Tudo o que você precisa saber sobre metais refratários

Tudo o que você precisa saber sobre metais refratários

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Tudo o que você precisa saber sobre metais refratários

Em primeiro lugar, o que são metais refratários?

Metais refratários são referidos a metais com pontos de fusão acima de 3632 ° F e certas quantidades de reservas, incluindo tungstênio, tântalo, molibdênio, nióbio, háfnio, cromo, vanádio, zircônio e titânio.

Normalmente, metais refratários têm grandes densidades e pesam muito. Com metal refratário como matriz, as ligas adicionadas com outros elementos são chamadas de ligas de metal refratário, incluindo ligas de tungstênio, ligas de molibdênio, ligas de nióbio, ligas de titânio, ligas de vanádio, ligas de cromo, ligas de rênio, ligas de cromo e zircônio, tântalo e ligas de botão etc.

Além disso, metais refratários geralmente pode ser fabricado em folha, tira, folha, tubo, barra, fio, perfil e produtos de metalurgia do pó, como barra de tântalo , fio de molibdênio , placa de tungstênio , e assim por diante.

Tudo o que você precisa saber sobre metais refratários - Descoberta

Uma vez que metais refratários têm propriedades químicas muito ativas e seus processos de extração são complicados, já era tarde que as pessoas descobriram metais refratários pela primeira vez.

O molibdênio foi descoberto pela primeira vez em 1782 pelo químico sueco Jimmer (P.J.Hjelm). O pó de tungstênio foi extraído pela primeira vez pelos irmãos espanhóis de lure em 1783 com o método de redução de carbono. O cromo foi extraído pelo químico francês L.N.Vauquelin em 1798. Em 1866, C.W. Blomstrand descobriu o nióbio por redução do cloreto de nióbio com hidrogênio. O tântalo de plástico foi extraído pela primeira vez por uma Alemanha chamada Bolton em 1903. O zircônio metálico e o titânio foram descobertos pela primeira vez, respectivamente, em 1824 e 1910. O rênio metálico não foi descoberto até 1925.

Tudo o que você precisa saber sobre metais refratários - Desenvolvimento

Foi até o século 20 que metais refratários foram amplamente utilizados. Em 1909, W. D. Coolidge, um americano, usou pela primeira vez o método da metalurgia do pó para produzir tarugos de tungstênio. Depois de estampado e esticado, o material se transformou em fios de tungstênio para lâmpadas.

Em 1910, o molibdênio foi processado em hastes, peças e fios. Em meados da década de 1940, o rápido desenvolvimento de materiais de metal refratário e sua tecnologia de processamento se desenvolveu rapidamente devido às necessidades da aviação, aeroespacial, eletrônica e tecnologia de energia atômica.

Portanto, a fusão de metais refratários, a metalurgia do pó e o processamento de plástico foram promovidos. Na década de 1940, apareceu o primeiro forno elétrico a arco branco a vácuo. Na década de 1950, um forno de fundição de feixe de elétrons foi inventado.

Fornalha de fundição de feixe de elétrons

A partir da década de 1960, surgiram muitas novas tecnologias, incluindo frio, prensagem isostática a quente, fundição de precisão, deformação isotérmica, soldagem e uma série de metalurgia do pó, fundição, processamento de plástico, calor processamento e assim por diante.

Com essas tecnologias avançadas, um grande número de metais refratários e materiais de liga refratários foram produzidos. Em 1956, A. Caverly extraiu cristais únicos de tungstênio, molibdênio e rênio com pureza superior a 4N com tecnologia de fundição de área de suspensão de feixe de elétrons.

Tudo o que você precisa saber sobre metais refratários - Propriedades

Fragilidade a baixa temperatura

Metais refratários não racham ou quebram facilmente sob altas temperaturas e podem suportar repetidos aquecimentos ou choques térmicos. Tungstênio, molibdênio, cromo e outros metais refratários em baixas temperaturas tendem a se tornar frágeis, enquanto se transformam em dúcteis em condições de alta temperatura.

A temperatura de transição dúctil-frágil (DBTT) é um índice importante para o processamento da ductilidade e uso de metais refratários. DBTT pode ser influenciado por muitos fatores, como a pureza do material, ingredientes de ligas, métodos de processamento e estruturas. Existem duas maneiras de reduzir o DBTT. Uma é adicionar elementos de liga em metais refratários.

Por exemplo, o rênio pode ser adicionado ao tungstênio. A outra maneira é escolher métodos de processamento mais razoáveis, como a tecnologia de processamento de plástico.

Resistência à Oxidação

Metais refratários de alta densidade são muito estáveis ​​à temperatura ambiente e não são fáceis de serem oxidados ao ar. No entanto, os metais refratários serão rapidamente oxidados sob altas temperaturas.

O tungstênio e o molibdênio começam a oxidar a cerca de 752 ° F. Eles serão oxidados e gerados respectivamente em WO3 e MoO3 com a temperatura subindo. Quando as temperaturas atingirem 1562 ° F e 1112 ° F, os materiais serão sublimados acentuadamente. O rênio começa a oxidar a 572 ° F e se transforma em Re2O7 a uma temperatura de 662 ° F.

O tântalo e o nióbio começam a oxidar nas temperaturas de 536 ° F e 392 ° F. Quando a temperatura está acima de 932 ° F, eles irão gerar Ta2O5 e Nb2O5. O titânio e o zircônio podem ser oxidados rapidamente em temperaturas acima de 1112 ℉ a 1292 ℉. O pó de zircônio e titânio pode inflamar-se no ar e até mesmo queimar com explosões.

Para corrigir o problema de oxidação, existem duas medidas. O primeiro está produzindo ligas antioxidantes e o segundo está cobrindo os metais refratários com revestimentos antioxidantes.

No entanto, o problema da oxidação do metal refratário sob altas temperaturas não foi totalmente resolvido até agora.

Resistência à Oxidação

Resistência à Oxidação

O tungstênio, o molibdênio, o rênio não reagem com o hidrogênio, mas seus óxidos podem ser reduzidos ao metal com o hidrogênio a uma determinada temperatura. O tungstênio, o molibdênio e o rênio podem se tornar frágeis ao absorver o hidrogênio. Quando a temperatura atinge entre 572 ° F e 932 ° F, esses metais irão absorver a grande quantidade de hidrogênio e gerar um hidreto metálico quebradiço.

Em condições de alto vácuo, o hidrogênio será liberado. Portanto, esta característica dos metais refratários pode ser usada para produzir o pó de liga de titânio, zircônio, tântalo e nióbio.

Reação de hidrogênio

Resistência à corrosão

Metais refratários têm boa resistência à corrosão. Quando a temperatura está abaixo de 302 ° F, a superfície do tântalo tem uma película de óxido densa e estável. Portanto, as propriedades químicas do tântalo são muito estáveis.

O tântalo tem excelente resistência a ácido sulfúrico, ácido clorídrico, ácido nítrico, ácido fosfórico, ácidos orgânicos e cloridrato de ácido nítrico, mas estará derretendo em ácido fluorídrico, solução alcalina concentrada e fundido base.

A resistência à corrosão do nióbio é semelhante à do tântalo, mas não tão boa quanto o Ta. O tungstênio é muito estável à temperatura ambiente em ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido fluorídrico e água régia, mas será facilmente corroído por nitrato de sódio. O molibdênio é semelhante, mas não tão bom quanto o tungstênio na resistência à corrosão.

Em geral, tântalo, nióbio, titânio, zircônio e outros metais refratários são excelentes materiais anticorrosivos para funcionar como camadas protetoras.

Tudo o que você precisa saber sobre metais refratários - Aplicativos

Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, requisitos cada vez mais rigorosos foram apresentados para os materiais. Hoje em dia, os materiais tradicionais não têm sido capazes de atender a essas novas necessidades, mas materiais refratários estão desempenhando um papel insubstituível nas áreas de defesa nacional e indústria militar, aeroespacial, informação eletrônica, energia, prevenção química, metalurgia e indústria nuclear.

Indústria Nuclear

A aplicação de metais refratários na indústria nuclear é principalmente tubos de zircônio seguido por tungstênio e molibdênio. O zircônio tem boa resistência à radiação e à corrosão à beira da água, por isso é especialmente adequado para várias tubulações em reatores de “Água Limpa”.

A fim de fortalecer a segurança nuclear e evitar vazamento nuclear, o dispositivo de armazenamento de energia inercial de liga de alta densidade à base de tungstênio usado na nova geração de reatores nucleares pode manter o ciclo de resfriamento de 3-5 min sem qualquer energia após o acidente.

Dessa forma, podemos ganhar um valioso tempo de emergência para lidar com acidentes e evitar que o reator nuclear queime e cause vazamento nuclear. Além disso, metais refratários e ligas são freqüentemente usados ​​como tanques de armazenamento de resíduos nucleares.

Tecnologia da Informação Eletrônica

Na nova geração de circuitos integrados, a necessidade de dissipação de calor e tolerância à temperatura aumentará a demanda por substrato de tungstênio e molibdênio conforme a fiação se torna cada vez mais fina (atualmente até 0,2 μm). Materiais refratários também são amplamente utilizados em peças de suporte, anéis de retenção e suportes de base na indústria eletrônica.

Liga de tungstênio e materiais compostos W-Cu são bons materiais para eletrodos porque o tungstênio tem uma boa função de emissão de elétrons, que tem sido amplamente utilizada em EDM, bloco de guia de locomotiva elétrica, interruptor de ultra-alta tensão e soldagem na indústria de energia.

Além disso, a liga W-Re substituiu a platina como termopar para medição de temperatura em muitas ocasiões e fio de tungstênio-rênio de alto desempenho também é usado como tubo de imagem para transmitir elétrons a milhares de lares.

Espaço, oceano e medicina

No século 21, muitos países estão se preparando ativamente para construir estações espaciais e mundos subaquáticos na esperança de usos pacíficos do espaço sideral e dos tesouros do mar.

Existem muitas partículas de poeira e lixo espacial no espaço sideral, que requerem materiais de alta intensidade e, ao mesmo tempo, podem resistir à radiação de raios de alta energia no universo . Os materiais refratários têm vantagens exclusivas aqui. Por exemplo, a estação espacial Mir da ex-União Soviética e o ônibus espacial dos EUA usaram muitos materiais refratários.

Da mesma forma, a ação corrosiva da água do mar é intolerável para materiais comuns. O titânio é a melhor escolha para criar um ambiente humano permanente no fundo do oceano. Não é apenas leve e de alta resistência, mas também tem boa resistência à corrosão.

Liga de nióbio tem boa resistência à corrosão do sangue e pode ser usado para fazer andaimes vasculares. W, W-Mo, W-Re e W-Graphite têm sido usados ​​como alvos de raios-X na medicina, salvando inúmeras vidas. Metais refratários também são usados ​​no eletrodo ultrassônico de esmagamento de pedra, grade de raios de automontagem multidimensional, faca gama e colimador de faca concentradora ultrassônica e outras instalações médicas avançadas.

Outros aplicativos

Tungstênio e molibdênio têm sido amplamente usados ​​como elemento de aquecimento, escudo térmico, cadinho e peças de suporte para fundição de terras raras em um forno de alta temperatura. Grandes tubos de tungstênio e molibdênio, eletrodos de molibdênio, revestimento de molibdênio, hastes de núcleo e funis substituíram com sucesso a platina na indústria de vidro e fibra de vidro e alcançaram grandes benefícios sociais e econômicos.

Metais refratários também são usados ​​como componentes eletrotérmicos e luvas de medição térmica para facas eletrotérmicas e fundição de zinco na indústria têxtil.

Conclusão

Obrigado por ler nosso artigo - Tudo o que você precisa saber sobre metais refratários e esperamos que seja útil para você. Se você quiser saber mais sobre metais refratários, pode visitar Metais refratários avançados ( ARM ) Para maiores informações.