难熔金属有哪些以及它们的特征介绍
发布时间：2022-03-10 作者：材料类科研服务平台 阅读量：1289
难熔金属是指熔点超过 3632°F 并具有一定储量的金属，难熔金属有钨、钽、钼、铌、铪、铬、钒、锆和钛。通常，难熔金属具有很高的密度并且很重。以难熔金属为基体，加入其他元素的合金称为难熔金属合金。
钨的熔点是所有金属元素中高的。密度（19.3 g/cm³）非常高，接近黄金，钨的硬度也非常高。例如，碳化钨的硬度与金刚石接近。此外，钨还具有良好的导电导热性、膨胀系数小等特点，因此被广泛应用于合金、电子、化工等领域，其中碳化钨是大的消费领域。
钼是与钨一样难熔的稀有金属。膨胀系数小，导电率大，导热性好。常温下不与盐酸、氢氟酸及碱性溶液反应，仅溶于硝酸、王水或浓硫酸。它对大多数液态金属、非金属熔渣和熔融玻璃也相当稳定。因此，钼及其合金在冶金、农业、电力、化工、环保、航空航天等重要部门有着广泛的应用和良好的前景，已成为国民经济中重要的原材料和不可替代的战略物质。
铼是一种稀有的难熔金属。它不仅具有良好的塑性、机械性能和抗蠕变性，而且具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。它可以对除氧气以外的大多数气体保持良好的化学性质。铼及其合金广泛应用于航空航天、电子、石油化工等领域。根据美国地质调查局2013年公布的数据，高温合金是铼的大消费领域，占铼总消费量的80%左右，催化剂是铼的第二大消费领域。
铌是一种稀有的高熔点金属，呈银灰色，质地柔软，具有延展性。在常温下，铌不与空气发生反应，在氧气中红热时也不会完全氧化。铌在高温下可以直接与硫、氮和碳结合。铌不与无机酸或碱反应，也不溶于王水，但溶于氢氟酸。铌因其良好的超导性、高熔点、耐腐蚀、耐磨等特点，广泛应用于钢铁、超导材料、航空航天、原子能等领域。
钽具有熔点高、蒸气压低、冷加工性好、化学稳定性高、抗液态金属腐蚀能力强、表面氧化膜介电常数大等一系列优良性能。因此，钽在电子、冶金、钢铁、化工、硬质合金、原子能、超导技术、汽车电子、航空航天、医疗卫生、科学研究等高科技领域有着重要的应用。
钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀性好、导热系数低、无毒无磁、可焊接、生物相容性好等特点，广泛应用于航空、航天、化工、石油、电力、医疗、建筑和体育用品。
铬因其硬度和脆性、耐腐蚀性等优良性能而被广泛应用于冶金、化工、铸铁、耐火材料、高精度技术等领域。
锆因其色泽艳丽，被视为宝石，在人类生活中起到了装饰作用。随着人们对锆认识的不断深入，锆的应用也越来越广泛。也许大多数人对锆还比较陌生，但它已经渗透到我们生活的方方面面。例如，生活中必不可少的周边建筑、陶瓷、刀具、装饰品等，甚至在军事和核能领域，都离不开锆。
钒是一种重要的合金元素，主要用于钢铁工业。含钒钢具有高强度、高韧性、耐磨性好等优良特性。因此广泛应用于机械、汽车、造船、铁路、航空、桥梁、电子、国防等行业。钢铁工业使用钒的比例高，达到85%。钢铁行业的需求直接影响钒的市场行情。大约 10% 的钒用于生产航空航天工业所需的钛合金。钒可用作钛合金的稳定剂和增强剂，使钛合金具有良好的延展性和塑性。此外，钒在化学工业中主要用作催化剂和着色剂。钒还用于生产可充电氢电池或钒氧化还原电池。
难熔金属的特性
1、低温脆性
难熔金属在高温下不易开裂或断裂，可承受反复加热或热冲击。钨、钼、铬等难熔金属在低温下很可能变脆，而在高温条件下变得有韧性。韧脆转变温度（DBTT）是难熔金属延展性加工和使用的重要指标。DBTT 会受到许多因素的影响，例如材料纯度、合金成分、加工方法和结构。有两种方法可以减少 DBTT。一是在难熔金属中添加合金元素。例如，铼可以添加到钨中。另一种方法是选择更合理的加工方法，如塑料加工技术。
2. 抗氧化性
高密度难熔金属在室温下非常稳定，在空气中不易被氧化。然而，难熔金属在高温下会迅速氧化。钨和钼在大约 752°F 时开始氧化。随着温度的升高，它们会被氧化生成WO3和MoO3。当温度达到 1562°F 和 1112°F 时，材料会明显升华。铼在 572°F 时开始氧化，并在 662°F 时变成 Re2O7。钽和铌在 536°F 和 392°F 的温度下开始氧化。当温度超过 932°F 时，它们会生成 Ta2O5 和 Nb2O5。钛和锆可以在高于 1112℉ 到 1292℉ 的温度下迅速氧化。锆钛粉末在空气中可自燃，甚至爆炸燃烧。为了解决氧化问题，有两种措施。第一个是生产抗氧化合金，第二个是用抗氧化涂层覆盖难熔金属。
3.
氢反应
钨、钼、铼不与氢反应，但它们的氧化物在一定温度下可与氢还原成金属。钨、钼和铼在吸收氢时会变脆。当温度达到 572°F 到 932°F 之间时，这些金属会吸收大量的氢并生成脆性金属氢化物。在高真空条件下，会释放氢气。因此，难熔金属的这一特性可用于生产钛、锆、钽、铌的合金粉末。
4. 耐腐蚀性
难熔金属具有良好的耐腐蚀性。当温度低于302°F时，钽表面有一层致密而稳定的氧化膜。因此，钽的化学性质非常稳定。钽对硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、有机酸、硝酸盐酸盐有优良的抵抗性，但会在氢氟酸、浓碱溶液和熔融碱中熔化。铌的耐腐蚀性能与钽相近，但不如钽。钨在常温下在盐酸、硫酸、硝酸、氢氟酸、王水中很稳定，但容易被硝酸钠腐蚀。钼与钨相似，但在耐腐蚀性方面不如钨。一般来说，钽、铌、钛、锆和其他难熔金属是用作保护层的优良防腐材料。
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