從20世紀(jì)開始,一些從前找不到用途的化學(xué)元素,在工業(yè)中開始起重要作用,這些化學(xué)元素統(tǒng)稱為稀有元素或稀有金屬。大多數(shù)稀有金屬是在18世紀(jì)末和19世紀(jì)初才被發(fā)現(xiàn),所以在工業(yè)上的應(yīng)用比其他常用金屬要遲,但是,目前稀有金屬中的許多金屬,早已成為現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)中普遍使用的金屬。
在門捷列夫元素周期系第Ⅵ族副族中的鎢(W)、鉬(Mo)以及其合金材料都是稀有高熔點金屬材料,鎢、鉬因其特有的高熔點、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性及優(yōu)越的抗蝕性和抗射線能力,作為舟皿、隔熱屏、高溫爐結(jié)構(gòu)件、射線靶等,廣泛應(yīng)用于電子、醫(yī)療、玻璃、鋼鐵冶金等行業(yè)中。
01 鎢、鉬在我國的儲藏量
在中國被探明的稀有金屬資源豐富,規(guī)模龐大。許多稀有金屬的儲藏量占世界..位,其中鉬、鎢等礦產(chǎn)資源更是豐富。據(jù)統(tǒng)計,截止2020年中國鎢埋藏量就已達(dá)到222萬噸、鉬埋藏量約373萬噸。
我國鉬儲量豐富且分布廣泛,相對集中在河南、吉林、貴州、陜西、湖南5省。鎢資源相對集中在江西、河南、湖南、福建4省。近年來,中國鎢業(yè)的采礦、冶煉、加工及貿(mào)易企業(yè)逐漸集團(tuán)化。
鉬、鎢等稀有金屬資源在中國的分布區(qū)域性很大.正面臨巨大的需求和資源減少的危機,必然要加大探礦力度及減少浪費。同時在生產(chǎn)方面,要進(jìn)行企業(yè)間整合,優(yōu)勝劣汰。在出口方面,還要有意識地加大產(chǎn)品附加值,爭取更大的利潤。而不是單純賤賣相關(guān)金屬粉末原料來獲取微薄的利益,這些的技術(shù)提升都必須依靠科技創(chuàng)新來支撐
鉬板
02 鎢、鉬及鎢鉬合金的特點
鎢和鉬同屬周期表中ⅦB族元素,是典型的高熔點金屬,它們基本性質(zhì)相似,但也各具特點。鎢、鉑金屬表面都呈銀灰色光澤,粉末呈暗灰色,熔點高,強度大,彈性模量高,膨脹系數(shù)小,蒸氣壓低,導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)良,但鎢、鉬都具有高溫氧化和低溫脆性的共同缺點。
鎢、鉬合金化的目的是進(jìn)一步提高其高溫強度,提高抗氧化能力和改善焊接性能,制備應(yīng)用于1000—2000℃高溫的耐熱合金或熱強合金,要求在一定載荷下高溫應(yīng)用時具有高的強度,不發(fā)生塑性變形和斷裂。因此,高溫抗閱變能力是高溫合金的重要指標(biāo)之一。
03 鎢、鉬的用途及其應(yīng)用領(lǐng)域
目前,世界耐火材料的研究已經(jīng)從傳統(tǒng)的“高純、超細(xì)、均勻”發(fā)展到“納米化、復(fù)合化設(shè)計和集成制造”。通過這些先進(jìn)技術(shù),難熔鎢合金材料不僅能保留其高熔點、耐腐蝕等優(yōu)良性能,還能大大提高其綜合力學(xué)性能。目前,難熔金屬的研究和應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他金屬材料。因此,通過技術(shù)改造,根據(jù)不同應(yīng)用領(lǐng)域的要求,進(jìn)一步優(yōu)化和完善各種鎢合金材料的加工工藝,是當(dāng)前研究的重點。
而鎢合金由于其高密度、高強度、低熱膨脹系數(shù)、耐腐蝕以及良好的機械加工性等綜合性能,已被廣泛應(yīng)用于航空/航天、軍事裝備、電子、化工等諸多領(lǐng)域。
其主要用途包括:(1)切割、焊接和噴涂用的碳化物,如碳化鎢。(2)用于電子工業(yè)中電子管的大量燈絲和陰極,高溫電阻爐的發(fā)熱元件,如耐沖擊鎢絲和復(fù)合稀土鎢電極。(3)穿甲彈、襯板等。用在高溫領(lǐng)域,甚至軍事上。
提高鎢及鎢合金材料的塑性,降低其塑脆轉(zhuǎn)變溫度,進(jìn)一步提高其高溫?zé)釓姸刃阅?,一直是鎢合金領(lǐng)域的研究熱點。因此,鎢的塑脆轉(zhuǎn)變行為、高溫強度特性、焊接與復(fù)合、制造工藝優(yōu)化是鎢研發(fā)的主要內(nèi)容。圍繞這些內(nèi)容的技術(shù)研發(fā)包括提純、細(xì)化、增韌、復(fù)合。
鉬在鋼鐵工業(yè)中的應(yīng)用居首要地位,占鉬總消耗量的80%左右,其次是化工領(lǐng)域,約占10%。此外,鉬也被用于電氣和電子技術(shù)、醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域,約占總消耗量的10%左右。
以鉬為基體加入其他元素(如鈦、鋯、鉿、鎢及稀土元素等)構(gòu)成有色合金,這些合金元素不僅對鉬合金起到固溶強化和保持低溫塑性的作用,而且還能形成穩(wěn)定的、彌散分布的碳化物相,提高合金的強度和再結(jié)晶溫度。鉬基合金因為具有良好的強度、機械穩(wěn)定性、高延展性而被用于高發(fā)熱元件、擠壓磨具、玻璃熔化爐電極、噴射涂層、金屬加工工具、航天器的零部件等。
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