکه در بین موارد کمیاب است ، اگر فرصتی برای جایگزینی آن وجود داشته باشد ، تولید کنندگان از جایگزینی برای آن استفاده می کنند.

با این حال ، در تولید اجزای جداگانه ، موادی وجود ندارد که بتوانند به طور کامل جایگزین تنگستن شوند. به عنوان مثال ، در تولید رشته های لامپ های الکتریکی و آندهای لامپ های قوس DC ، فقط از تنگستن استفاده می شود ، زیرا هیچ جایگزین مناسبی وجود ندارد. همچنین از آن استفاده می شود در ساخت الکترودبرای جوشکاری قوس آرگون و هیدروژن اتمی. همچنین ، با استفاده از این مواد ، یک عنصر گرمایش تولید می شود که در شرایط 2000 درجه سانتیگراد استفاده می شود.

کاربرد

تنگستن و آلیاژهای مبتنی بر آن در صنایع مختلف بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. آنها در تولید موتورهای هواپیما ، مورد استفاده در زمینه موشک سازی و همچنین برای تولید فناوری فضایی استفاده می شوند. در این مناطق ، با استفاده از این آلیاژها ، نازل های جت و درج بخش های بحرانی در موتورهای موشک ساخته می شود. علاوه بر این ، چنین موادی به عنوان مواد اولیه برای ساخت آلیاژهای موشک استفاده می شود.

تولید آلیاژهای این فلز دارای یک ویژگی است که با شکست این مواد مرتبط است. در دمای بالا ، بسیاری از فلزات حالت خود را تغییر می دهند و تبدیل به گازیا مایعات بسیار فرار بنابراین ، برای به دست آوردن آلیاژهایی که تنگستن در آنها وجود دارد ، از روشهای متالورژی پودر استفاده می شود.

چنین روش هایی شامل فشار دادن مخلوطی از پودرهای فلزی ، پخت بعدی و قرار دادن بیشتر آنها در معرض ذوب قوس است که در کوره های الکترود انجام می شود. در برخی موارد ، پودر تنگستن متخلخل علاوه بر این با محلول مایع فلز دیگر آغشته می شود. بنابراین ، شبه آلیاژهای تنگستن ، مس ، نقره بدست می آید که برای تماس در تاسیسات الکتریکی استفاده می شود. در مقایسه با مس ، دوام چنین محصولاتی 6-8 برابر بیشتر است.

این فلز و آلیاژهای آن چشم اندازهای زیادی برای گسترش بیشتر دامنه کاربرد دارند. اول از همه ، باید توجه داشت که برخلاف نیکل ، این مواد می توانند در مرزهای "آتشین" کار کنند. استفاده از محصولات تنگستن به جای نیکل منجر به افزایش پارامترهای عملکرد نیروگاه ها می شود. و این منجر به افزایش بهره وری تجهیزات... علاوه بر این ، محصولات مبتنی بر تنگستن می توانند به راحتی در محیط های سخت مقاومت کنند. بنابراین ، ما می توانیم با اطمینان بیان کنیم که تنگستن در آینده نزدیک به رهبری گروه چنین موادی ادامه خواهد داد.

تنگستن همچنین به روند بهبود لامپ رشته ای الکتریکی کمک کرد. تا دوره 1898 ، رشته کربن در این وسایل روشنایی برقی استفاده می شد.

• ساخت آن آسان بود ؛
• تولید آن ارزان بود

تنها عیب رشته زغال این بود طول عمراو یک کوچولو داشت پس از 1898 ، رشته کربنی لامپ ها رقیبی در قالب اسمیوم داشت. از سال 1903 ، تانتالوم برای تولید لامپ های برقی مورد استفاده قرار گرفت. با این حال ، در سال 1906 ، تنگستن جایگزین این مواد شد و شروع به استفاده برای ساخت رشته های لامپ های رشته ای کرد. همچنین امروزه در تولید لامپ های مدرن استفاده می شود.

برای تأمین مقاومت این ماده در برابر حرارت بالا ، لایه ای از رنیوم و توریم به سطح فلز اعمال می شود. در برخی موارد ، رشته تنگستن با افزودن رنیوم ساخته می شود. این به این دلیل است که در دمای بالا این فلز شروع به تبخیر می کند و این منجر به این واقعیت می شود که نخ این ماده نازک می شود. افزودن رنیوم به ترکیب منجر به کاهش 5 برابر در اثر تبخیر می شود.

امروزه ، تنگستن نه تنها در تولید مهندسی برق ، بلکه همچنین به طور فعال مورد استفاده قرار می گیرد انواع محصولات نظامی-صنعتی... افزودن آن به فولاد تسلیحاتی عملکرد بالایی را برای این نوع مواد ارائه می دهد. علاوه بر این ، به شما امکان می دهد ویژگی های محافظت از زره را بهبود بخشید و همچنین پوسته های سوراخ کننده زره را مثرتر کنید.

نتیجه

تنگستن یکی از مواد مورد نیاز مورد استفاده در متالورژی است. افزودن آن به ترکیب فولادهای تولید شده ، ویژگی های آنها را افزایش می دهد. آنها در برابر تنش های حرارتی مقاوم تر می شوند و علاوه بر این ، نقطه ذوب افزایش می یابد ، که برای محصولات مورد استفاده در شرایط شدید بسیار مهم است. در دمای بالا... استفاده در ساخت تجهیزات ، محصولات و عناصر مختلف ، مجموعه های ساخته شده از این فلز یا آلیاژهای مبتنی بر آن ، به شما امکان می دهد ویژگی های تجهیزات را افزایش داده و کارایی کار آنها را افزایش دهید.

تنگستن- مقاوم ترین فلز فقط عنصر غیر فلزی ، کربن ، نقطه ذوب بالاتری دارد. در شرایط استاندارد از نظر شیمیایی مقاوم است. نام Wolframium از معدنی wolframite گرفته شده است که در قرن 16 شناخته شده است. lat نامیده می شود Spuma lupi ("کف گرگ") یا او. گرگ رحم ("کرم گرگ" ، "کرم گرگ"). این نام به این دلیل بود که تنگستن ، همراه با سنگ معدن ، ذوب قلع را مختل می کرد و آن را به کف سرباره تبدیل می کرد ("قلع را مانند گرگ گوسفند می بلعد").

همچنین ببینید:

ساختار

کریستال تنگستن دارای شبکه مکعبی بدن محور است. کریستال های تنگستن در سرما با پلاستیسیته پایین مشخص می شوند ، بنابراین ، در فرآیند فشار دادن پودر ، عملا شکل و اندازه اصلی خود را تغییر نمی دهند و تراکم پودر عمدتا از طریق حرکت نسبی ذرات رخ می دهد.

در یک سلول تنگستن مکعبی بدن محور ، اتم ها در رأس و در مرکز سلول قرار دارند ، یعنی. دو اتم در هر سلول وجود دارد. ساختار bcc نزدیکترین بسته بندی اتم ها نیست. ضریب فشردگی 0.68 است. گروه فضایی تنگستن Im3m.

املاک

تنگستن یک فلز خاکستری روشن براق با بالاترین نقطه ذوب و جوش ثابت شده است (فرض بر این است که seaborgium حتی مقاوم تر است ، اما تا کنون نمی توان آن را به طور قاطع بیان کرد - عمر سبورژیوم بسیار کوتاه است). نقطه ذوب - 3695 K (3422 ° C) ، در 5828 K (5555 ° C) می جوشد. چگالی تنگستن خالص 19.25 گرم در سانتی متر مربع است. دارای خواص پارامغناطیس (حساسیت مغناطیسی 0.32 · 10-9). سختی برینل 488 کیلوگرم بر میلی متر مربع ، مقاومت الکتریکی در 20 درجه سانتی گراد - 55 · 10−9 اهم · متر ، در دمای 2700 درجه سانتی گراد - 904 · 10−9 اهم · متر. سرعت صدا در تنگستن آنیل شده 4290 متر بر ثانیه است. یک پارامغناطیس است.

تنگستن یکی از سنگین ترین ، سخت ترین و مقاوم ترین فلزات است. در شکل خالص ، این فلز سفید نقره ای ، شبیه به پلاتین است ، در دمای حدود 1600 درجه سانتی گراد ، به خوبی برای آهنگری مناسب است و می تواند به یک نخ نازک کشیده شود.

رزرو و تولید

کلارک تنگستن در پوسته زمین (به گفته وینوگرادوف) 1.3 گرم در تن (0.00013٪ درصد از نظر پوسته زمین) است. محتوای متوسط ​​آن در سنگ ها ، ppm: اولترابازیک - 0.1 ، پایه - 0.7 ، متوسط ​​- 1.2 ، اسیدی - 1.9.

فرآیند بدست آوردن تنگستن از طریق یک مرحله جداسازی تری اکسید WO3 از کنسانتره های سنگ معدن و سپس تبدیل به پودر فلز با هیدروژن در دمای حدود 700 درجه سانتی گراد انجام می شود. با توجه به نقطه ذوب بالای تنگستن ، از روشهای متالورژی پودر برای به دست آوردن یک فرم فشرده استفاده می شود: پودر حاصله فشرده می شود ، در اتمسفر هیدروژن در دمای 1200-1300 درجه سانتی گراد پخته می شود ، سپس جریان الکتریکی از آن عبور می کند. این فلز تا 3000 درجه سانتی گراد گرم می شود ، در حالی که پخت به صورت یکپارچه رخ می دهد. ذوب منطقه برای تصفیه بعدی و بدست آوردن شکل تک بلوری استفاده می شود.

اصل و نسب

تنگستن در طبیعت عمدتا به شکل ترکیبات پیچیده اکسیده شده بوسیله تری اکسید تنگستن WO3 با اکسیدهای آهن و منگنز یا کلسیم و گاهی سرب ، مس ، توریم و عناصر کمیاب خاک ایجاد می شود. ولفرامیت (آهن و منگنز تنگستات nFeWO 4 * mMnWO 4 - به ترتیب فربریت و هوبنریت) و شیلیت (تنگستات کلسیم CaWO 4) دارای اهمیت صنعتی هستند. مواد معدنی تنگستن معمولاً در سنگ های گرانیت جاسازی شده اند ، بنابراین میانگین غلظت تنگستن 1-2 است.

بیشترین ذخایر در قزاقستان ، چین ، کانادا و ایالات متحده است. ذخایر در بولیوی ، پرتغال ، روسیه ، ازبکستان و کره جنوبی نیز شناخته شده است. تولید جهانی تنگستن 49-50 هزار تن در سال است ، از جمله 41 در چین ، 3.5 در روسیه. قزاقستان 0.7 ، اتریش 0.5. صادرکنندگان اصلی تنگستن: چین ، کره جنوبی ، اتریش. واردکنندگان اصلی: ایالات متحده ، ژاپن ، آلمان ، بریتانیای کبیر.
همچنین ذخایر تنگستن در ارمنستان و دیگر کشورها وجود دارد.

کاربرد

نسوز بودن و انعطاف پذیری تنگستن آن را برای رشته ها در وسایل روشنایی و همچنین در لوله های تصویر و دیگر لوله های خلاء ضروری می سازد.
تنگستن به دلیل چگالی بالا پایه آلیاژهای سنگین است که برای وزنه های ضد وزنه ، هسته های زره ​​پوش کالیبر فرعی و پوسته های پر از تفنگ های توپخانه به شکل تیر ، هسته گلوله های زره ​​پوش و سرعت بسیار بالا استفاده می شود. روتورهای ژیروسکوپ برای تثبیت پرواز موشک های بالستیک (تا 180 هزار دور در دقیقه).

تنگستن به عنوان الکترود برای جوشکاری قوس آرگون استفاده می شود. آلیاژهای حاوی تنگستن با مقاومت در برابر درجه حرارت بالا ، مقاومت در برابر اسید ، سختی و مقاومت در برابر سایش مشخص می شوند. از آنها برای ساخت ابزار جراحی (آلیاژ آمالیو) ، زره مخزن ، اژدر و پوسته پوسته ، مهمترین قطعات هواپیما و موتورها ، ظروف ذخیره مواد رادیواکتیو استفاده می شود. تنگستن جزء مهمی از بهترین درجه فولادهای ابزار است. تنگستن در کوره های مقاوم در برابر درجه حرارت بالا به عنوان عناصر گرمایش استفاده می شود. آلیاژ تنگستن و رنیوم در کوره هایی مانند ترموکوپل استفاده می شود.

برای پردازش مکانیکی فلزات و مواد سازه ای غیر فلزی در مهندسی مکانیک (تراشکاری ، فرزکاری ، پلانکاری ، اسکن کردن) ، حفاری ، در صنعت معدن ، آلیاژهای سخت و مواد کامپوزیتی بر اساس کاربید تنگستن به طور گسترده ای استفاده می شود (به عنوان مثال ، win ، شامل از کریستالهای WC در ماتریس کبالت ؛ نمرات به طور گسترده در روسیه استفاده می شود - VK2 ، VK4 ، VK6 ، VK8 ، VK15 ، VK25 ، T5K10 ، T15K6 ، T30K4) ، و همچنین مخلوطی از کاربید تنگستن ، کاربید تیتانیوم ، کاربید تانتالوم (درجه TT برای به ویژه شرایط سخت پردازش ، به عنوان مثال ، تراش و برنامه ریزی جعل فولادهای مقاوم در برابر حرارت و حفاری چکش دوار از مواد سخت). به طور گسترده ای به عنوان عنصر آلیاژی (اغلب همراه با مولیبدن) در فولادها و آلیاژهای مبتنی بر آهن استفاده می شود. فولادهای با آلیاژ بالا از کلاس "سرعت بالا" ، با علامت هایی که با حرف P شروع می شوند ، تقریباً همیشه حاوی تنگستن هستند. (P18 ، P6M5. از سریع - سریع ، با سرعت).

سولفید تنگستن WS 2 به عنوان گریس با درجه حرارت بالا (تا 500 درجه سانتی گراد) استفاده می شود. برخی از ترکیبات تنگستن به عنوان کاتالیزور و رنگدانه استفاده می شوند. تک بلورهای تنگستات (تنگستات سرب ، کادمیوم ، کلسیم) به عنوان آشکارسازهای احتراق اشعه ایکس و دیگر تشعشعات یونیزه کننده در فیزیک هسته ای و پزشکی هسته ای استفاده می شود.

تنگستن ditelluride WTe 2 برای تبدیل انرژی حرارتی به انرژی الکتریکی (thermo-EMF حدود 57μV / K) استفاده می شود. از رادیونوکلئید مصنوعی 185 وات به عنوان یک برچسب رادیواکتیو در تحقیقات مواد استفاده می شود. پایدار 184 وات به عنوان جزء آلیاژهای اورانیوم 235 در موتورهای موشک هسته ای حالت جامد استفاده می شود ، زیرا تنها ایزوتوپ تنگستن معمولی با سطح مقطع جذب نوترون کم حرارتی (حدود 2 انبار) است.

تنگستن - W

طبقه بندی

نیکل استرونز (ویرایش دهم)	1.AE.05
دانا (ویرایش هفتم)	1.1.38.1

تنگستن در میان فلزات نه تنها از نظر مقاومت ، بلکه از نظر جرم نیز برجسته است. چگالی تنگستن در شرایط عادی 19.25 گرم در سانتی متر مربع است که حدود 6 برابر آلومینیوم است. تنگستن در مقایسه با مس 2 برابر سنگین تر از مس است. در نگاه اول ، تراکم بالا ممکن است یک معایب به نظر برسد ، زیرا محصولات ساخته شده از آن سنگین خواهند بود. اما حتی این ویژگی فلز کاربرد خود را در فناوری پیدا کرده است. مزایای تنگستن به دلیل چگالی بالا:

1. توانایی تمرکز یک توده بزرگ در حجم کم.
2. حفاظت در برابر اشعه یونیزه (تابش).

ویژگی اول با ساختار داخلی فلز توضیح داده می شود. هسته یک اتم شامل 74 پروتون و 110 نوترون ، یعنی 184 ذره است. در جدول تناوبی عناصر شیمیایی ، که در آن اتمها به ترتیب صعودی جرم اتمی مرتب شده اند ، تنگستن در مکان 74 قرار دارد. به همین دلیل ، ماده ای متشکل از اتم های سنگین دارای جرم زیادی خواهد بود. محافظ تابش در همه مواد با چگالی بالا ذاتی است. این به این دلیل است که تابش یونیزان ، در برخورد با هر مانعی ، بخشی از انرژی خود را منتقل می کند. مواد چگالنده دارای غلظت بالایی از ذرات در واحد حجم هستند ، بنابراین ، اشعه های یونیزه کننده بیشتر برخورد می کنند و بر این اساس ، انرژی بیشتری را از دست می دهند. استفاده از فلز بر اساس خواص فوق است.

کاربرد تنگستن

چگالی بالا یک مزیت بزرگ تنگستن نسبت به سایر فلزات است.

تنگستن به طور گسترده ای در صنایع مختلف استفاده می شود.

موارد استفاده بر اساس حجم زیادی از فلز

چگالی قابل توجه آن تنگستن را به یک ماده متعادل کننده ارزشمند تبدیل می کند. متعادل کردن وزنهای حاصل از آن باعث کاهش بار وارد بر قطعات می شود. بنابراین ، دوره عملیاتی آنها تمدید می شود. برنامه های کاربردی تنگستن:

1. هوافضا. قطعات فلزی سنگین گشتاورهای موثر را متعادل می کنند. بنابراین ، تنگستن برای ساخت پره های هلیکوپتر ، ملخ ، سکان استفاده می شود. با توجه به این واقعیت که این ماده دارای خاصیت مغناطیسی نیست ، از آن در تولید سیستم های الکترونیکی هوانوردی استفاده می شود.
2. صنعت خودرو. تنگستن در مواردی که لازم است یک توده بزرگ را در حجم کمی از فضا متمرکز کنید ، به عنوان مثال ، در موتورهای اتومبیل نصب شده بر روی کامیون های سنگین ، SUV های گران قیمت و خودروهای دیزلی استفاده می شود. همچنین ، تنگستن یک ماده مفید برای تولید میل لنگ و بادگیر ، بارهای شاسی است. علاوه بر چگالی بالا ، این فلز دارای مدول ارتجاعی بالا است ، به لطف این ویژگیها ، از آن برای لرزش ارتعاشات درایوها استفاده می شود.
3. اپتیک وزن تنگستن با پیکربندی پیچیده به عنوان متعادل کننده در میکروسکوپ ها و دیگر ابزارهای نوری با دقت بالا عمل می کند.
4. تولید تجهیزات ورزشی تنگستن به جای سرب در تجهیزات ورزشی استفاده می شود ، زیرا بر خلاف دومی ، برای سلامتی و محیط زیست مضر نیست. به عنوان مثال ، این ماده در ساخت چوب های گلف استفاده می شود.
5. در مهندسی مکانیک. چکش های ارتعاشی از تنگستن ساخته شده اند که با آن شمع ها را حرکت می دهند. در وسط هر ساز یک وزنه چرخشی وجود دارد. انرژی ارتعاشی را به نیروی محرک تبدیل می کند. با توجه به وجود تنگستن ، می توان از چکش ارتعاشی برای خاک فشرده با ضخامت قابل توجه استفاده کرد.
6. برای ساخت ابزار دقیق در حفاری عمیق از ابزارهای دقیق استفاده می شود که نگهدارنده آنها نباید در معرض ارتعاش قرار گیرد. این نیاز توسط تنگستن برآورده می شود ، همچنین دارای مدول ارتجاعی بالایی است. نگهدارنده های ضد ارتعاش عملکرد روان را ارائه می دهند ، بنابراین از آنها در میله های خسته کننده و سنگ زنی ، در شافت ابزار استفاده می شود. قسمت کار این ابزار بر اساس تنگستن ساخته شده است ، زیرا سختی را افزایش داده است.

بر اساس قابلیت محافظت در برابر اشعه استفاده کنید

کولیماتورهای تنگستن در جراحی

• بر اساس این معیار ، آلیاژهای تنگستن جلوتر از چدن ، فولاد ، سرب و آب هستند ، بنابراین کلایماتورها و سپرهای محافظ از فلز ساخته شده اند که در پرتودرمانی استفاده می شوند. آلیاژهای تنگستن تغییر شکل نمی دهند و بسیار قابل اعتماد هستند. استفاده از كوليماتورهاي چند برگي امكان هدايت تابش را به ناحيه خاصي از بافت آسيب ديده ممكن مي كند. در طول درمان ، ابتدا اشعه ایکس برای تعیین محل و تعیین ماهیت تومور انجام می شود. سپس گلبرگهای کولیماتور توسط موتور الکتریکی به موقعیت مورد نظر منتقل می شوند. می توان از 120 گلبرگ استفاده کرد که با کمک آنها زمینه ای ایجاد می شود که شکل تومور را تکرار می کند. علاوه بر این ، پرتوهای با تابش زیاد به منطقه آسیب دیده هدایت می شوند. در این مورد ، تومور تحت تأثیر این واقعیت قرار می گیرد که کولیماتور چند برگ در اطراف بیمار می چرخد. برای محافظت از بافتهای سالم مجاور و محیط در برابر اشعه ، دستگاه کولیماتور باید بسیار دقیق باشد.
• حلقه های مخصوص حلقه ساخته شده از تنگستن برای جراحی رادیویی توسعه یافته اند که تابش آنها به سر و گردن هدایت می شود. این دستگاه تمرکز دقیق اشعه گاما را انجام می دهد. همچنین ، تنگستن بخشی از صفحات توموگرافی کامپیوتری ، عناصر محافظ برای آشکارسازها و شتاب دهنده های خطی ، تجهیزات دوزیمتری و دستگاه های آزمایش غیر مخرب ، ظروف مواد رادیواکتیو است. تنگستن در دستگاه های حفاری استفاده می شود. سپرهایی برای محافظت از ابزارهای غوطه ور در برابر اشعه ایکس و تابش گاما از آن ساخته شده اند.

طبقه بندی آلیاژهای تنگستن

معیارهایی مانند افزایش تراکم و نسوز تنگستن امکان استفاده از آن را در بسیاری از صنایع فراهم می کند. با این حال ، فن آوری های مدرن گاهی اوقات نیاز به خواص مواد اضافی دارند که فلز خالص فاقد آن است. به عنوان مثال ، رسانایی الکتریکی آن کمتر از مس است و ساخت قسمتی از شکل هندسی پیچیده به دلیل شکنندگی مواد مشکل است. در چنین شرایطی ناخالصی ها کمک می کنند. علاوه بر این ، تعداد آنها اغلب از 10 exceed تجاوز نمی کند. پس از افزودن مس ، آهن ، نیکل ، تنگستن ، چگالی آنها بسیار زیاد است (کمتر از 16.5 گرم در سانتی متر مربع) ، جریان الکتریکی را بهتر هدایت می کند و شکل پذیر می شود ، که باعث می شود به خوبی پردازش شود.

اجازه اقامت ، VNM ، VD

بسته به ترکیب ، آلیاژها متفاوت مشخص می شوند.

1. VNZH آلیاژهای تنگستن هستند که حاوی نیکل و آهن هستند ،
2. ВНМ - نیکل و مس ،
3. VD - فقط مس.

در برچسب گذاری ، حروف بزرگ با اعدادی که درصد را نشان می دهند دنبال می شوند. به عنوان مثال ، VNM 3-2 یک آلیاژ تنگستن با افزودن 3٪ نیکل و 2٪ مس است ، VNM 5-3 حاوی 5٪ نیکل و 3٪ آهن در ناخالصی است ، VD-30 از 30٪ مس تشکیل شده است.

تنگستن متعلق به فلزات نسوز است که در پوسته زمین نسبتاً کمیاب هستند. بنابراین ، محتوای پوسته زمین (در درصد) تنگستن حدود 10 -5 ، رنیوم 10 -7 ، مولیبدن 3.10 -4 ، نیوبیوم 10 -3 ، تانتالوم 2.10 -4 و وانادیوم 1.5.10 -2 است.

فلزات نسوز عناصر گذار هستند و در گروه های IV ، V ، VI و VII (زیرگروه A) جدول تناوبی عناصر قرار گرفته اند. با افزایش عدد اتمی ، نقطه ذوب فلزات نسوز در هر یک از زیر گروه ها افزایش می یابد.

عناصر گروههای VA و VIA (وانادیوم ، نیوبیوم ، تانتالوم ، کروم ، مولیبدن و تنگستن) بر خلاف سایر فلزات نسوز ، که دارای ساختار صورت و شش ضلعی هستند ، فلزهای نسوز با شبکه مکعبی بدن محور هستند.

شناخته شده است که عامل اصلی تعیین کننده ساختار بلوری و خواص فیزیکی فلزات و آلیاژها ، ماهیت پیوندهای بین اتمی آنهاست. فلزات نسوز با استحکام بالای پیوند بین اتمی و در نتیجه نقطه ذوب بالا ، افزایش مقاومت مکانیکی و مقاومت الکتریکی قابل توجه مشخص می شوند.

امکان مطالعه فلزات توسط میکروسکوپ الکترونی امکان مطالعه ویژگی های ساختاری مقیاس اتمی را فراهم می کند ، رابطه بین خواص مکانیکی و دررفتگی ها ، گسل های روی هم و غیره را آشکار می سازد. آنها با ساختار الکترونیکی اتم های خود تعیین می شوند. الکترونها می توانند به درجات مختلف از یک اتم به اتم دیگر منتقل شوند و نوع انتقال مربوط به نوع خاصی از پیوند بین اتمی است. ویژگی ساختار الکترونیکی سطح بالایی از نیروهای بین اتمی (پیوندها) ، نقطه ذوب بالا ، قدرت فلزات و تعامل آنها با سایر عناصر و ناخالصی های بینابینی را تعیین می کند. در تنگستن ، پوسته پر انرژی شامل الکترونهای 5 د و 6 ثانیه است.

از بین فلزات نسوز ، تنگستن دارای بیشترین چگالی - 19.3 گرم / سانتی متر 3 است. اگرچه ، هنگامی که در سازه ها استفاده می شود ، چگالی بالای تنگستن را می توان به عنوان یک شاخص منفی در نظر گرفت ، با این وجود ، افزایش استحکام در دماهای بالا باعث می شود با کاهش اندازه محصولات تنگستن ، جرم آنها کاهش یابد.

چگالی فلزات نسوز تا حد زیادی به وضعیت آنها بستگی دارد. به عنوان مثال ، چگالی نوار تنگستن متخلخل بین 17.0-18.0 گرم در سانتی متر 3 و چگالی یک میله جعلی با نرخ تغییر شکل 75 is 18.6-19.2 گرم / سانتی متر 3 است. همانطور که در مولیبدن مشاهده می شود: یک میله متخلخل دارای چگالی 9.2-9.8 گرم / سانتی متر 3 است ، با درجه تغییر شکل 75٪ -9.7-10.2 گرم / سانتی متر 3 جعل شده و 10.2 گرم / سانتی متر 3 ...

برخی از خواص فیزیکی تنگستن ، تانتالوم ، مولیبدن و نیوبیوم برای مقایسه در جدول آمده است. 1. رسانایی گرمایی تنگستن کمتر از نصف رسانایی گرمایی مس است ، اما بسیار بیشتر از آهن یا نیکل است.

فلزات نسوز گروه های VA ، VIA ، VIIA از جدول تناوبی عناصر دارای ضریب انبساط خطی کمتری در مقایسه با سایر عناصر هستند. تنگستن دارای کمترین ضریب انبساط خطی است که نشان دهنده پایداری بالای شبکه اتمی آن است و ویژگی منحصر به فرد این فلز است.

تنگستن دارای رسانایی حرارتی حدود 3 برابر کمتر از رسانایی الکتریکی مس بازپخت شده است ، اما بالاتر از آهن ، پلاتین و برنز فسفریت است.

برای متالورژی ، چگالی فلز در حالت مایع از اهمیت زیادی برخوردار است ، زیرا این ویژگی سرعت حرکت در کانال ها ، فرایند حذف اجزاء گازی و غیر فلزی را تعیین می کند و بر تشکیل حفره انقباض و تخلخل تأثیر می گذارد. شمش برای تنگستن ، این مقدار بیشتر از سایر فلزات نسوز است. با این حال ، یک ویژگی فیزیکی دیگر - کشش سطحی فلزات نسوز مایع در دمای ذوب - کمتر متفاوت است (جدول 1 را ببینید). آگاهی از این ویژگی فیزیکی در فرآیندهایی مانند پوشش محافظ ، اشباع ، ذوب و ریخته گری ضروری است.

خاصیت ریخته گری مهم فلز سیالیت است. اگر برای همه فلزات این مقدار هنگام ریختن یک فلز مایع به شکل مارپیچ در دمای ریختن بالاتر از دمای ذوب 100-200 درجه سانتی گراد تعیین شود ، سیالیت تنگستن با برون یابی وابستگی تجربی این مقدار به گرمای همجوشی

تنگستن در گازهای مختلف ، اسیدها و برخی فلزات مذاب پایدار است. در دمای اتاق ، تنگستن با اسیدهای هیدروکلریک ، سولفوریک و فسفریک تداخل ندارد ، در معرض اسید نیتریک محلول قرار نمی گیرد و تا حدی کمتر از مولیبدن ، به مخلوطی از اسیدهای نیتریک و هیدروفلوریک واکنش نشان می دهد. تنگستن در برابر برخی مواد قلیایی ، به عنوان مثال ، در محیط سدیم و پتاسیم هیدروکسید که در دمای 550 درجه سانتیگراد مقاوم است ، در برابر خوردگی بالا است ، هنگامی که در معرض سدیم مذاب قرار می گیرد ، تا 900 درجه سانتی گراد پایدار است. ، جیوه تا 600 درجه سانتی گراد ، گالیم تا 800 و بیسموت تا 980 درجه سانتیگراد. نرخ خوردگی در این فلزات مایع از 0.025 میلی متر در سال تجاوز نمی کند. در دمای 400-490 درجه سانتی گراد ، تنگستن در هوا و اکسیژن شروع به اکسید شدن می کند. هنگامی که در اسیدهای هیدروکلریک ، نیتریک و هیدروفلوریک تا 100 درجه سانتی گراد گرم می شود ، واکنش ضعیفی رخ می دهد. در مخلوطی از اسیدهای هیدروفلوریک و نیتریک ، تنگستن به سرعت حل می شود. تعامل با محیط های گازی در دمای (درجه سانتی گراد) شروع می شود: با کلر 250 ، با فلورین 20. در دی اکسید کربن ، تنگستن در دمای 1200 درجه سانتی گراد اکسید می شود ، در آمونیاک واکنش نشان نمی دهد.

معمولی بودن اکسیداسیون فلزات نسوز عمدتا توسط دما تعیین می شود. تنگستن تا دمای 800-1000 درجه سانتی گراد دارای الگوی سهمی اکسیداسیون است و بالای 1000 درجه سانتیگراد خطی است.

مقاومت بالا در برابر خوردگی در محیطهای فلزی مایع (سدیم ، پتاسیم ، لیتیوم ، جیوه) امکان استفاده از تنگستن و آلیاژهای آن را در نیروگاه ها فراهم می کند.

خواص استحکام تنگستن به وضعیت مواد و دما بستگی دارد. برای میله های تنگستن جعلی ، مقاومت کششی پس از تبلور مجدد بسته به دمای آزمایش از 141 kgf / mm2 در 20 درجه سانتیگراد تا 15.5 kgf / mm2 در 1370 درجه سانتی گراد متغیر است. تنگستن به دست آمده توسط متالورژی پودر هنگامی که درجه حرارت از 1370 به 2205 تغییر می کند ° C دارد؟ b = 22.5 × 6.3 kgf / mm 2. قدرت تنگستن به ویژه در هنگام تغییر شکل سرد افزایش می یابد. سیم با قطر 0.025 میلی متر دارای مقاومت کششی 427 کیلوگرم بر میلی متر مربع است.

سختی تنگستن تجاری خالص تغییر شکل یافته HB 488 ، آنیل HB 286. در عین حال ، چنین سختی بالایی تا دمای نزدیک به نقطه ذوب باقی می ماند و تا حد زیادی به خلوص فلز بستگی دارد.

مدول الاستیک تقریباً به حجم اتمی دمای ذوب مربوط می شود

جایی که T pl نقطه ذوب مطلق است ؛ V aТ - حجم اتمی ؛ K یک ثابت است.

ویژگی بارز تنگستن در بین فلزات نیز تغییر شکل حجمی زیاد است که از عبارت

جایی که E مدول الاستیسیته نوع اول است ، kgf / mm2 ؛ ؟ ضریب تغییر شکل عرضی.

برگه شکل 3 تغییر در تغییر شکل حجمی فولاد ، چدن و ​​تنگستن را نشان می دهد که با استفاده از عبارت بالا محاسبه شده است.

انعطاف پذیری تنگستن خالص تجاری در دمای 20 درجه سانتی گراد کمتر از 1 است و پس از تمیز کردن ناحیه اشعه الکترون از ناخالصی ها و همچنین با افزودن 2 ox اکسید توریم افزایش می یابد. با افزایش دما ، پلاستیسیته افزایش می یابد.

انرژی بالای پیوندهای بین اتمی فلزات گروه های IV ، V ، VIA قدرت بالای آنها را در اتاق و دمای بالا تعیین می کند. خواص مکانیکی فلزات نسوز به میزان قابل توجهی به خلوص آنها ، روش های تولید ، تصفیه مکانیکی و حرارتی ، نوع محصولات نیمه تمام و سایر عوامل بستگی دارد. بیشتر اطلاعات مربوط به خواص مکانیکی فلزات نسوز ، که در ادبیات منتشر شده است ، بر روی فلزات خالص کافی بدست آمده است ، زیرا ذوب شدن در شرایط خلا نسبتاً اخیر شروع به استفاده کرد.

در شکل 1 وابستگی نقطه ذوب فلزات نسوز به موقعیت جدول تناوبی عناصر را نشان می دهد.

مقایسه خواص مکانیکی تنگستن پس از ذوب قوس و تنگستن به دست آمده توسط متالورژی پودر نشان می دهد که اگرچه قدرت نهایی آنها به طور ناچیزی متفاوت است ، اما تنگستن ذوب قوس بیشتر شکل پذیر است.

سختی برینل تنگستن به شکل یک میله پخت شده HB 200-250 است و از ورق نورد سرد سرد HB 450-500 ، سختی مولیبدن به ترتیب HB 150-160 و HB 240-250 است.

آلیاژ تنگستن به منظور افزایش پلاستیسیته آن انجام می شود ، برای این منظور از عناصر جایگزین استفاده می شود. بیشتر و بیشتر به تلاش برای افزایش شکل پذیری فلزات گروه VIA با افزودن مقادیر کمی عناصر گروه های VII و VIII توجه می شود. افزایش پلاستیسیته با این واقعیت توضیح داده می شود که هنگام آلیاژ کردن فلزات انتقالی با مواد افزودنی ، چگالی الکترونی ناهمگن در آلیاژ ایجاد می شود که به دلیل محلی شدن الکترون های عناصر آلیاژی است. در این حالت ، اتم عنصر آلیاژی نیروهای پیوندهای بین اتمی را در حجم مجاور حلال تغییر می دهد. طول چنین حجمی باید به ساختار الکترونیکی فلزات آلیاژی و آلیاژی بستگی داشته باشد.

مشکل در ایجاد آلیاژهای تنگستن در این واقعیت نهفته است که هنوز امکان افزایش شکل پذیری لازم با افزایش قدرت فراهم نشده است. خواص مکانیکی آلیاژهای تنگستن دوپ شده با مولیبدن ، تانتالوم ، نیوبیوم و اکسید توریم (در طول آزمایشات کوتاه مدت) در جدول آورده شده است. 4

آلیاژ کردن تنگستن با مولیبدن امکان دستیابی به آلیاژهایی را فراهم می آورد که از نظر خواص استحکامی نسبت به تنگستن بدون آلیاژ تا دمای 2200 درجه سانتی گراد برتری دارند (جدول 4 را ببینید). با افزایش محتوای تانتالوم از 1.6 به 3.6 در دمای 1650 درجه سانتی گراد ، قدرت 2.5 برابر افزایش می یابد. این با کاهش 2 برابر طول کشیدن همراه است.

آلیاژهای آلیاژی با پراکندگی سخت و پیچیده بر اساس تنگستن ، که حاوی مولیبدن ، نیوبیوم ، هافنیوم ، زیرکونیوم و کربن هستند ، توسعه یافته و در حال تسلط هستند. به عنوان مثال ، ترکیبات زیر: W - 3٪ Mo - 1٪ Nb؛ W - 3 Mo Mo - 0.1 H Hf ؛ W - 3 Mo Mo - 0.05 Z Zr ؛ W - 0.07 Z Zr - 0.004 B B ؛ W - 25٪ Mo - 0.11٪ Zr - 0.05٪ C

آلیاژ W - 0.48 Z Zr -0.048 C C دارد؟ b = 55.2 کیلوگرم در میلی متر در دمای 1650 درجه سانتی گراد و 43.8 کیلوگرم در میلی متر در 1925 درجه سانتی گراد

آلیاژهای تنگستن حاوی هزارم درصد بور ، دهم درصد زیرکونیوم و هافنیوم و حدود 1.5 درصد نیوبیوم دارای خواص مکانیکی بالایی هستند. استحکام کششی این آلیاژها در دمای بالا 54.6 کیلوگرم در میلی متر در دمای 1650 درجه سانتی گراد ، 23.8 کیلوگرم در میلی متر در دمای 2200 درجه سانتی گراد و 4.6 کیلوگرم در میلی متر در 2760 درجه سانتی گراد است. با این حال ، دمای گذار (حدود 500 درجه سانتی گراد ) چنین آلیاژهایی از حالت پلاستیکی تا حالت شکنندگی بسیار زیاد است.

این مقاله حاوی اطلاعاتی در مورد آلیاژهای تنگستن با 0.01 و 0.1٪ C است که مشخصه آنها مقاومت کششی است که 2-3 برابر بیشتر از مقاومت کششی تنگستن تبلور مجدد است.

رنیوم مقاومت حرارتی آلیاژهای تنگستن را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد (جدول 5).

برای مدت زمان بسیار طولانی و در مقیاس وسیع ، تنگستن و آلیاژهای آن در فناوری الکتریکی و خلا استفاده می شود. تنگستن و آلیاژهای آن مواد اصلی برای تولید رشته ها ، الکترودها ، کاتدها و دیگر عناصر ساختاری دستگاه های خلاء برقی قدرتمند هستند. تابش زیاد و خروجی نور در حالت رشته ای ، فشار بخار کم ، تنگستن را به یکی از مهمترین مواد برای این صنعت تبدیل می کند. تنگستن خالص (بدون افزودنی) در دستگاههای الکترو خلاء برای ساخت قطعاتی که در دمای پایین کار می کنند و در دمای بالاتر از 300 درجه سانتی گراد پیش تصفیه نمی شوند ، استفاده می شود.

مواد افزودنی عناصر مختلف به طور قابل توجهی خواص تنگستن را تغییر می دهد. این امر باعث ایجاد آلیاژهای تنگستن با ویژگی های مورد نیاز می شود. به عنوان مثال ، برای قطعاتی از دستگاههای خلاء که نیاز به استفاده از تنگستن غیر افتاده در دمای تا 2900 درجه سانتی گراد و با دمای بالای تبلور مجدد اولیه دارند ، از آلیاژهای با افزودنیهای سیلیکون-قلیایی یا آلومینیوم استفاده می شود. مواد افزودنی قلیایی سیلیکون و توریم دمای تبلور مجدد را افزایش داده و قدرت تنگستن را در دماهای بالا افزایش می دهد ، که این امر امکان تولید قطعاتی را می دهد که در دمای حداکثر 2100 درجه سانتی گراد در شرایط افزایش تنش مکانیکی کار می کنند.

کاتد دستگاه های الکترونیکی و تخلیه گاز ، قلاب ها و فنرهای لامپ های ژنراتور به منظور افزایش خواص انتشار از تنگستن با افزودنی اکسید توریم (به عنوان مثال ، درجه VT-7 ، VT-10 ، VT-15 ، با میزان اکسید توریم به ترتیب 7 ، 10 و 15).

ترموکوپل های درجه حرارت بالا از آلیاژهای تنگستن-رنیوم ساخته می شوند. تنگستن بدون افزودنی ، که در آن افزایش ناخالصی مجاز است ، در ساخت قطعات سرد دستگاههای الکترو خلا (بوش های شیشه ای ، تراورس) استفاده می شود. توصیه می شود الکترودهای لامپ های فلش و کاتدهای سرد لامپ های تخلیه گاز را از آلیاژ تنگستن با نیکل و باریم بسازید.

برای کار در دمای بالای 1700 درجه سانتی گراد ، باید از آلیاژهای BB-2 (تنگستن-مونیوبیوم) استفاده شود. جالب است بدانید که در آزمایشات کوتاه مدت ، آلیاژهای دارای محتوای نیوبیوم از 0.5 تا 2٪ دارای مقاومت کششی در دمای 1650 درجه سانتی گراد 2-2.5 برابر بیشتر از تنگستن بدون آلیاژ هستند. دوام ترین آلیاژ تنگستن با 15 درصد مولیبدن است. آلیاژهای W-Re-Th O2 ماشینکاری خوبی در مقایسه با آلیاژهای W-Re دارند. افزودن دی اکسید توریم امکان پردازش مانند تراش ، فرز ، حفاری را فراهم می آورد.

آلیاژ تنگستن با رنیوم پلاستیسیته آن را افزایش می دهد ، در حالی که خواص استحکام با افزایش دما تقریباً یکسان می شود. افزودن اکسیدهای ریز به آلیاژهای تنگستن شکل پذیری آنها را افزایش می دهد. علاوه بر این ، این مواد افزودنی به طور قابل توجهی قابلیت ماشینکاری را بهبود می بخشد.

آلیاژهای تنگستن با رنیوم (W - 3٪ Re؛ W - 5٪ Re؛ W - 25٪ Re) برای اندازه گیری و کنترل دما تا 2480 درجه سانتی گراد در تولید فولاد و سایر انواع فناوری استفاده می شود. استفاده از آلیاژهای تنگستن-رنیوم در ساخت آنتی کاتد در لوله های اشعه ایکس در حال افزایش است. آنتی کاتد مولیبدن که با این آلیاژ پوشانده شده است تحت استرس زیاد عمل می کند و عمر طولانی تری دارد.

حساسیت بالای الکترودهای تنگستن به تغییرات غلظت یونهای هیدروژن به آنها اجازه می دهد تا برای تیتراسیون پتانسیومتری استفاده شوند. چنین الکترودهایی برای کنترل آب و محلولهای مختلف استفاده می شود. آنها از نظر طراحی ساده هستند و مقاومت الکتریکی پایینی دارند که این امر آنها را برای استفاده به عنوان میکروالکترود در مطالعه مقاومت اسیدی لایه نزدیک الکترود در فرایندهای الکتروشیمیایی امیدوار می کند.

مضرات تنگستن شکل پذیری پایین آن است (؟<1%), большая плотность, высокое поперечное сечение захвата тепловых нейтронов, плохая свариваемость, низкая ока-линостойкость и плохая обрабатываемость резанием. Однако легирование его различными элементами позволяет улучшить эти характеристики.

تعدادی از قطعات صنعت برق و آسترهای نازل موتور از تنگستن آغشته به مس یا نقره ساخته شده است. برهم کنش فاز جامد نسوز (تنگستن) با فلز آغشته (مس یا نقره) به گونه ای است که حلالیت متقابل فلزات عملاً وجود ندارد. زوایای تماس خیس شدن تنگستن با مس مایع و نقره به دلیل انرژی سطحی بالای تنگستن نسبتاً کوچک است و این واقعیت نفوذ نقره یا مس را بهبود می بخشد. تنگستن آغشته به نقره یا مس در ابتدا به دو روش تولید می شد: با فرو بردن کامل شمش تنگستن در فلزات مذاب یا غوطه ور کردن بخشی از شمش معلق تنگستن. روشهای اشباع با استفاده از فشار هیدرواستاتیک مایع یا مکش خلاء نیز وجود دارد.

ساخت اتصالات الکتریکی آغشته به نقره یا مس از تنگستن به شرح زیر انجام می شود. ابتدا ، پودر تنگستن تحت شرایط تکنولوژیکی خاصی فشرده و متخلخل می شود. سپس قطعه کار حاصل آغشته می شود. بسته به تخلخل به دست آمده از قطعه کار ، نسبت عامل آغشته کننده تغییر می کند. بنابراین ، مقدار مس موجود در تنگستن می تواند بین 30 تا 13 درصد متغیر باشد هنگامی که فشار مخصوص فشار از 2 به 20 tf / cm2 تغییر می کند. فناوری بدست آوردن مواد آغشته شده بسیار ساده ، مقرون به صرفه است و کیفیت چنین تماس هایی بالاتر است ، زیرا یکی از اجزای سختی بالا ، مقاومت در برابر فرسایش ، نقطه ذوب بالا و دیگری هدایت الکتریکی آن را افزایش می دهد.

نتایج خوبی در هنگام استفاده از تنگستن آغشته به مس یا نقره برای ساختن نازل برای موتورهای سوخت جامد به دست می آید. افزایش خواص تنگستن آغشته به عنوان هدایت حرارتی و هدایت الکتریکی ، ضریب انبساط حرارتی ، دوام موتور را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. علاوه بر این ، تبخیر فلز آغشته به تنگستن در حین کار موتور تأثیر مثبتی دارد ، باعث کاهش شار حرارتی و کاهش اثر فرسایشی محصولات احتراق می شود.

پودر تنگستن در ساخت مواد متخلخل برای قطعات موتور یون الکترواستاتیک استفاده می شود. استفاده از تنگستن برای این اهداف باعث بهبود ویژگی های اساسی آن می شود.

خواص فرسایش حرارتی نازلهای ساخته شده از تنگستن تقویت شده با اکسیدهای پراکنده ZrO2 ، MgO2 ، V2O3 ، НfO2 در مقایسه با نازلهای تنگستن متخلخل افزایش می یابد. پس از آماده سازی مناسب ، روکش های گالوانیک روی سطح تنگستن برای کاهش خوردگی در دمای بالا اعمال می شود ، به عنوان مثال ، آبکاری نیکل ، که در الکترولیت حاوی 300 گرم در لیتر سولفات سدیم ، 37.5 گرم در لیتر اسید بوریک در جریان انجام می شود. چگالی 0.5-11 A / dm 2 ، دما 65 درجه سانتی گراد و pH = 4.

تنگستن یک عنصر شیمیایی گروه 4 با شماره اتمی 74 در جدول تناوبی دیمیتری ایوانوویچ مندلیف است که نشان W (Wolframium) است. این فلز توسط دو دانشمند شیمیایی اسپانیایی ، برادران d'Eluyard ، در سال 1783 کشف و جدا شد. نام "Wolframium" به عنصری از Wolframite معدنی که قبلاً شناخته شده بود ، منتقل شد ، که در قرن شانزدهم شناخته می شد ، سپس به آن "فوم گرگ" ، یا در لاتین "Spuma lupi" می گفتند ، در زبان آلمانی این عبارت به نظر می رسد "گرگ رحم" (تنگستن). این نام با این واقعیت همراه بود که تنگستن ، در حالی که همراه سنگ معدن قلع بود ، به طور قابل توجهی با ذوب قلع تداخل داشت ، زیرا او قلع را به کف سرباره منتقل کرد (مردم در مورد این روند گفتند: "قلع مانند یک گرگ گوسفند بلعیده می شود!"). در حال حاضر در ایالات متحده ، فرانسه ، بریتانیای کبیر و برخی کشورهای دیگر نام "تنگستن" برای نامگذاری تنگستن استفاده می شود (از تنگ تنگ سوئدی ، که به معنی "سنگ سنگین" است).

تنگستن یک فلز گذار خاکستری و سخت است. کاربرد اصلی تنگستن نقش پایه در مواد نسوز در متالورژی است. تنگستن بسیار مقاوم است ؛ در شرایط عادی ، این فلز از نظر شیمیایی مقاوم است.

تنگستن از نظر سختی ، سنگینی و نسوز غیر معمول با سایر فلزات متفاوت است. از زمان های قدیم ، مردم از عبارت "سنگین مانند سرب" یا "سنگین تر از سرب" ، "پلک سربی" و غیره استفاده می کردند. اما استفاده از کلمه "تنگستن" در این تمثیلها صحیح تر خواهد بود. چگالی این فلز تقریباً دو برابر سرب ، به طور دقیق ، 1.7 برابر است. با همه اینها ، جرم اتمی تنگستن کمتر است و مقدار آن 184 در مقابل 207 برای سرب است.

تنگستن یک فلز خاکستری روشن با بالاترین نقطه ذوب و جوش است. به دلیل انعطاف پذیری و انعطاف پذیری تنگستن ، می توان از آن به عنوان رشته های وسایل روشنایی ، در لوله های تصویر و همچنین سایر لوله های خلا استفاده کرد.

بیست ماده معدنی تنگستن شناخته شده است. رایج ترین: مواد معدنی گروه شیلیت ولفرامیت ، که دارای اهمیت صنعتی هستند. سولفید ولفرامیت کمتر رایج است ، به عنوان مثال. تنگستنزیت (WS2) و ترکیبات اکسید مانند- فرو و کاپرو تونگستیت ، تنگستیت ، هیدرو تنگستیت. Vads ، psilomelans با محتوای تنگستن بالا گسترده هستند.

بسته به شرایط وقوع ، ریخت شناسی و نوع رسوبات تنگستن ، از روش های باز ، زیرزمینی و ترکیبی در توسعه آنها استفاده می شود.

در حال حاضر هیچ راهی برای تولید مستقیم تنگستن از کنسانتره وجود ندارد. در این رابطه ، ابتدا ترکیبات میانی از کنسانتره جدا شده و سپس تنگستن فلزی از آنها بدست می آید. جداسازی تنگستن شامل موارد زیر است: تجزیه کنسانتره ها ، سپس انتقال فلز به ترکیبات ، که از آن از بقیه عناصر همراه جدا می شود. جداسازی اسید تنگستیک ، یعنی ترکیب شیمیایی خالص تنگستن ، با تولید بعدی تنگستن به شکل فلزی ادامه می یابد.

تنگستن در ساخت ماشین آلات و تجهیزات صنایع فلزکاری ، ساخت و ساز و معدن ، در تولید لامپ و لامپ ، در صنعت حمل و نقل و لوازم الکترونیکی ، در صنایع شیمیایی و سایر مناطق استفاده می شود.

این ابزار که از فولاد تنگستن ساخته شده است قادر است در برابر سرعت عظیم فرآیندهای فلزکاری شدید مقاومت کند. سرعت برش با چنین ابزاری معمولاً دهها متر بر ثانیه اندازه گیری می شود.

تنگستن نسبتاً ضعیف در طبیعت پخش می شود. مقدار فلز در پوسته زمین از نظر وزن حدود 1.3 · 10 − 4 است. مواد معدنی اصلی حاوی تنگستن ، تنگستات های طبیعی هستند: شیلیت ، که در اصل تنگستن نامیده می شد و ولفرامیت.

خواص بیولوژیکی

نقش بیولوژیکی تنگستن ناچیز است. تنگستن از نظر خواص آن بسیار شبیه مولیبدن است ، اما بر خلاف دومی ، تنگستن یک عنصر ضروری نیست. با وجود این واقعیت ، تنگستن کاملاً قادر به جایگزینی مولیبدن در حیوانات و گیاهان ، در باکتری ها است ، در حالی که فعالیت آنزیم های وابسته به مو ، به عنوان مثال ، زانتین اکسیداز را مهار می کند. به دلیل تجمع نمک های تنگستن در حیوانات ، سطح اسید اوریک کاهش می یابد و سطح هیپوکسانتین و گزانتین افزایش می یابد. گرد و غبار تنگستن ، مانند دیگر گرد و غبارهای فلزی ، سیستم تنفسی را تحریک می کند.

به طور متوسط ​​، روزانه 0.001-0.015 میلی گرم تنگستن با غذا وارد بدن انسان می شود. جذب عنصر خود ، مانند نمک های تنگستن ، در دستگاه گوارش انسان 1 تا 10 درصد ، برای اسیدهای تنگستیک نامحلول - تا 20 درصد است. تنگستن عمدتاً در بافت استخوان و کلیه تجمع می یابد. استخوانها حاوی 0.00025 میلی گرم بر کیلوگرم و خون انسان حدود 0.001 میلی گرم در لیتر تنگستن است. این فلز معمولاً به طور طبیعی از طریق ادرار از بدن دفع می شود. اما 75 درصد از ایزوتوپ رادیواکتیو تنگستن 185 وات از طریق مدفوع دفع می شود.

منابع غذایی تنگستن و همچنین نیاز روزانه آن هنوز مطالعه نشده است. دوز سمی برای بدن انسان هنوز مشخص نشده است. مرگ در موشها از کمی بیش از 30 میلی گرم ماده رخ می دهد. در پزشکی ، اعتقاد بر این است که تنگستن اثرات متابولیک ، سرطان زا و تراتوژنیک روی انسان و حیوان ندارد.

نشانگر وضعیت عنصری تنگستن در بدن انسان: ادرار ، خون کامل. هیچ اطلاعاتی در مورد کاهش سطح تنگستن در خون وجود ندارد.

افزایش محتوای تنگستن در بدن اغلب در کارگران کارخانه های متالورژی که در تولید مواد نسوز و مقاوم در برابر حرارت ، فولادهای آلیاژی و همچنین در افرادی که با کاربید تنگستن در تماس هستند ، رخ می دهد.

سندرم بالینی "بیماری فلزات سنگین" یا پنوموکونیوز می تواند ناشی از ورود مزمن گرد و غبار تنگستن به بدن باشد. علائم ممکن است شامل سرفه ، مشکلات تنفسی ، ایجاد آسم آتوپیک و تغییرات در ریه ها باشد. سندرم های شرح داده شده معمولاً پس از استراحت طولانی مدت و به سادگی در صورت عدم تماس مستقیم با وانادیوم فروکش می کنند. در شدیدترین موارد ، با تاخیر در تشخیص بیماری ، آسیب شناسی cor pulmonale ، آمفیزم و فیبروز ریوی ایجاد می شود.

"بیماریهای فلزات سنگین" و پیش نیازهای آن معمولاً در نتیجه قرار گرفتن در معرض چندین نوع فلزات و نمک ها (به عنوان مثال ، کبالت ، تنگستن و غیره) ظاهر می شود. مشخص شد که اثر ترکیبی تنگستن و کبالت بر بدن انسان اثر مضر بر سیستم ریوی را افزایش می دهد. ترکیب کاربیدهای تنگستن و کبالت می تواند باعث التهاب موضعی و درماتیت تماسی شود.

در مرحله کنونی توسعه پزشکی ، هیچ روش موثری برای تسریع متابولیسم یا حذف گروهی از ترکیبات فلزی وجود ندارد که بتواند ظاهر "بیماری فلزات سنگین" را تحریک کند. به همین دلیل انجام مداوم اقدامات پیشگیرانه و شناسایی به موقع افراد با حساسیت بالا به فلزات سنگین و انجام تشخیص در مرحله اولیه بیماری بسیار مهم است. همه این عوامل شانس بیشتر موفقیت در درمان آسیب شناسی را تعیین می کند. اما در برخی موارد ، در صورت لزوم ، از درمان با عوامل کمپلکس کننده و درمان علامتی استفاده می شود.

بیش از نیمی (یا بهتر بگویم 58 درصد) از کل تنگستن تولید شده در تولید کاربید تنگستن و تقریباً یک چهارم (به طور دقیق تر ، 23 درصد) در تولید انواع فولادها و آلیاژها استفاده می شود. تولید "محصولات نورد" تنگستن (شامل رشته های لامپ های رشته ای ، اتصالات الکتریکی و غیره) حدود 8 درصد از تنگستن مصرف شده در جهان را شامل می شود و 9 درصد باقی مانده برای به دست آوردن کاتالیزورها و رنگدانه ها استفاده می شود.

سیم تنگستن ، که در لامپ های برقی کاربرد پیدا کرده است ، اخیراً مشخصات جدیدی پیدا کرده است: پیشنهاد شده است که از آن به عنوان ابزار برش در پردازش مواد شکننده استفاده شود.

استحکام بالا و شکل پذیری خوب تنگستن امکان تولید اقلام منحصر به فرد از آن را می دهد. به عنوان مثال ، می توان یک سیم آنقدر نازک از این فلز بیرون کشید که 100 کیلومتر از این سیم تنها 250 کیلوگرم جرم خواهد داشت.

تنگستن مایع مذاب می تواند در این حالت حتی در نزدیکی سطح خود خورشید باقی بماند ، زیرا نقطه جوش فلز بالاتر از 5500 درجه سانتی گراد است.

بسیاری از مردم می دانند که برنز از مس ، روی و قلع تشکیل شده است. اما ، به اصطلاح برنز تنگستن نه تنها برنز نیست ، زیرا هیچ یک از فلزات فوق را شامل نمی شود ، به هیچ وجه آلیاژ نیست ، زیرا ترکیبات کاملاً فلزی در آن وجود ندارد و سدیم و تنگستن اکسیده می شوند.

دریافت رنگ هلو بسیار دشوار بود و اغلب به هیچ وجه غیرممکن بود. این نه قرمز است و نه صورتی ، بلکه نوعی واسطه و حتی با رنگ سبز است. این وام می گوید که برای به دست آوردن این رنگ باید بیش از 8000 تلاش استفاده شود. در قرن هفدهم ، تنها گرانترین اقلام چینی برای امپراتور وقت چین در کارخانه ای خاص در استان شانشی با رنگ هلو تزئین شده بود. اما هنگامی که پس از مدتی امکان کشف راز یک رنگ کمیاب وجود داشت ، معلوم شد که بر اساس چیزی بیشتر از اکسید تنگستن ساخته نشده است.

این اتفاق در سال 1911 رخ داد. دانشجویی از پکن به استان یوننان آمد ، نام او لی بود. روز به روز او در کوهها ناپدید می شد و سعی می کرد نوعی سنگ پیدا کند ، همانطور که توضیح داد ، این سنگی از جنس قلع است. اما موفق نشد صاحب خانه ای که دانشجوی لی در آن زندگی می کرد با یک دختر جوان به نام شیائو می زندگی می کرد. دختر برای دانشجوی بدشانس بسیار متاسف بود و عصر ، هنگام شام ، داستانهای ساده و بدون عارضه ای را برای او تعریف کرد. یک داستان درباره اجاق گاز غیر معمول بود ، که از نوعی سنگ تیره ساخته شده بود که مستقیماً از صخره سقوط کرده و در حیاط پشتی خانه آنها گذاشته شده بود. این اجاق گاز کاملاً موفق بود و مهمتر از همه ، بادوام بود ، سالها به طور منظم به صاحبان آن خدمت می کرد. جوان شیائو می حتی یک سنگ از این دست را به دانش آموز هدیه داد. این سنگ قهوه ای بود ، سنگین مانند سرب. بعداً معلوم شد که این سنگ ولفرامیت خالص است ...

در سال 1900 ، در افتتاحیه نمایشگاه جهانی متالورژی در پاریس ، نمونه های کاملاً جدیدی از فولاد با سرعت بالا (آلیاژ فولاد با تنگستن) برای اولین بار نشان داده شد. به معنای واقعی کلمه بلافاصله پس از آن ، تنگستن به طور گسترده ای در صنعت متالورژی همه کشورهای بسیار توسعه یافته استفاده شد. اما یک واقعیت نسبتاً جالب وجود دارد: برای اولین بار فولاد تنگستن در روسیه در سال 1865 در کارخانه موتوویلیخ در اورال اختراع شد.

در اوایل سال 2010 ، یک اثر جالب به دست متخصصان زیبایی شناسی پرم افتاد. اعتقاد بر این است که خرابه یک سفینه فضایی است. تجزیه و تحلیل قطعه نشان داد که این شی تقریباً کاملاً از تنگستن خالص تشکیل شده است. فقط 0.1 درصد از ترکیب ناخالصی های کمیاب را شامل می شود. به گفته دانشمندان ، نازل های موشک از تنگستن خالص ساخته شده است. اما ، تا کنون نمی توان یک واقعیت را توضیح داد. تنگستن در هوا به سرعت اکسید شده و زنگ می زند. اما به دلایلی این قطعه دچار خوردگی نمی شود.

تاریخ

کلمه "تنگستن" خود منشا آلمانی دارد. قبلاً ، تنگستن خود فلز نامیده نمی شد ، بلکه ماده معدنی اصلی آن بود ، یعنی به ولفرامیت برخی معتقدند که در آن زمان این کلمه تقریباً به عنوان فحش استفاده می شد. از اوایل قرن 16 تا نیمه دوم قرن 17 ، تنگستن یک ماده معدنی قلع محسوب می شد. اگرچه اغلب اغلب با سنگ معدن همراه است. اما از سنگ معدن ، که شامل wolframite بود ، قلع بسیار کمتر ذوب شد. گویی کسی یا چیزی قلع مفید را "بلعیده است". نام عنصر جدید از اینجا آمده است. در آلمانی ، گرگ (Wolf) به معنی گرگ است و Ram (Ramm) در ترجمه از آلمانی باستان به معنی قوچ است. آن ها عبارت "مثل گرگ بره قلع می خورد" نام این فلز شد.

مجله معروف چکیده شیمیایی ایالات متحده یا نشریات مرجع در مورد همه عناصر شیمیایی توسط ملور (انگلستان) و پاسکال (فرانسه) حتی اشاره ای به عنصری مانند تنگستن ندارند. عنصر شیمیایی شماره 74 آنها تنگستن نامیده می شود. نماد W ، که نشان دهنده تنگستن است ، تنها در چند سال گذشته مورد استقبال گسترده قرار گرفته است. در فرانسه و ایتالیا ، تا همین اواخر ، عنصر با حروف Tu ، یعنی اولین حروف کلمه تنگستن

مبانی این سردرگمی در تاریخچه کشف عنصر نهفته است. در سال 1783 ، برادران الوارد شیمیدانان اسپانیایی گزارش کردند که موفق به کشف یک عنصر شیمیایی جدید شده اند. در روند تجزیه معدنی ساکسون "تنگستن" با اسید نیتریک ، آنها موفق به بدست آوردن "زمین اسیدی" شدند ، یعنی رسوب زرد یک اکسید از فلز ناشناخته ، رسوب در آمونیاک محلول شد. در ماده اولیه ، این اکسید همراه با اکسیدهای منگنز و آهن بود. برادران الوارد این عنصر را تنگستن ، و ماده معدنی که از آن فلز استخراج شده بود ، ولفرامیت نامیدند.

اما نمی توان برادران الوارد را 100٪ کاشف تنگستن نامید. البته ، آنها اولین کسانی بودند که کشف خود را به صورت چاپی گزارش کردند ، اما ... در سال 1781 ، دو سال قبل از کشف برادران ، شیمیدان مشهور سوئدی کارل ویلهلم شیل دقیقاً همان "زمین زرد" را پیدا کرد در حالی که یک ماده معدنی دیگر را با نیتریک درمان می کرد. اسید. دانشمند آن را به سادگی "تنگستن" (ترجمه شده از سوئدی تنگ - سنگین ، استن - سنگ ، یعنی "سنگ سنگین") نامگذاری کرد. کارل ویلهلم شیل دریافت که "زمین زرد" از نظر رنگ و همچنین سایر خواص با مولیبدن مشابه آن تفاوت دارد. دانشمند همچنین دریافت که در خود ماده معدنی ، به اکسید کلسیم متصل می شود. به افتخار شیل ، نام ماده معدنی "تنگستن" به "شلیت" تغییر یافت. جالب است که یکی از برادران الوارد دانش آموز شیل بود ، در سال 1781 در آزمایشگاه معلم کار می کرد. نه شیل و نه برادران الوارد شروع به کشف این کشف نکردند. شیل به سادگی ادعای این کشف را نداشت و برادران الوارد بر اولویت اولویت خود اصراری نداشتند.

بسیاری از افراد به اصطلاح "برنز تنگستن" شنیده اند. این فلزات در ظاهر بسیار زیبا هستند. برنز تنگستن آبی دارای ترکیب زیر Na2O · WO2 · و طلایی - 4WO3Na2O · WO2 · WO3 است ؛ بنفش و قرمز بنفش موقعیت میانی را اشغال می کنند ، در آنها نسبت WO3 به WO2 کمتر از چهار و بیش از یک است. همانطور که فرمولها نشان می دهند ، این مواد نه حاوی قلع ، نه مس و نه روی هستند. اینها برنز نیستند و اصلاً آلیاژ نیستند. آنها حتی ترکیبات فلزی ندارند و سدیم و تنگستن در اینجا اکسیده می شوند. چنین "برنز" نه تنها از نظر بیرونی ، بلکه از نظر ویژگی های آنها به برنز واقعی شباهت دارد: سختی ، مقاومت در برابر معرفهای شیمیایی ، هدایت الکتریکی بالا.

در زمان های قدیم ، شکوفه هلو یکی از نادرترین بود ، گفته می شود که برای به دست آوردن آن 8000 آزمایش طول کشیده است. در قرن 17 ، گران ترین اقلام چینی امپراتور چین به رنگ هلو رنگ آمیزی شد. اما پس از افشای راز این رنگ ، ناگهان مشخص شد که بر اساس اکسید تنگستن ساخته شده است.

بودن در طبیعت

تنگستن در طبیعت ضعیف است ، محتوای فلز در پوسته زمین 1.3 · 10-4 by وزن است. تنگستن عمدتاً در ترکیبات پیچیده اکسید شده ، که توسط تری اکسید تنگستن WO3 ، و همچنین اکسیدهای آهن و کلسیم یا منگنز ، گاهی مس ، سرب ، توریم و عناصر مختلف کمیاب خاکی تشکیل می شود ، یافت می شود. رایج ترین ماده معدنی ، wolframite ، یک محلول جامد از تنگستات ها است ، به عنوان مثال. نمک های اسید تنگستیک ، منگنز و آهن (nMnWO 4 mFeWO 4). این محلول بسته به غلظت ترکیبات مختلف در ترکیب محلول ، به شکل بلورهای سخت و سنگین به رنگ سیاه یا قهوه ای است. اگر ترکیبات منگنز (Hübnerite) بیشتر باشد ، بلورها سیاه می شوند ، اگر ترکیبات آهن (ferberite) غالب باشند ، محلول قهوه ای می شود. Wolframite بسیار رسانا و پارامغناطیس است

در مورد سایر مواد معدنی تنگستن ، شیلیت دارای اهمیت صنعتی است ، به عنوان مثال. تنگستات کلسیم (فرمول CaWO 4). این ماده معدنی کریستال های درخشانی از رنگهای زرد روشن و گاهی تقریباً سفید تشکیل می دهد. Scheelite کاملاً غیر مغناطیسی است ، اما دارای ویژگی دیگری است - توانایی درخشندگی. پس از نور ماوراء بنفش در تاریکی ، با رنگ آبی روشن فلورسنت می شود. وجود ناخالصی مولیبدن رنگ درخشش را تغییر می دهد ، به آبی کم رنگ و گاهی به کرم تغییر می کند. به لطف این ویژگی ، می توان رسوبات زمین شناسی این کانی را به راحتی تشخیص داد.

معمولاً ذخایر سنگ معدن تنگستن با منطقه توزیع گرانیت ارتباط دارد. بلورهای بزرگ شیلایت یا ولفرامیت بسیار نادر هستند. معمولاً مواد معدنی به سادگی در سنگ های گرانیت جاسازی می شوند. استخراج تنگستن از گرانیت بسیار مشکل است ، زیرا غلظت آن معمولاً بیش از 2 نیست. در مجموع ، بیش از 20 ماده معدنی تنگستن شناخته نشده است. در میان آنها ، استولزیت و راسویت را می توان تشخیص داد ، که دو اصلاح متفاوتی از تنگستات سرب PbWO 4 هستند. بقیه مواد معدنی محصولات تجزیه یا اشکال ثانویه مواد معدنی معمولی هستند ، به عنوان مثال ، شیلیت و ولفرامیت (هیدرو تونگستیت ، که یک اکسید تنگستن هیدراته است ، از ولفرامیت تشکیل شده است ؛ اخل تنگستن) ، روسلیت ، کانی حاوی اکسیدهای تنگستن و بیسموت. تنها کانی غیر اکسیدی تنگستن تنگستنیت (WS 2) است ، ذخایر اصلی آن در ایالات متحده واقع شده است. به طور معمول ، محتوای تنگستن در محدوده 0.3 تا 1.0 درصد WO3 است.

همه رسوبات تنگستن منشاء گرمابی یا ماگمایی دارند. شیلیت و ولفرامیت اغلب در شکل رگه ها یافت می شوند ، در مناطقی که ماگما به شکاف های پوسته زمین نفوذ کرده است. قسمت عمده ذخایر تنگستن در مناطق رشته کوه های جوان - آلپ ، هیمالیا و کمربند اقیانوس آرام متمرکز شده است. بزرگترین ذخایر ولفرامیت و شیلیت در چین ، برمه ، ایالات متحده ، روسیه (اورال ، ترانس باکالیا و قفقاز) ، پرتغال و بولیوی واقع شده است. تولید سالانه سنگ معدن تنگستن در جهان تقریباً 5.95 · 104 تن فلز است که 49.5 · 104 تن (یا 83)) از آن در چین استخراج می شود. در روسیه ، حدود 3400 تن در سال استخراج می شود ، در کانادا - 3000 تن در سال.

چین نقش یک رهبر جهانی در توسعه مواد اولیه تنگستن را بازی می کند (سپرده جیانشی 60 درصد از تولیدات چینی ، هونان - 20 درصد ، یوننان - 8 درصد ، گواندونگ - 6 درصد ، مغولستان داخلی و گوانزی - هر کدام 2 درصد را شامل می شود. ، دیگران وجود دارد). در روسیه ، بزرگترین ذخایر سنگ معدن تنگستن در 2 منطقه واقع شده است: در قفقاز شمالی (تیرنیوز ، کاباردینو-بالکاریا) و در شرق دور. این کارخانه در نالچیک سنگ معدن تنگستن را به پاراتونگستات آمونیوم و اکسید تنگستن تبدیل می کند.

بزرگترین مصرف کننده تنگستن اروپای غربی (30) است. ایالات متحده و چین - هر کدام 25 درصد ، 12 تا 13 درصد - ژاپن. در کشورهای مستقل مشترک المنافع ، سالانه حدود 3000 تن فلز مصرف می شود.

کاربرد

در کل ، جهان حدود 30 هزار تن تنگستن در سال تولید می کند. فولاد تنگستن و دیگر آلیاژهای حاوی تنگستن و کاربیدهای آن در ساخت زره مخزن ، پوسته پوسته و اژدر ، مهمترین قطعات هواپیما و موتورهای احتراق داخلی استفاده می شود.

تنگستن مطمئناً در ترکیب بهترین انواع فولادهای ابزار وجود دارد. متالورژی به طور کلی حدود 95 درصد از کل تنگستن تولید شده را جذب می کند. آنچه برای متالورژی معمولی است ، نه تنها از تنگستن خالص استفاده می شود ، بلکه عمدتا از تنگستن استفاده می شود که ارزان تر است - فرو تنگستن ، به عنوان مثال. آلیاژی با محتوای تنگستن حدود 80 و محتوای آهن حدود 20. در کوره های قوس الکتریکی تولید می شود.

آلیاژهای تنگستن دارای خواص قابل توجهی هستند. آلیاژ تنگستن ، مس و نیکل ، که به آن فلز "سنگین" نیز گفته می شود ، یک ماده اولیه برای ساخت ظروف برای ذخیره مواد رادیواکتیو است. اثر محافظتی چنین آلیاژی 40 درصد بیشتر از سرب است. این آلیاژ در پرتودرمانی نیز استفاده می شود ، زیرا با ضخامت صفحه نسبتاً کوچک ، حفاظت کافی ارائه می شود.

آلیاژ کاربید تنگستن و 16 درصد کبالت آنقدر سخت است که تا حدی جایگزین الماس در حفاری چاه می شود. آلیاژهای شبه تنگستن با نقره و مس یک ماده عالی برای کلیدها و کلیدها در شرایط ولتاژ بالا هستند. عمر این محصولات 6 برابر بیشتر از کنتاکتهای مسی معمولی است.

استفاده از تنگستن خالص یا تنگستن حاوی آلیاژها تا حد زیادی بر اساس سختی ، نسوز بودن و مقاومت شیمیایی آنها است. تنگستن در شکل خالص آن به طور گسترده ای در تولید رشته های لامپ های الکتریکی و لوله های کاتدی مورد استفاده قرار می گیرد ؛ از آن در تولید بشقاب به منظور تبخیر فلزات استفاده می شود ؛ در تماس با توزیع کنندگان جرقه زنی خودرو استفاده می شود. در اهداف لوله های اشعه ایکس استفاده می شود. به عنوان سیم پیچ و عناصر گرمایش برای کوره های برقی و همچنین به عنوان یک ماده ساختاری برای فضاپیماها و هواپیماهایی که در دمای بالا کار می کنند استفاده می شود.

تنگستن بخشی از آلیاژهای فولادهای با سرعت بالا (محتوای تنگستن 17.5 - 18.5) ، استلیت ها (از کبالت با افزودن Cr ، C ، W) ، hastalloy (فولادهای ضد زنگ بر اساس Ni) و همچنین بسیاری از آلیاژهای دیگر است. تنگستن به عنوان پایه ای در تولید آلیاژهای مقاوم در برابر حرارت و ابزار مورد استفاده قرار می گیرد ، یعنی از فرو تنگستن (68-86 W W ، Mo و آهن تا 7) استفاده می شود ، که به راحتی با کاهش مستقیم شیلیت یا کنسانتره ولفرامیت تنگستن در تولید Pobedit استفاده می شود. این یک آلیاژ فوق سخت است که 80-85٪ تنگستن ، 7-14٪ کبالت ، 5-6٪ کربن دارد. Pobedit به سادگی در فرآیند فلزکاری و همچنین در صنایع نفت و معدن غیرقابل جایگزین است.

تنگستات منیزیم و کلسیم به طور گسترده ای در دستگاه های فلورسنت استفاده می شود. سایر نمک های تنگستن در صنایع دباغی و شیمیایی استفاده می شود. تنگستن دی سولفید یک گریس خشک با دمای بالا است که در دمای حداکثر 500 درجه سانتیگراد پایدار است. برنزهای تنگستن و سایر ترکیبات تنگستن در تولید رنگ استفاده می شود. تعداد کمی از ترکیبات تنگستن کاتالیزورهای عالی هستند.

در تولید لامپ های برقی ، تنگستن ضروری است زیرا نه تنها به طور غیرمعمول مقاوم است ، بلکه کاملاً پلاستیکی است. 1 کیلوگرم تنگستن به عنوان ماده اولیه برای ساخت سیم 3.5 کیلومتر استفاده می شود. آن ها از 1 کیلوگرم تنگستن می توان برای ساخت رشته های 23 هزار لامپ 60 واتی استفاده کرد. به لطف این ویژگی ، صنعت برق در سراسر جهان سالانه حدود صد تن تنگستن مصرف می کند.

تولید

اولین مرحله در تولید تنگستن غنی سازی سنگ معدن است ، به عنوان مثال. جداسازی اجزای ارزشمند از توده سنگ معدن اصلی ، سنگ زباله. روشهای بهره برداری مشابه سایر سنگهای فلزات سنگین مورد استفاده قرار می گیرد: آسیاب و شناورسازی ، به دنبال آن جداسازی مغناطیسی (سنگ معدن تنگستن) و بو دادن اکسیداتیو. کنسانتره بدست آمده با این روش معمولاً با مقدار زیادی سودا سوزانده می شود ، در نتیجه تنگستن را به حالت محلول در می آورد ، به عنوان مثال. به ولفرامیت سدیم

روش دیگر بدست آوردن این ماده ، شستشو است. تنگستن با استفاده از محلول نوشابه در دمای بالا و تحت فشار استخراج می شود و به دنبال آن خنثی سازی و رسوب تنگستات کلسیم ، به عنوان مثال. شیلیت شیلیت بدست می آید زیرا استخراج اکسید تنگستن تصفیه شده از آن بسیار آسان است.

CaWO 4 → H 2 WO 4 یا (NH 4) 2 WO 4 → WO 3

اکسید تنگستن نیز از طریق کلریدها به دست می آید. کنسانتره تنگستن با گاز کلر در دمای بالا تصفیه می شود. در این حالت ، کلریدهای تنگستن تشکیل می شوند که به راحتی با تصعید از سایر کلریدها جدا می شوند. از کلرید به دست آمده می توان برای بدست آوردن اکسید یا استخراج فوری فلز از آن استفاده کرد.

در مرحله بعد ، اکسیدها و کلریدها به تنگستن فلزی تبدیل می شوند. بهتر است از هیدروژن برای کاهش اکسید تنگستن استفاده کنید. با این کاهش ، فلز خالص ترین است. کاهش اکسید در کوره لوله مخصوص صورت می گیرد ، جایی که "قایق" با WO 3 در چندین منطقه دمایی حرکت می کند. هیدروژن خشک به سمت "قایق" جریان می یابد.کاهش اکسید در مناطق گرم (450-600 درجه سانتی گراد) و مناطق سرد (750-1100 درجه سانتی گراد) رخ می دهد. در مناطق سرد ، کاهش به WO2 و سپس به فلز صورت می گیرد. با گذشت زمان از منطقه گرم ، ذرات پودر تنگستن اندازه خود را تغییر می دهند.

بازیابی می تواند نه تنها تحت تامین هیدروژن انجام شود. اغلب از زغال سنگ استفاده می شود. با توجه به عامل احیا کننده جامد ، تولید ساده می شود ، اما درجه حرارت در این مورد باید به 1300 درجه سانتی گراد برسد. خود زغال سنگ و ناخالصی هایی که همیشه در آن وجود دارد و با تنگستن وارد واکنش می شوند ، کاربیدهای سایر ترکیبات را تشکیل می دهند. در نتیجه فلز کثیف می شود. اما در صنعت برق فقط از تنگستن با کیفیت بالا استفاده می شود. حتی 0.1 درصد ناخالصی آهن نیز توسط تنگستن برای تولید باریک ترین سیم ساخته می شود ، زیرا بسیار شکننده تر می شود

جداسازی تنگستن از کلریدها بر اساس پیرولیز است. تنگستن و کلر برخی ترکیبات را تشکیل می دهند. کلر اضافی اجازه می دهد تا همه آنها به WCl6 تبدیل شوند ، که به نوبه خود در دمای 1600 درجه سانتی گراد به کلر و تنگستن تجزیه می شود. در صورت وجود هیدروژن ، این فرایند در دمای 1000 درجه سانتی گراد شروع می شود.

به این ترتیب است که تنگستن به شکل پودر به دست می آید و سپس در دمای بالا در جریان هیدروژن فشرده می شود. مرحله اول پرس (حرارت دادن به دمای 1100-1300 درجه سانتی گراد) یک شمش متخلخل شکننده ایجاد می کند. سپس فشار دادن ادامه می یابد و دما تقریباً تا نقطه ذوب تنگستن شروع به افزایش می کند. در چنین محیطی ، فلز شروع به سفت شدن می کند و به تدریج کیفیت و خواص خود را به دست می آورد.

به طور متوسط ​​30 درصد تنگستن تولید شده در صنعت از مواد بازیافتی تنگستن است. ضایعات تنگستن ، خاک اره ، خاشاک و پودر اکسید شده و به پاراتونگستات آمونیوم تبدیل می شود. به عنوان یک قاعده ، ضایعات فولادهای برش در شرکتی که فولادهایی مشابه تولید می کند دفع می شود. قراضه از الکترودها ، لامپ های رشته ای و معرفهای شیمیایی تقریباً هیچ جا بازیافت نمی شود.

در فدراسیون روسیه ، محصولات تنگستن در: کارخانه هیدرومتالورژی اسکوپینسکی متالورگ ، کارخانه ولادیکواکاز پوبدیت ، کارخانه هیدرومتالورژی نالچیک ، کارخانه آلیاژهای سخت Kirovgrad ، Elektrostal ، کارخانه الکترو متالورژی چلیابینسک تولید می شود.

مشخصات فیزیکی

تنگستن یک فلز خاکستری روشن است. دارای بالاترین نقطه ذوب در بین همه عناصر شناخته شده به جز کربن است. مقدار این شاخص تقریباً از 3387 تا 3422 درجه سانتیگراد است. تنگستن هنگام رسیدن به دمای بالا دارای خواص مکانیکی عالی است ؛ در بین همه فلزات ، تنگستن دارای کمترین مقدار چنین شاخصی به عنوان ضریب انبساط است.

تنگستن یکی از سنگین ترین فلزات با تراکم 19،250 کیلوگرم بر متر مکعب است. این فلز دارای یک شبکه مکعبی بدن محور با پارامتر a = 0.31589 نانومتر است. در دمای 0 درجه سانتیگراد ، رسانایی الکتریکی تنگستن تنها 28 of از مقدار شاخص مشابه برای نقره است (نقره - جریان را بهتر از هر فلز دیگر هدایت می کند). پردازش تنگستن خالص بسیار آسان است ، اما در شکل خالص آن نادر است ، بیشتر اوقات دارای ناخالصی های کربن و اکسیژن است ، به همین دلیل سختی شناخته شده خود را بدست می آورد. مقاومت الکتریکی فلز در دمای 20 درجه سانتیگراد 5.5 * 10 -4 ، در دمای 2700 درجه سانتیگراد -90.4 * 10 -4 است.

تنگستن از نظر خاصیت نسوز ، سنگین و سختی آن با سایر فلزات متفاوت است. چگالی این فلز تقریباً دو برابر سرب مشابه یا بهتر است بگوییم 1.7 برابر است. اما برعکس ، جرم اتمی عنصر کمتر است و 184 در مقابل 207 است.

مقادیر مدول های کششی و فشاری تنگستن به طور غیرمعمول بالا است ، مقاومت زیادی در برابر خزش حرارتی دارد ، این فلز رسانایی الکتریکی و حرارتی بالایی دارد. تنگستن دارای ضریب انتشار الکترون نسبتاً بالایی است که می توان با ترکیب عنصر با اکسیدهای فلزات دیگر به میزان قابل توجهی بهبود بخشید.

رنگ تنگستن حاصل تا حد زیادی به روش تولید آن بستگی دارد. تنگستن ذوب شده یک فلز خاکستری براق است که از نظر ظاهری بسیار شبیه پلاتین است. پودر تنگستن می تواند خاکستری ، خاکستری تیره و حتی سیاه باشد: هرچه دانه های پودر کوچکتر باشد ، تیره تر خواهد بود.

تنگستن بسیار مقاوم است: در دمای اتاق ، در هوا تغییر نمی کند. با رسیدن به درجه حرارت داغ ، فلز شروع به اکسیداسیون کند و انیدرید اسید تنگستیک را آزاد می کند. تنگستن تقریباً در اسیدهای گوگردی ، هیدروفلوریک و هیدروکلریک نامحلول است. در آبزیان و اسید نیتریک ، فلز از سطح اکسید می شود. تنگستن در مخلوطی از هیدروفلوریک و اسید نیتریک حل می شود و در نتیجه اسید تنگستیک ایجاد می شود. از بین همه ترکیبات تنگستن ، کاربردی ترین مزایا عبارتند از: انیدرید تنگستن یا تری اکسید تنگستن ، پراکسیدها با فرمول عمومی ME2WOX ، ترکیبات تنگستن ، ترکیبات با کربن ، گوگرد و هالوژن.

تنگستن ، که در طبیعت رخ می دهد ، شامل 5 ایزوتوپ پایدار است که تعداد جرم آنها 186،184 ، 183 ، 182 ، 181 است. رایج ترین ایزوتوپ با تعداد جرم 184 ، سهم آن 30.64 است. از کل مجموعه نسبی ایزوتوپهای رادیواکتیو مصنوعی عنصر 74 ، تنها سه مورد از اهمیت عملی برخوردارند: تنگستن -181 (نیمه عمر آن 145 روز است) ، تنگستن -185 (نیمه عمر آن 74.5 روز است) ، تنگستن -187 ( نیمه عمر آن نیمه عمر 23.85 ساعت است). همه این ایزوتوپها در داخل بمباران ایزوتوپهای تنگستن با نوترون از مخلوط طبیعی در داخل راکتورهای هسته ای شکل می گیرند.

ظرفیت تنگستن دارای ویژگی قابل تغییر است - از 2 تا 6 ، پایدارترین تنگستن شش ظرفیتی ، ترکیبات سه ظرفیتی و دو ظرفیتی یک عنصر شیمیایی ناپایدار هستند و هیچ ارزش عملی ندارند. شعاع اتم تنگستن 0.141 نانومتر است.

کلارک تنگستن پوسته زمین بر اساس وینوگرادوف 0.00013 گرم در تن است. محتوای متوسط ​​آن در ترکیب سنگ ، گرم / تن: اولتراباسیک - 0.00001 ، پایه - 0.00007 ، متوسط ​​- 0.00012 ، اسیدی - 0.00019.

خواص شیمیایی

تنگستن تحت تأثیر قرار نمی گیرد: aqua regia ، گوگرد ، هیدروکلریک ، هیدروفلوریک و اسیدهای نیتریک ، محلول آبی هیدروکسید سدیم ، جیوه ، بخار جیوه ، آمونیاک (تا 700 درجه سانتی گراد) ، هوا و اکسیژن (تا 400 درجه سانتی گراد) ، هیدروژن ، آب ، کلرید هیدروژن (تا 600 درجه سانتی گراد) ، مونوکسید کربن (تا 800 درجه سانتی گراد) ، نیتروژن.

پس از کمی گرم شدن ، فلورین خشک با تنگستن خرد شده ترکیب می شود. در نتیجه ، هگزافلوراید (فرمول WF 6) تشکیل می شود - این یک ماده بسیار جالب است که دارای نقطه ذوب 2.5 درجه سانتی گراد و نقطه جوش 19.5 درجه سانتی گراد است. پس از واکنش با کلر ، یک ترکیب مشابه تشکیل می شود ، اما واکنش فقط در دمای 600 درجه سانتی گراد امکان پذیر است WC16 ، کریستال آبی فولادی ، در دمای 275 درجه سانتی گراد ذوب می شود و وقتی به 347 درجه سانتی گراد می رسد ، می جوشد. تنگستن با ید و برم ترکیبات پایدار ضعیفی تشکیل می دهد: تترا و دی یدید ، پنتا و دیبرومید.

در دمای بالا ، تنگستن می تواند با سلنیوم ، گوگرد ، نیتروژن ، بور ، تلوریم ، سیلیکون و کربن ترکیب شود. برخی از این ترکیبات به طور شگفت انگیزی سخت هستند ، و همچنین سایر ویژگی های عالی.

کاربونیل (فرمول W (CO) 6) مورد توجه ویژه است. تنگستن در اینجا با مونوکسید کربن ترکیب می شود و بنابراین ، ظرفیت آن صفر است. تنگستن کربونیل تحت شرایط خاصی تولید می شود ، زیرا بسیار ناپایدار است در دمای 0 درجه سانتی گراد ، از محلول خاصی به شکل کریستالهای بی رنگ جدا می شود ، پس از رسیدن به دمای 50 درجه سانتیگراد ، تصعیدات کربونیل ، در دمای 100 درجه سانتی گراد کاملاً تجزیه می شود. اما به لطف این ترکیب است که می توان پوششهای تنگستن متراکم و سخت (از تنگستن خالص) بدست آورد. بسیاری از ترکیبات تنگستن ، مانند خود تنگستن ، بسیار فعال هستند. به عنوان مثال ، اکسید تنگستن تنگستن اکسید WO 3 قابلیت پلیمریزاسیون دارد. در این حالت ، به اصطلاح ترکیبات هتروپولی (مولکولهای آنها می تواند بیش از 50 اتم داشته باشد) و ترکیبات ایزوپولی تشکیل می شود.

تنگستن (VI) اکسید WO 3 یک ماده کریستالی است که دارای رنگ زرد روشن است ، هنگامی که گرم می شود نارنجی می شود. اکسید دارای نقطه ذوب 1473 درجه سانتی گراد و نقطه جوش 1800 درجه سانتی گراد است. اسید تنگستیک مربوط به آن پایدار نیست ، در محلول آب دی هیدرات رسوب می کند ، در حالی که یک مولکول آب را در دمای 70 تا 100 درجه سانتی گراد و مولکول دوم را در دمای 180 تا 350 درجه سانتی گراد از دست می دهد.

آنیونهای اسیدهای تنگستیک مستعد تشکیل چند ترکیب هستند. در نتیجه واکنش با اسیدهای غلیظ ، انیدریدهای مخلوط تشکیل می شوند:

12WO 3 + H 3 PO 4 = H 3.

در نتیجه واکنش اکسید تنگستن و سدیم فلزی ، تنگستات سدیم غیر استوکیومتری بدست می آید که به آن "برنز تنگستن" می گویند:

WO 3 + xNa = Na x WO 3.

در فرآیند کاهش اکسید تنگستن با هیدروژن ، در حین جداسازی ، اکسیدهای هیدراته با حالت اکسیداسیون مخلوط به دست می آیند ، آنها "آبی تنگستن" نامیده می شوند:

WO 3 - n (OH) n ، n = 0.5-0.1.

WO 3 + Zn + HCl = ("آبی") ، W 2 O 5 (OH) (قهوه ای)

اکسید تنگستن (VI) یک محصول واسطه در فرآیند تولید تنگستن و ترکیبات آن است. این جزء رنگدانه های سرامیکی جداگانه و کاتالیزورهای مهم هیدروژناسیون صنعتی است.

WCl 6 - کلرید تنگستن بالاتر ، که در نتیجه تعامل تنگستن فلزی یا اکسید تنگستن با کلر ، فلورین یا تتراکلرید کربن ایجاد شده است. پس از کاهش کلرید تنگستن با آلومینیوم ، کربونیل تنگستن همراه با مونوکسید کربن تشکیل می شود:

WCl 6 + 2Al + 6CO = + 2AlCl 3 (روی هوا)