Температура плавления карбида вольфрама

Применение высокой температуры плавления вольфрама

Вольфрам занимает первое место среди тугоплавких металлов. Температура плавления вольфрама достигает 3387ºС. Это дает возможность применять материал в тех случаях, когда условия работы включают повышенную температуру. Благодаря этому свойству вольфрам не начнет переходить в жидкое состояние тогда, когда другие металлы уже расплавятся.

Применение тугоплавкости вольфрама

Это качество металла широко используется для производства:

• нитей накаливания в приборах освещения;
• электродов в аргонно-дуговых сварках;
• элементов нагрева для высокотемпературных вакуумных печей сопротивления;
• электронно-лучевых трубок в мониторах, осциллографах, на радиолокационных станциях;
• электронных ламп.

Вакуумные лампы в большинстве отраслей заменены на полупроводники, кроме производства высоковольтного, мощного, высокочастотного оборудования, а также космической техники. Наряду с преимуществами, тугоплавкий металл имеет и недостатки:

• сложность механической обработки;
• при температуре воздуха, превышающей 400°С, образуются оксидные пленки, а при наличии в среде серосодержащих веществ — сульфидные пленки;
• требуются большие контактные давления для создания даже низкого сопротивления на участке электрического контакта.

Для нейтрализации описанных недостатков материал сплавляют с другими металлами, которые улучшают его свойство. Существует несколько таких соединений:

1. Стеллит. В его состав, кроме вольфрама, входят кобальт и хром. Напылением или наплавлением он наносится на запчасти машин, инструментов, станков для увеличения износостойкости. Стеллит применяют для производства режущих инструментов.
2. Быстрорежущие и инструментальные стали, из которых изготавливают сверла, фрезы, штампы. Кроме основных составляющих, указанные соединения могут содержать хром, марганец и кремний.
3. Контактные сплавы. Легирующими металлами в них служат медь и серебро. Высокая электропроводимость этих материалов увеличивает данный показатель соединений, в которые они входят. Контактные сплавы вольфрама — материал, из которого производят выключатели, рубильники, электроды.
4. Твердые сплавы. Их основой служит карбид вольфрама — соединение тугоплавкого металла с углеродом. Благодаря этим двум компонентам сплав отличается высокими твердостью и температурой плавления, износостойкостью. Перечисленные характеристики имеют значение для рабочих частей инструментов, используемых в бурении и резке. Массовая доля карбида вольфрама в твердом сплаве составляет 85–95%, оставшиеся проценты показывают содержание кобальта.

Карбиды вольфрама

Твердые сплавы рассмотрим более подробно. Тугоплавкий металл может образовывать разные карбиды: полукарбид и монокарбид. Они отличаются способностью растворять в себе тугоплавкие металлы и взаимодействием с разными кислотами.

Также монокарбид уступает поликарбиду в устойчивости и твердости. А к преимуществам монокарбида можно отнести способность к образованию кристаллов в расплавленном вольфраме, что дает возможность использовать его в минералокерамических изделиях. Полукарбид обладает большей устойчивостью к температурам, легкостью внедрения в твердые растворы монокарбида с другими металлами (феррумом, кобальтом), повышенной износоустойчивостью.

Свойства соединений

Сплавы на основе карбида вольфрама обладают следующими преимуществами:

• устойчивость к окислению;
• пластичность, проявляемая под нагрузкой;
• не вступает в реакцию со многими кислотами;
• химически малоактивный, поэтому относится к низкотоксичным веществам;
• отполированный сплав невозможно поцарапать;
• не бледнеет со временем;
• тугоплавкость;
• повышенная твердость, которая не снижается при высоких температурах.

Последние два свойства обусловлены сильными связями между атомами в кристаллах, из которых состоит соединение.

Технологии изготовления

Есть несколько способов получения твердых сплавов: восстановление оксида вольфрама углеродом с дальнейшей карбидизацией; электролиз расплавленных солей; осаждение из газовой фазы; восстановление соединений тугоплавкого металла с дальнейшей карбидизацией; выращивание из расплава монокристаллов карбида вольфрама; насыщение тугоплавкого металла углеродом. Наибольшее распространение получила последняя технология. Твердые сплавы бывают двух видов:

1. Литые. Их получают с помощью отливки. Для этого применяют вольфрам (в виде порошка); соединения карбида или его смеси с тугоплавким металлом, содержащие низкий процент углерода. Образованный сплав отличается высокой твердостью и износостойкостью. Но для литых соединений характерна хрупкость, поэтому их не везде можно использовать. Основные сферы применения — производство инструментов для бурения и для волочильных станков, на которых производят проволоку.
2. Спеченные. Они состоят из карбида вольфрама и соединяющего металла, который выполняет связывающую функцию. В роли последнего часто используют кобальтовый, никелевый, молибденовый материалы.

Сплавы на основе карбида вольфрама

Помимо значительной твердости, для указанных соединений характерна хрупкость и плохая обрабатываемость. В связи с этим чистый карбид вольфрама применяется редко в основном он входит в состав твердых сплавов, в которых еще содержатся кобальт, титан, тантал, но массовая доля карбида при этом остается наибольшей — 70–98%. Технические характеристики твердого сплава, содержащего 98% карбида вольфрама:

• предел прочности на изгиб — минимум 1 ГПа;
• модуль Юнга составляет 969 ГПа;
• предел прочности на сжатие — минимум 9,5 ГПа;
• плотность достигает 15000–15500 кг/м³;
• твердость по шкале Роквелла — минимум 90;
• стойкость к эрозии составляет 0,3–0,8 мкмоль.

Применение сплавов

Использование описанных соединений дает возможность изготовить детали, запчасти, инструменты с нужными техническими характеристиками. В зависимости от последних разнятся и сферы применения.

1. Для деталей, подвергающихся во время работы большим нагрузкам со стороны сил трения. К ним относятся режущий, буровой и штамповый инструменты. Сплав наносится на поверхность детали. Таким образом, достигаются необходимые уровни прочности и пластичности за счет сглаживания перепадов механических параметров. Например, если материал инструмента мягкий, то уменьшаются механические напряжения в инструменте, а если хрупкий, то появляется защита от поверхностной кромки. Причиной последней служит истирающее воздействие откалывающихся частиц. Полученные с помощью сплава характеристики сохраняются и при высокой температуре. Это объясняется тугоплавкостью вольфрама и углерода.
2. В качестве антикоррозийного покрытия. В этой технологии твердые сплавы вытесняют хром. Данное обстоятельство обусловлено легкостью нанесения твердых сплавов, возможностью применять их в тяжелых условиях, лучшей защитой от ударной нагрузки и износа по сравнению с хромированием.
3. В ювелирных изделиях. Применению в этой отрасли сплав на основе карбида вольфрама обязан следующими своими свойствами: не тускнеет с течением времени; не ржавеет; после полировки на поверхности материала не появятся царапины, вмятины.

Именно благодаря синтезу свойств тугоплавкого вольфрама и твердого углерода появилась возможность создать широко востребованный сплав с новыми техническими характеристиками.

Температура плавления карбида вольфрама

Гранулированный карбид вольфрама при нормальных условиях представляет собой серый порошок с металлическим блеском, нерастворимый в воде.
Плотность порядка 15,8 г/см³;
температура плавления — 2870 °C [2] ;
твёрдость по Роквеллу от 87 до 92 единиц;
модуль упругости 450÷650 ГПа [3] ;
тепловой эффект-8,4+/-0,2 ккал/моль;
стандартная энтропия-8,5+/-1,5 кал/(моль*град);
энтропия образования из элементов- -0,31 кал/(моль*град);
теплоемкость (при температуре 293 К) составляет 8,53 кал/(моль*град);
теплопроводность (при температуре 25 град.) 0,07 кал/(см*с*град);
коэффициент термического расширения 3,84(3,9)*10 6 град -1 ;
характеристическая температура (температура Дебая) 493 К;
удельное электросопротивление (при Т=20 0 С)19,2+/-0,3 мкОм*см;
удельная электропроводность – 52200 Ом -1 *см -1 ;
коэффициент электросопротивления (при Т=20-1500 0 С) +0,495*10 -3 град -1 ;
коэффициент т.э.д.с. составляет -23,3 мкВ/град; работа выхода 3,6 эВ;
постоянная Ричардсона 2,7 А/(см 2 *град 2 );
постоянная Холла -21,8+/-0,3 см 3 /к*10 4 ;
коэффициент электронной теплоемкости 0,79 мДж/(моль*град 2 ).

Структура

Известны две формы WC, гексагональная, α-WC, и кубическая, высокотемпературная форма, β-WC.

Применение

Карбид вольфрама активно применяется в технике для изготовления инструментов, требующих высокой твёрдости и коррозионной стойкости, а также для износостойкой наплавки деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания с умеренными ударными нагрузками. Этот материал находит применение в изготовлении различных резцов, абразивных дисков, свёрл, фрез, долот для бурения и другого режущего инструмента. Твёрдый сплав, известный как «победит», «рэлит», на 90 % состоит из карбида вольфрама.

Активно применяется в газотермическом напылении и наплавке в виде порошкового материала для создания износостойких покрытий. Один из основных материалов, использующихся для замены гальванического хромирования методом высокоскоростного газопламенного напыления.

Особо следует выделить использование карбида вольфрама для изготовления сердечников бронебойных пуль и снарядов. Сейчас этот материал является доминирующим в данном применении, однако в последнее время в ряде стран он вытесняется обеднённым ураном.

Применяется при производстве сверхпрочных шариков для шариковых ручек размером 1 мм. Полировка этих шариков проводится в специальной машине на протяжении нескольких дней с использованием малого количества алмазной пасты.

Применяется для изготовления браслетов для дорогих швейцарских часов. Также карбид вольфрама приобрёл большую популярность при изготовлении ювелирных изделий — колец, кулонов — в которых его износостойкость позволяет гарантировать «вечный» блеск изделий.

Карбид вольфрама используется в виде подложки для платинового катализатора [4] .

Также используется при изготовлении торцевых уплотнений валов механизмов (например в насосах) в случаях, когда контактирующая среда имеет высокую абразивность и/или вязкость.

Токсичность

Карбид вольфрама химически инертен, поэтому изделия из него не представляют опасности для человека при нормальных условиях. Летальная доза карбида вольфрама для человека не определена.

Исследования, проведённые Дрезденским техническим университетом, Лейпцигским центром им. Гельмгольца по проблемам окружающей среды и Фраунгоферовским институтом керамических технологий и систем показали, что нанопыль карбида вольфрама может проникать в клетки живых организмов. При этом собственно частицы вольфрама нетоксичны, однако при соединении с кобальтом в определённых концентрациях, они могут представлять опасность для здоровья клеток [5] . При долговременном регулярном поступлении пыли карбида вольфрама и кобальта в организм может возникать фиброз [6] .

Вольфрам и карбид вольфрама: что вы должны знать о них.

Вольфрам и карбид вольфрама становятся все более популярными вариантами украшений, особенно когда дело доходит до колец. Давайте взглянем на характеристики этих двух материалов, и посмотрим, что вы должны знать о них при покупке ювелирных изделий.

Что такое вольфрам?

Это — металл, который очень тверд, и плавится при очень высокой температуре. Он также очень плотный, и драгоценности, сделанные из него, на удивление довольно тяжелые.

Благодаря своей долговечности, он является предпочтительным материалом для покупателей, ищущих изделие, которое прослужит очень долго.

Однако физические свойства, делающие этот металл настолько прочным, также являются причиной, по которой ювелиры находят, что с ним относительно трудно работать.

Что такое карбид вольфрама?

Когда вольфрам смешивается с углеродом, получающийся состав называют карбидом вольфрама. Этот материал является даже более прочным.

Карбид вольфрама, используемый в ювелирном деле, обычно смешивается с небольшим количеством никеля.

Мало того, что он является тверже вольфрама, из него также еще более трудно изготавливать кольца или другие ювелирные изделия.

Давайте посмотрим на наиболее важные характеристики этого материала, о которых вы должны знать при покупке:

Гипоаллергенный: не вызывает аллергические реакции при ношении. Несмотря на то, что он обычно содержит немного никеля, этот металл обычно составляет небольшую часть конечного сплава.

Вот почему вы не должны беспокоиться о раздражение кожи, если у вас аллергия на никель и вы планируете носить ювелирные изделия из карбида вольфрама.

Тем не менее, убедитесь, что продавец гарантирует, что ювелирные изделия, которые он предлагает, являются гипоаллергенными. Разные производители имеют различные стандарты того, что их продукты содержат, поэтому никогда не помешает проверить.

Отсутствие царапин: один из самых больших коммерческих аргументов при продаже карбида вольфрама — то, что он защищен от царапин. Очень трудно сделать вмятину или отметку на вольфрамовом кольце при нормальных обстоятельствах.

Чрезвычайная прочность карбида вольфрама означает, что если у вас есть украшение, изготовленное из этого материала, ему очень долго не потребуется полировка, и оно не потеряет свой блеск с течением времени, в отличие от золота или серебра.

Многие компании, продающие драгоценности из этого сплава, гарантируют, что их продукция не поцарапается, и предлагают заменить ее, если вы заметите какие-либо царапины.

Не может быть изменен: кольца из этого материала не могут быть изменены.

Вот почему вы должны тщательно выбирать свой размер, чтобы убедиться, что кольцо сидит не слишком плотно или слишком свободно.

Если, однако, размер вашего пальца изменился со временем, вы можете обменять свое вольфрамовое кольцо на кольцо другого размера: некоторые производители предлагают такой вариант, так что не забудьте проверить это при покупке.

Карбид вольфрама по сравнению с вольфрамом.

Люди часто используют термины вольфрам и карбид вольфрама взаимозаменяемо. Однако есть различия в свойствах этих двух материалов.

Во-первых, вольфрам легче царапается.

Кольца, изготовленные только из него, не очень устойчивы к царапинам, так что вы не должны ожидать, что они со временем останутся такими же блестящими.

Во-вторых, вольфрамовые ювелирные изделия часто содержит кобальт, в то время как карбид вольфрама, как правило, смешан с никелем. Проблема заключается в том, что, когда кобальт вступает в контакт с кожей, металл может вызвать раздражение.

Кроме того, кобальт может окислиться и заставить ваши драгоценности изменить цвет.

Советы при покупке украшений.

Первое, что вы должны сделать при покупке вольфрамовых ювелирных изделий, это убедиться, что вы знаете, из чего состоит изделие, которое вам предлагают.

Как вы уже видели, эти два материала отличаются по прочности и химическому составу. Если вы ищете долговечность, убедитесь, что ювелирные изделия, которые вы покупаете, сделаны именно из карбида вольфрама.

Вы должны также спросить о всех других металлах, которые содержит определенное вольфрамовое изделие.

Существуют некоторые драгоценности, которые являются более дешевыми, и часто причиной является то, что они содержат кобальт вместо никеля (мы уже говорили, почему кобальт не является предпочтительным).

Даже если драгоценности маркированы как «карбид вольфрама», вы все равно должны это проверить, поскольку некоторые изделия могут быть сделаны с кобальтом: необычно низкая цена — один из признаков того, что это так.

В целом, избегайте покупать вольфрамовые драгоценности, если нет указания, что они содержат. Между прочим, это правило распространяется на любые украшения, которые вы покупаете.

Карбид вольфрама

Карбид вольфрама – это очень твердый сплав, соединяющий в себе вольфрам и углерод. Особенным его делает то, что он практически неразрушим и сохраняется всю жизнь. Ювелирные изделия из карбида вольфрама не царапаются и не гнутся никогда, и навсегда остаются такими же красивыми, как в первый день покупки! * Это самый твердый сплав на Земле: он в 4 раза тверже титана, в 5 раз тверже стали и в 10 раз тверже 18-ти каратного золота. По шкале твердости Мооса – твердость 9, тверже него только алмаз (10 по шкале Мооса). Поэтому кольцо может быть поцарапано только бриллиантами или напильниками (пилками для ногтей), имеющими алмазное напыление. * Карбид вольфрама имеет самую высокую температуру плавления – 2780 градусов по Цельсию. Для сравнения: температура самой горячей – базальтовой – лавы около 1200 градусов по Цельсию. * Это единственный сплав, который может быть отполирован перманентно: полировка не бледнеет с течением лет, на кольце не появляются царапины, вмятины или другие повреждения, как это обычно происходит со временем с золотыми, серебряными, платиновыми и даже титановыми кольцами. Для описания отполированной поверхности кольца из карбида вольфрама подойдут слова «Серое зеркало» – немного более темное-серое, чем нержавеющая сталь, но ярче отражающее свет. Многим людям нравится и солидный вес колец из карбида вольфрама. Стойкость полировки колец из карбида вольфрама вкупе с их солидным весом может свидетельствовать об обязательствах, надежности и вечности связывающих людей уз. Поэтому кольца из карбида вольфрама прекрасно подходят как для подарка самому верному другу, так и, конечно же, в качестве обручальных. Другими словами, карбид вольфрама – самый твердый сплав из всех созданных человеком. Обычно он используется в авиапромышленности и для создания военной амуниции, а также для промышленных литейных форм. В последнее время ювелиры обратили внимание на этот материал, необычайные свойства которого можно использовать для создания самых интересных и современных ювелирных изделий. Карбид вольфрама очень твердый, но хрупкий по сравнению с другими металлами, используемыми в ювелирной промышленности: от сильного воздействия (удара) золото погнется, а карбид – нет. Этот материал сломается прежде, чем погнется. Поэтому размер кольца из карбида вольфрама не может быть изменен! И постарайтесь не ронять кольцо на очень твердые поверхности с большой высоты – существуют небольшая вероятность того, что оно разобьется. Именно поэтому в экстренных случаях (например, сломанный палец) кольцо из карбида вольфрама, в отличие от колец из более мягких драгоценных металлов, можно легко удалить, не повредив сам палец. Для этого рекомендуется зажать кольцо (вместе с пальцем) в тиски (так как кольцо невозможно погнуть или разрезать) и медленно сжимать, пока оно не сломается. Тиски не сдвинутся дальше, и палец при этом останется цел и невредим! (Несмотря на то, что звучит этот совет немного устрашающе!) Тот же эффект может дать удар очень большого молота, но и палец при этом будет сильно поврежден. У вас аллергия на серебро/золото? Выбирайте кольца из карбида вольфрама! Кольца из карбида вольфрама не потускнеют, не заржавеют и не окрасят ваш палец в зеленый цвет. Драгоценные металлы склонны меняться в цвете с течением времени. А порой оставляют непривлекательные следы на коже. Карбид вольфрама, в отличие от них, не вступает в химические реакции и сохраняет первозданный вид столетиями. Для наших украшений используется только лучший карбид вольфрама! Некоторые компании предлагают кольца из вольфрама, иногда даже используя в названии слово “карбид”. Будьте внимательны и не покупайте подделку, потому что кольца из простого вольфрама, хотя и обладают высокой прочностью, но не стойки к царапинам, как кольца из карбида вольфрама. Карбид вольфрама для ювелирных изделий бывает двух сортов. Один можно намагнитить с помощью магнита – этот карбид вольфрама из переработки. Второй нельзя намагнитить – и этот сорт лучше. При использовании переработанного карбида вольфрама кольца из него изменят цвет через несколько лет, но при использовании карбида вольфрама высшего сорта кольцо никогда свой цвет не изменит. Кольца из карбида вольфрама у некоторых производителей могут содержать кобальт или другие химические соединения. Во-первых, такие кольца дешевле по себестоимости, во-вторых, их проще изготовить. Однако такие кольца подвергаются окислению при длительном ношении. Кольцо из-за контакта кобальта с телом может почернеть или покрыться пятнами, которые невозможно смыть. Наши кольца сделаны из карбида вольфрама высшего сорта, они не магнитятся, не содержат кобальта или химических соединений, способных нанести вред человеку, который носит кольцо, и совершенно безопасны! У вас свадьба? Кольца из карбида вольфрама прекрасно подойдут в качестве обручальных! Традиция ношения свадебных колец – элемент семейной жизни в огромном числе стран всего мира. У наших родителей обручальные кольца золотые, но сейчас таким подходом к выбору символа семейной жизни сложно кого-нибудь удивить. Новобрачные останавливаются на изделиях из серебра, платины, белого золота, титана, карбида вольфрама или даже обычной нержавеющей стали. В последние годы в Европе и Америке обручальные кольца из карбида вольфрама становятся все более популярными у молодых пар. Прочность и долговечность карбида вольфрама будут символизировать прочность и долговечность любви и семейных уз. Кольцо всегда будет выглядеть таким же блестящим, как и в первый день, оставаясь символом вечной и чистой любви. Поэтому кольца именно из карбида вольфрама отлично подходят для того, чтобы быть обручальными.