鎢的性質(zhì)和用途

1、鎢的性質(zhì)和用途 (一)鎢的性質(zhì)鎢的熔點(diǎn)為3410，沸點(diǎn)約為5900，熱導(dǎo)率在10100時(shí)為174瓦/米·K，在高溫下蒸發(fā)速度慢、熱膨脹系數(shù)很小，膨脹系數(shù)在0100時(shí)，為4.5×10-6·K-1。鎢的比電阻約比銅大3倍。電阻率在20為10-8歐姆·米。鎢的硬度大、密度高(密度為19.25克/厘米3)，高溫強(qiáng)度好，電子發(fā)射性能亦佳。 鎢的機(jī)械性能主要決定于它的壓力加工狀態(tài)與熱處理過程。在冷狀態(tài)下鎢不能進(jìn)行壓力加工。鍛壓、軋壓、拉絲均需在熱狀態(tài)下進(jìn)行。   鎢的可塑性強(qiáng)。一根1公斤重的鎢棒，可以拔成長(zhǎng)約400公里、直徑只有1毫米的

2、細(xì)絲。這種細(xì)絲在3000高溫環(huán)境中，仍具有一定強(qiáng)度，而且發(fā)光率高，使用壽命長(zhǎng)，是制造各種燈泡燈絲的好材料。白熾燈、碘鎢燈，乃至世界上最新穎的燈泡、燈管，都用鎢絲制造。 常溫下鎢在空氣中穩(wěn)定，在400-500鎢開始明顯氧化，形成藍(lán)黑色的致密的W03表面保護(hù)膜。 常溫下鎢不易被酸、堿和王水浸蝕，但溶解于氫氟酸和王水的混合液內(nèi)。(二) 鎢的主要用途世界上開采出的鎢礦，80%用于優(yōu)質(zhì)鋼的冶煉，15%用于生產(chǎn)硬質(zhì)鋼，5%其他用于其他用途。鎢可以制造槍械、火箭推進(jìn)器的噴嘴、切削金屬，是一種用途較廣的金屬。1鎢在鋼鐵中的重要作用鎢是鋼的重要合金元素，提高鋼的強(qiáng)度，硬度和耐磨性。主要鎢鋼有高速工具鋼，熱作模具

3、鋼，系列工具、模具鋼，軍械，渦輪鋼，磁鋼等。用鎢鋼制造工具，要比普通鋼工具強(qiáng)度高幾倍乃至幾十倍；用鎢鋼制造炮筒、槍筒，在連續(xù)射擊時(shí)，即使筒身被彈丸摩擦得滾燙，仍能保持良好的彈性和機(jī)械強(qiáng)度。在金屬切削機(jī)床上，用鎢鋼做車刀，溫度高達(dá)1000仍能堅(jiān)硬如故。把含鎢3到15的鎢鉻鈷合金鋼噴鍍或堆焊到普通鋼零件的表面，就等于給零件穿上堅(jiān)硬的“盔甲”，既能耐溫抗壓，又能抵抗腐蝕，減少磨損，使用壽命可延長(zhǎng)幾十倍。由于鎢鋼的超群特性和寬廣用途，全世界每年生產(chǎn)的鎢，有90都用來制造鎢鋼。廣泛采用的高速鋼含有9%24%的鎢、3.8%4.6%的鉻、1%5%的釩、4%7%鈷、0.7%1.5%碳。高速鋼的特點(diǎn)是在空氣中有

4、高的強(qiáng)化回火溫度（700800）下，能自動(dòng)淬火，因此，直到600650它還保持高的硬度和耐磨性。合金工具鋼中的鎢鋼含有0.8%1.2%的鎢；鉻鎢硅鋼含有2%2.7%的鎢；鉻鎢鋼中含有2%9%的鎢；鉻鎢錳鋼中含有0.5%1.6%的鎢。含鎢的鋼用于制造各種工具：如鉆頭、銑刀、拉絲模、陰模和陽(yáng)模，氣支工具等零件。鎢磁鋼是含有5.2%6.2%的鎢、0.68%0.78%碳、0.3%0.5%鉻的永磁體鋼。鎢鈷磁鋼含有11.5%14.5%的鎢、5.5%6.5%鉬、11.5%12.5%鈷的硬磁材料。它們具有高的磁化強(qiáng)度和矯頑磁力。 2鎢合金在工業(yè)上的應(yīng)用鎢是高速工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、耐熱鋼和不銹鋼的主要

5、合金元素，鎢可以通過固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化等方法實(shí)現(xiàn)合金化，借以提高鎢材的高溫強(qiáng)度、塑性。通過合金化，鎢已形成多種對(duì)當(dāng)代人類文明有重大影響的有色金屬合金。鎢中加入錸(326)能顯著提高延展性(塑性)及再結(jié)晶溫度。某些鎢錸合金經(jīng)適當(dāng)高溫退火處理后，延伸率可達(dá)到5，遠(yuǎn)較純鎢或摻雜鎢的13為高。鎢中加入0.44.2氧化釷(ThO2)形成的鎢釷合金，具有很高的熱電子發(fā)射能力，可用作電子管熱陰極、氬弧焊電極等，但ThO2的放射性長(zhǎng)期未得到解決。我國(guó)研制的鈰鎢(W-CeO2)合金及用La2O3和Y203作彌散劑制成的鑭鎢、釔鎢合金(氧化物含量一般在2.2以下)代替W-Th02合金，均已大量用作氬弧焊

6、、等離子焊接與切割及非自耗電弧爐等多種高溫電極。鎢銅、鎢銀合金是一種組成元素間并無反應(yīng)因而不形成新相的粉冶復(fù)合材料。鎢銀、鎢銅合金實(shí)際上不是合金，故被視為假合金。鎢銀合金即是常提及的滲銀鎢。此類合金含2070銅或銀，兼有銅、銀的優(yōu)異導(dǎo)電導(dǎo)熱性能與鎢的高熔點(diǎn)、耐燒蝕等性能，主要用作火箭噴嘴、電觸點(diǎn)及半導(dǎo)體支承件。國(guó)外一種北極星A-3導(dǎo)彈的噴嘴就是用滲有1015銀的鎢管制造的，重量達(dá)數(shù)百千克的阿波羅宇宙飛船用的火箭噴嘴也是鎢制造的。鎢鉬合金具有比純鎢更高的電阻率、更優(yōu)異的韌性，已用作電子管熱絲、玻璃密封引出線。鎢作為合金元素，在有色金屬合金中要提及的還有超合金。上個(gè)世紀(jì)40年代為適應(yīng)航空用渦輪發(fā)動(dòng)

7、機(jī)對(duì)高溫材料的需要，在隆隆的炮火中誕生了超合金。超合金由鎳基、鈷基、鐵基三類特種結(jié)構(gòu)合金組成。它們?cè)诟邷?5001050 )下作業(yè)時(shí)仍能保持極高的強(qiáng)度、抗蠕變性能、抗氧化性能及耐蝕性。此外，它們?cè)陂L(zhǎng)達(dá)數(shù)年的使用期限內(nèi)，可保證不會(huì)斷裂，也就是具有耐高周期疲勞和低周期疲勞的特性。這類性能對(duì)人命關(guān)天的航空航天產(chǎn)業(yè)萬(wàn)分重要。鎢在鋼鐵工業(yè)中是重要的合金元素，能提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐蝕性。含鎢的硬質(zhì)合金（碳化鎢），硬度大、耐磨、耐蝕和耐熱，用于制造鉆頭、刀具和耐高溫的零件等。含鎢6090的鎢銅（或鎢銀）合金是優(yōu)良的接觸材料，可用作電鍵、刀形開關(guān)、斷路器及點(diǎn)焊電極等。鎢鎳銅合金可作和射線的防護(hù)屏。在火箭發(fā)動(dòng)

8、機(jī)中，由鎢制成的不冷卻噴管能耐3127的高溫和承受高壓、高熱應(yīng)力。在照明及電子工業(yè)上作發(fā)光材料和X射線陰極靶。還可作高溫電阻爐加熱體。鎢和鎢錸（26）合金所組成的熱電偶，可測(cè)量溫度范圍從室溫到2835。二硒化鎢可作資深潤(rùn)滑軸承的潤(rùn)滑劑，其潤(rùn)滑溫度范圍為-217350。鎢的化合物顏料具有較亮的光澤，經(jīng)久耐用。以鎢為主要成分的特殊合金有：難熔合金甩手燃?xì)鉁u輪機(jī)葉片、火箭噴嘴，導(dǎo)彈、核反應(yīng)堆部件等；高比重合金用作重型穿甲彈頭，導(dǎo)航陀螺儀轉(zhuǎn)子、平衡重塊以及自動(dòng)手表的制動(dòng)器等；鎳銅等合金用作X和y射線防護(hù)屏，放射線物質(zhì)的容器等；銅、鎢銀等合金是高壓高頻電觸點(diǎn)材料；鎢錸合金組成的熱電可測(cè)量溫度范圍從室溫到

9、2835?；阪u的高密度制造高比重鎢合金已成為鎢的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。采用液相燒結(jié)工藝，在鎢粉中同時(shí)加入鎳、鐵、銅及少量其他元素，即可制成高密度鎢合金。根據(jù)組分的不同，高密度鎢合金可分為鎢鎳鐵和鎢鎳銅兩個(gè)合金系。通過液相燒結(jié)，其密度可達(dá)1718.6克厘米3 。所謂液相燒結(jié)是指混合粉末壓坯在燒結(jié)溫度下有一定量液相存在的燒結(jié)過程。其優(yōu)點(diǎn)在于液相潤(rùn)濕固相顆粒并溶解少量固體物質(zhì)，大大加快了致密化和晶粒長(zhǎng)大的過程，并達(dá)到極高的相對(duì)密度。比如對(duì)通常在液相燒結(jié)時(shí)使用的鎳鐵粉而言，當(dāng)燒結(jié)進(jìn)行時(shí)，鎳鐵粉熔化。盡管在固相鎢(占95的體分?jǐn)?shù))中液態(tài)鎳鐵的溶解度極小，但固態(tài)鎢卻易于溶解在液態(tài)鎳鐵中。一旦液體鎳鐵潤(rùn)濕鎢粒

10、并溶解一部分鎢粉，鎢顆粒則改變形狀，其內(nèi)部孔隙當(dāng)液流進(jìn)入時(shí)立即消失。過程繼續(xù)下去，則鎢顆粒不斷粗化和生長(zhǎng)，到最后產(chǎn)生接近100致密且具有最佳顯微組織的最終產(chǎn)品。用液相燒結(jié)制成高密度鎢合金除密度高外還有比純鎢更好的沖擊性能，其主要用途是制造高穿透力的軍用穿甲彈。熱強(qiáng)和耐磨合金作為最難熔的金屬鎢是許多熱強(qiáng)合金的成分，如3%15%的鎢、25%35%的鉻、45%65%的鈷、0.5%2.75%的碳組成的合金，主要用于強(qiáng)烈耐磨的零件，例如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的活門、壓模熱切刀的工作部件、渦輪機(jī)葉輪、挖掘設(shè)備、犁頭的表面涂層。在航空和火箭技術(shù)中，以及要求機(jī)器零件，發(fā)動(dòng)機(jī)和一些儀器的高熱強(qiáng)度的其它部門中，鎢和其它給熔金

11、屬(鉭、鈮、鉬、錸)的合金用作熱強(qiáng)材料。目前使用的知名超合金共有3540個(gè)牌號(hào)，其中相當(dāng)一部分的主成分之一為鎢(見表)。合金組成()Cr NiCoMoWNbTiAlFeC其他Fe-Ni基19-9DL19.99.01.251.250.40.366.80.301.10Mn，0.6SiNi基Rene80 Rene95 MAR-M247 INMA-6000E14.014.08.2515.060.061.059.068.59.58.010.04.03.50.72.04.03.510.04.03.55.02.51.02.53.03.55.54.5<0.3<0.50.170.160.150.05

12、0.015B,0.03Zr0.01B,0.05Zr0.015B1.1Y2O3,2.0Ta,0.01B,0.15ZrCo基Haynesm25(L605) Haynesl88 S-816 X-40 WI-52 MAR-M3O2 MAR-M5O9 J-1570 20.022.020.022.021.021.523.520.010.022.020.010.010.028.050.037.042.057.563.558.054.546.04.015.014.54.07.511.010.07.04.00.24.03.03.0最大4.01.52.00.52.00.100.100.380.500.450.85

13、0.60.21.5Mn0.90La0.5Mn,0.5Si2.0Nb+Ta9.0Ta,0.005B,0.2Zr0.5Zr這些合金中鎢的用量最低為0.6，最高為15，占有比例并不高，但從高溫工程如航空工業(yè)和熱電廠對(duì)他們的需求絕對(duì)數(shù)量看，其用量將十分可觀。估計(jì)全球在超合金中，大約2/3以上用于航空航天業(yè)，1/7用于核電站、燃?xì)鉁u輪電站，另1/7用于海事作業(yè)和運(yùn)輸業(yè)。3鎢在硬質(zhì)合金的應(yīng)用碳化鎢基硬質(zhì)合金鎢的碳化物具有高的硬度、耐磨性和難熔性。這些合金含有85%95%的碳化鎢和5%14%的鈷，鈷是作為粘結(jié)劑金屬，它使合金具有必要的強(qiáng)度。主要用于加工鋼的某些合金中，還含有鈦、鉭和鈮的碳化物。所有這些合金都

14、是用粉末冶金法制造的。當(dāng)加熱到10001100時(shí)，它們?nèi)跃哂懈叩挠捕群湍湍バ?。硬質(zhì)合金刀具的切削速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過了最好的工具鋼刀具的切削速度。硬質(zhì)合金主要用于切削工具、礦山工具和拉絲模等。碳化鎢在1000以上的高溫仍能保持良好的硬度，是切削、研磨的理想工具。將鎢粉(或W03)與碳黑的混合物在氫氣或真空中于一定溫度下碳化，即制成碳化鎢(WC)，再將WC與金屬粘結(jié)劑鈷按一定比例配料，經(jīng)過制粉、成型、燒結(jié)等工藝，制成刀具、模具、軋輥、沖擊鑿巖鉆頭等硬質(zhì)合金制品。目前使用的碳化鎢基硬質(zhì)合金大體上可分為碳化鎢鈷、碳化鎢碳化鈦鈷、碳化鎢碳化鈦碳化鉭(鈮)鈷及鋼結(jié)硬質(zhì)合金等四類，在當(dāng)前全球每年約5萬(wàn)噸鎢的消費(fèi)

15、量中，碳化鎢基硬質(zhì)合金約占63。據(jù)最近的消息，全球硬質(zhì)合金的總產(chǎn)量約33000噸/年，消耗鎢總供應(yīng)量的5055。4鎢合金在電子工業(yè)中的應(yīng)用鎢及其合金廣泛應(yīng)用于電子、電光源工業(yè)。用于制造各種照明用燈泡，電子管燈絲使用的是具有抗下垂性能的摻雜鎢絲。摻雜鎢絲中添加錸，由含錸量低的鎢錸合金絲與含錸量高的鎢錸合金絲制造的熱電偶，其測(cè)溫范圍極寬(02500)，溫度與熱電動(dòng)勢(shì)之間的線性關(guān)系好，測(cè)溫反應(yīng)速度快(3秒)，價(jià)格相對(duì)便宜，是在氫氣氛中進(jìn)行測(cè)量的較理想的熱電偶。利用金屬鎢的高熔點(diǎn)，在不喪失其機(jī)械完整性的前提下，成為電子的一種熱離子發(fā)射體，比如作掃描電(子顯微)鏡和透射電(子顯微)鏡的電子源。還用于作X

16、射線管的燈絲。在X射線管中，鎢絲產(chǎn)生的電子被加速，使之碰撞鎢和鎢錸合金陽(yáng)極，再?gòu)年?yáng)極上發(fā)射出X射線。為產(chǎn)生X射線要求鎢絲產(chǎn)生的電子束的能量非常之高，因此被電子束碰撞的表面上的斑點(diǎn)非常之熱，故在大多數(shù)X射線管中使用的是轉(zhuǎn)動(dòng)陽(yáng)極，大尺寸的鎢絲還用作真空爐的加熱元件。在電子工業(yè)尤其是集成電路制造中，利用化學(xué)氣相沉積(CVD)在襯底上形成薄膜的技術(shù)，是一項(xiàng)與粉冶技術(shù)生產(chǎn)鎢的體材料(塊材)產(chǎn)品完全不同的工藝。最常見的是用六氟化鎢作CVD沉積過程的鎢源。室溫下的WF6是液體，但通過待涂覆的零件時(shí)WE6因本身極高的蒸氣壓而與氫氣合流，在大約300通過WF6+3H2W+6HF反應(yīng)而有選擇地涂在工件表面上。如沉

17、積在集成電路上形成的鎢通道(vias)作為小的金屬插頭可連接到電路板的另一條水平導(dǎo)線上。這種小插頭的直徑為0.4毫米，長(zhǎng)徑比為2.5，以后還可以把直徑縮小到0.1毫米，使長(zhǎng)徑比達(dá)到5。由于鎢具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，且不與周圍的材料反應(yīng)等條件，因此CVD法是填充通道、凈化不需要鎢的表面的唯一方法。電真空照明材料鎢以鎢絲、鎢帶和各種鍛造元件用于電子管生產(chǎn)、無線電電子學(xué)和X射技術(shù)中。鎢是白織燈絲和螺旋絲的最好材料。高的工作溫度(22002500)保證高的發(fā)光效率，而小的蒸發(fā)速度保證絲的壽命長(zhǎng)。鎢絲用于制造電子振蕩管的直熱陰極和柵極，高壓整流器的陰極和和各種電子儀器中旁熱陰極加熱器。用鎢做X光管和氣體放電管

18、的對(duì)陰極和陰極，以及無線電設(shè)備的觸頭和原子氫焊槍電極。鎢絲和鎢棒作為高溫爐(達(dá)3000)的是加熱器。鎢加熱器在氫氣氣氛、惰性氣氛或真空中工作。5其他鎢的化合物可作石油化工工業(yè)催化劑，紡織，塑料工業(yè)阻燃劑、媒染劑，顏料，染料，熒光材料、裝飾油漆，固體潤(rùn)滑劑等。鎢的化合物鎢酸鈉用于生產(chǎn)某些類型的漆和顏料，以及紡織工業(yè)中用于布疋加重和與硫酸銨和磷酸銨混合來制造耐火和防水布疋。還用于金屬鎢、鎢酸及鎢酸鹽的制造以及染料、顏料、油墨、電鍍等方面。也用作催化劑等。鎢酸在紡織工業(yè)中是媒染劑與染料和在化學(xué)工業(yè)中用作制取高辛烷汽油的催化劑。二硫化鎢在有機(jī)合成中，如在合成汽油的制取中用作固體的潤(rùn)滑劑和催化劑。觸頭材料和高比重合金用粉末冶金方法制造的鎢-銅(10%40%的銅)和鎢-銀合金，兼有銅和銀的良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和鎢的耐磨性。因此，它成為制造閘刀開關(guān)、斷路器、點(diǎn)焊電極等的工作部件非常的效的觸頭材料。成分為90%95%的鎢、1%6%的鎳、1%4%的銅的高比重合金，以及用鐵代銅(5%)的合金，用于制造陀螺儀的轉(zhuǎn)子、飛機(jī)、控制舵的平衡錘、放射性同位素的放射護(hù)罩和料筐等?？傊?，鎢以合金元素，碳化鎢。金屬材料或化合物形態(tài)用