Паяется ли вольфрам оловом

Технологический процесс пайки металлов

Вольфрам и его сплавы, обладая высокой прочностью, жаропрочностью до температуры 2700°С и другими ценными качествами, являются необходимыми материалами в ряде областей техники.

Металлический вольфрам широко применяют в ракетостроении, в электроламповой, радиотехнической и электровакуумной промышленности.

Вольфрам широко используют в промышленности в чистом виде и в виде сплавов, он является наиболее тугоплавким металлом с температурой плавления 3410°С, обладает высоким пределом прочности (50-90 кгс/мм 2 ) и твердостью НВ 320-415 кгс/мм 2 .

Отрицательным качеством вольфрама является его хрупкость при комнатной температуре (относительное удлинение и сужение равны нулю). Механическую обработку вольфрама можно производить только при температуре 300-500°С, т. е. выше порога хрупкости.

Пайку вольфрама необходимо стремиться производить при температуре ниже температуры рекристаллизации (1450°С), поскольку после рекристаллизации прочность вольфрама значительно снижается.

При сварке плавлением рекристаллизация вольфрама и его охрупчивание неизбежны, поэтому применение пайки для изделий из вольфрама предпочтительнее. При соединении вольфрама с другими металлами основная трудность связана со значительным различием в коэффициентах линейного расширения.

При обычной температуре вольфрам обладает высокой химической стойкостью, но при нагревании выше 400-500°С окисляется с образованием трехокиси вольфрама W03. При пайке вольфрама требуется особо тщательная очистка поверхности деталей.

Очистку производят механическими средствами или травлением в кислотах. Травить можно в смеси равных частей азотной и фтористоводородной кислот с последующей промывкой в горячей воде и спирте.

Очистку можно вести также в горячем растворе едкого натра или электролитическим методом, применяя в качестве электролита разбавленный раствор азотнокислого натрия (NaN03). Способ очистки выбирают в зависимости от степени окисленности вольфрама.

Вольфрам после тщательной очистки успешно паяется во всех защитных и восстановительных средах, но чаще в вакууме, который обеспечивает получение более плотных паяных швов.

Для улучшения смачивания вольфрама расплавленными припоями иногда применяют предварительное гальваническое покрытие его никелем или медью.

Для высокотемпературной пайки вольфрама применяют припои с температурой плавления до 3000° С, в том числе чистые металлы: тантал, ниобий, никель, медь и сплавы Ni — Ti, Ni — Си, Mn — Ni — Co, Mo — В и др.

Учитывая склонность вольфрама к рекристаллизации, пайку его необходимо производить при максимальных скоростях нагрева с минимальной выдержкой при пайке.

Наиболее перспективным способом соединения вольфрама является сочетание пайки с последующей диффузионной обработкой. В результате такой обработки получаются паяные соединения с высокой температурой распайки, т. е. вторичного расплавления металла паяного шва.

При диффузионной обработке происходит диффузия, растворение, а также испарение отдельных компонентов. Например, марганец кипит при температуре 2150°С, и при этой температуре он полностью испаряется.

Поэтому при диффузионной обработке швов, паянных припоями, содержащими марганец, повышение температуры вторичного расплавления достигается за счет испарения марганца. При правильном сочетании припоя, температуры пайки и времени выдержки можно получить паяные соединения с температурой вторичного расплавления до 2760°С.

Например, при пайке вольфрама при температуре 1000-1100°С припоем платина — бор с добавкой, порошка вольфрама в результате реактивной диффузии в шве образуется сплав, работоспособный при 2000°С. Преимуществом этого припоя является то, что пайку вольфрама можно производить при температуре ниже температуры его рекристаллизации, т. е. без снижения механических свойств вольфрама.

Перспективным является метод диффузионной пайки, позволяющий до минимума уменьшить толщину прослойки припоя в зазоре, в результате чего сокращается количество жидкой фазы в шве и уменьшается возможность образования хрупких зон.

Для капиллярной пайки вольфрама в вакууме 10 -4 мм ст. рт. или в аргоне марки А можно использовать стандартные серебряные припои ПСр 72, ПСр 62, ПСр 37,5; медно-никелевые припои ВПр4, ПМ17, ПМ17А и припой на железной основе системы Fe — Мп. Наибольший предел прочности σв = 26,5 кгс/мм 2 при зазоре 0,15 мм обеспечивает припой ПСр 37, 5.

Соединения вольфрама, паянные чистым железом, могут надежно работать при температуре 900° С. Соединения, паянные припоем состава 75% Сr, 25% V успешно работают при температуре 1200° С.

Источник

Как паять вольфрам

Пайка вольфрама

Вольфрам широко применяется в современной технике в виде легирующего и упрочняющего элемента в сплавах. Он относится к малораспространенным элементам. Температура плавления вольфрама 3380 ±10°С .

Пайка вольфрама.

Изучение кинетики окисления компактного вольфрама до 500°C показало, что этот процесс протекает с малой скоростью, а в интервале 500… 1000°C скорость окисления растет быстро. Оксидная пленка двухслойная. Водород не в ступает вo взаимодействие c вольфрамом вплоть до eгo температуры плавления. Азот реагирует c компактным вольфрамом, обрaзуя нитриды WN, W2N, WN2 и дp. лишь пpи температуре > 1500°C. В оксиде углерода (СО) вольфрам устойчив до Т = 1400°С, с увеличением температуры происходит науглероживание с образованием карбидов. Так как вольфрам окисляется и оксидная пленка очень стойкая, то подготовку поверхности вольфрама ведут либо механическим путем, либо травлением в кислотах. Допускается очистка вольфрама в растворе едкого натра или электролитическим методом. После очистки в ряде случаев поверхность вольфрама покрывают никелем или медью любым известным способом. Данные покрытия допускаются при пайке никельмедными, медно-серебряными , марганец-никель-кобальтовыми припоями и т.д . Пайка вольфрама ведется в вакууме, можно в качестве защиты использовать азот, водород и оксид углерода.

При использовании тугоплавких припоев, например V-NЬ+Та; V-Nb-Ti и др., поверхности вольфрам а механически зачищают и обезжиривают. Пайка вольфрама ведется тугоплавкими припоями в вакууме ≥10 -4 мм рт . ст.

Пайка вольфрама

пористого (или молибдена) с медным сплавом)

Наряду c вольфрамом в промышленности, напримеp, используют в ряде случаeв тантал или сплав тантала и вольфрама. В паяных конструкциях, представляющих собoй смесительную головку, работающую пpи температурах >1000°С, детали изготщвляют из следующих материалoв: сплава состава 95 % ( маc.) Та, остальное вольфрам; режe из чистого тантала. Паяная конcтрукция смесительной головки состоит из мaссивного диска и тонкостенных трубок диаметром 0,8 мм при толщине стенок 0,15 . ..0,2 мм . Для обеспечения работоспособности кoнструкции пайку необходимо осущеcтвлять высокотемпературными припоям и c определенным сочетанием в нём элементов. Эти ограничения связaны с возможнoй эрозией тонких стенок трубок. Чтобы её прдотвратить рекомендуют использовать припои такогоо состава : ванадий + тантал+ титан + кремний + гафний + цирконий или же тантал + алюминий + железо + ванадий + кремний. Эти двa припоя оптимальны и недефицитны пo химическому составу. Пайка вольфрама в вакууме обеспечиваeт герметичность паяных соединений бeз эрозии трубок и работоспособноcть смесительных головок. Для исключeния окисления материала смесительной головки нецелесообразнo пайку проводить в другиx защитных средах.

В ряде случаев в силу специфических особенностей работы изделия паяные конструкции изготовляют из сочетания следующих материалов : наружная оболочка — бронза (основа медь), внутренняя — пористый порошковый вольфрам (или молибден). В процессе изготовления детали из указанных тугоплавких металлов обрабатывают путем механической шлифовки ( в местах пайки ). Осуществляют ее таким образом, чтобы часть снимаем ого порошка внедрялась в поры вольфрама (молибдена). После шлифовки поверхность полируют до полного закрытия пор на глубине 0,1. . .0,2 мм. Наличие или отсутствие пор рекомендуется контролировать продувкой деталей воздухом.

Перед пайкой детали обезжиривают (см. стрaницу Подготовка поверхностей под пайку ), а затем на уплотненную (шлифовкой и полировкой) поверхность вольфрама (молибдена) наносят слой никеля (10 … 15 мкм) и меди (10 … 15 мкм). Осаждают покрытия из газовой фазы, ионно-плазменным методом и другими способами.

На поверхность бронзы, контактируемой с вольфрамом или молибденом, наносят слой серебра 5 мкм (расчетная величина). Во избежаниe заплавления пор рекомендуется дозировку припоя регламентировать. В этом случае припоем являютcя покрытия из серебра и меди, образующие жидкометаллическую эвтектику пpи Т = 779°C. Пайку оболочек проводят пpи Т = 970°С c выдержкой 30 минут. Защитная среда — вакуум, допускаетcя также в качестве защитной среды использовать аргон. После пайки рекомендуетcя контролировать проницаемость деталей в паяной конструкции воздухом или аргоном. Кроме проверки проницаемости нужно oт определенной паpтии вырезать образцы для микрорентгеноспектрального и металлографического и анализов для оценки плотности паяных швов, проницаемости и спая.

Читайте также:  Изменение энтропии при кристаллизации олова

Ремонт вольфрамовых мормышек

В силу конструкционных особенностей вольфрамовых мормышек повредить без особенного рвения само металлическое тело, за исключением гальванического покрытия или краски, практически невозможно. Просто потому, что твердость вольфрама сопоставима с твердостью каленой стали. Поговорим о главном элементе любой рыболовной приманки — крючке. Именно его долговечность напрямую определяет долговечность приманки, если рыболов не может поменять крючок без изменений рабочих характеристик приманки. В отличие от мормышек из легкоплавких металлов, в которых замена крючка без особых хитростей почти невозможна, вольфрам принципиально позволяет легко поменять крючок, ничуть не изменив форму и даже массу мормышки. Правда, это «легко» возможно только при хорошо подобранных и отрегулированных инструментах, позволяющих довольно проблемную для многих операцию выполнить за минуту-другую. В противном случае пайка и перепайка крючка представляют очень серьезную проблему, если у человека нет устойчивых навыков тонкой пайки.

Специфика пайки крючка

По конструкции разные вольфрамовые мормышки могут очень существенно отличаться.

— Есть сверленые мормышки из непаяющегося вольфрама и его сплавов, на тело которых для возможности пайки крючка наносится гальваническое покрытие (фото 1). Это, пожалуй, самый капризный и требовательный вариант.

фото 1

— Заметно более легкий случай — это точно такие же приманки, у которых точно так же просверлено отверстие под леску, но в качестве материала используется более легкий сплав вольфрама, который уже более-менее паяется стандартным оловянно-свинцовым припоем.

— Следующим вариантом является мормышка из непаяющегося вольфрама или сплава с пазиком, которую сначала покрываю гальваническим слоем металла, а затем уже в паз впаивают крючок (фото 2).

фото 2

— Четвертым вариантом является самый надежный и безотказный с точки зрения пайки вариант — пазик в вольфраме, который сначала запаян медным сплавом, а после там делается пропил для крючка.

Особенности конструкции каждого типа существенно отражаются на технологии и удобстве пайки. Что нам понадобится для перепайки? В самом простом и примитивном случае может вполне хватить деревянного бруска, иголки, непаяющейся припоем проволочки подходящего под отверстие под леску диаметра, припоя ПОС-60, жидкого (таким пользоваться удобнее) флюса и паяльника мощностью от 10 до 40 Вт, в зависимости от размеров мормышек. В случае использования крючков с непаяющимся или плохо паяющимся антикоррозионным покрытием понадобится хороший мелкозернистый надфиль. Многие любят алмазные, но мне больше нравится стандартный — из быстрорежущей стали. Да, он не так легко стачивает покрытие, но зато меньше шансов от чрезмерного усердия ободрать цевье тонкого крючка так, что оно быстро и легко сломается.

«Подводные камни»

Следует знать трудности, которые порой возникают в процессе запайки или перепайки крючка в мормышке той или иной конструкции. Они могут не только менять особенности выполнения различных действий, но и сделать ее затрудненной или почти невозможной. Гальванические покрытия в силу физических свойств входящих в них металлов и отличий от таковых свойств вольфрама могут весьма капризно относиться к чрезмерному или длительному нагреванию.

Зачастую перегрев приводит к отслаиванию от вольфрама той тоненькой пленки металла, которая и обеспечивает прочное удержание крючка в приманке. Крючок или обломок крючка вываливается, а новый упорно не получается запаять, поскольку припой наотрез отказывается затекать в отверстие для цевья, сколько бы флюса и припоя не наносилось. Это признаки отслоения гальванического покрытия.

Исправить данный дефект с помощью «стандартной» пайки уже не получится. Спасти могут более тугоплавкие припои с заметным содержанием серебра и меди, предназначенные для пайки вольфрама и подобных металлов, подобранный под них флюс и более серьезное паяльное оборудование. Скажу честно: я подобным образом эту про-блему не пытался решать ни разу, т.к. вполне обхожусь имеющимся оборудованием для изготовления мормышек —и попросту наношу гальванику заново. Этот вариант подразумевает две сложности: необходимо очистить место для нанесения нового слоя гальванического покрытия от загрязнений и окислов — и только после этого уже наносить свежий слой паяющегося металла на все тело мормышки целиком. Зачистить поверхность вольфрама можно двумя способами: либо заново засверлить сверлом, рискуя его сломать при прохождении старого отверстия, либо сделать коротенький пазик алмазным диском. После этой операции мормышка отправляется в «гальванический цех» — и, вернувшись оттуда, полностью готова к пайке крючка.

Другим частым осложнением является часто возникающий при пайке большой наплыв припоя на передней части мормышки. Его образование объясняется очень просто, но сразу несколькими причинами. Это может быть неподходящее по форме и размерам жало паяльника, при котором неизбежно возникает большое пятно контакта с телом мормышки, где и остается затем наплыв припоя. Чтобы этого избежать, нужно обзавестись паяльником, у которого очень тонкое игольчатое или хотя бы остроконусное жало — точка контакта будет минимальной. Заодно подобный паяльник существенно обезопасит и от второй возможной причины большого наплыва — избытка припоя на кончике паяльника. В идеале, на паяльнике нам нужно иметь порцию растекшегося припоя, всего в 2 — 3 раза превышающую минимальное для одной мормышки количество. Визуально такое жало будет лишь немного толще чистого — и место пайки заберет ровно столько припоя, сколько ему нужно (фото 3).

фото 3

Третья и очень коварная причина появления «ляпов» и наплывов — это излишки флюса. Некоторые советуют жидкий флюс чуть ли не отдельно и с запасом наносить в отверстие для пайки, на цевье крючка и т.п. В этом случае после разогрева флюс очень сильно растекается по поверхности мормышки — и тянет за собой лишний припой с паяльника. После подобного приходится либо помучиться с паяльником, чтобы забрать излишки обратно, рискуя перегреть или еще сильнее заляпать мормышку. Либо пытаться удалить излишки механически, но тут можно легко содрать гальваническое покрытие с кончика приманки. Последнее может быть довольно опасно, т.к. повреждения целостности поверхностного металла влияют на прочность и долговечность. Поэтому гораздо проще проявить умеренность в пайке, чем потом жалеть об «убитой» мормышке.

Часто в качестве флюса используются кислоты и смеси их с какими то солями — например, соляная и ортофосфорная. У подобных реактивов есть недостаток — после пайки необходимо тщательно удалять излишки, иначе очень вероятна коррозия крючка у самого основания. Она тем более опасна, если перед пайкой мы усердно обработали цевье напильником — после лужения могли остаться непокрытые припоем участки.

Пайка

Запайка и перепайка крючка отличаются не очень сильно, хотя и имеют свои нюансы. Начну с описания с первичной запайки, поскольку при перепайке у нас просто добавляется пара не очень сложных операций. Принципиальной разницы между пазиковыми и сверлеными мормышками нет, но эти самые пазиковые чуть более хлопотно фиксировать, т.к. проволочка в пустом пазу, а также и в залитом жидким припоем, может весьма сильно гулять в одной плоскости, меняя угол наклоны отверстия под леску относительно оси тела мормышки. Борются с данной проблемой путем втыкания проволочки в плоскую деревянную поверхность под нужным углом, чтобы мормышка опиралась нижней стороной на твердую опору. При желании, думаю, можно сделать и стационарные приспособы, залив проволочки в гипс или огнеупорный пластик. У сверленой мормышки такой проблемы нет, поскольку иголка или конусная проволочка прекрасно держит приманки, совпадая по оси с отверстием для лески.

К слову, некоторые «умельцы» при пайке держат тело мормышки на проволочке рукой на весу. Вторая рука при этом работает паяльником. Можно и так, но рука неизбежно подрагивает, смещается, а с ней движется и тело мормышки относительно паяльника и крючка. Вторым вариантом «занятости двух рук» является фиксация тела приманки на какой-то приспособе, а свободная от паяльника рука держит пальцами или пинцетом крючок. Недостатки здесь ровно те же. В обоих случаях точность и соосность установки крючка и тела относительно друг друга страдают, что требует дополнительного времени и сил для корректировок при повторном разогреве, раз в момент пайки обе руки уже заняты.

Читайте также:  Iva группа углерод кремний германий олово

Именно поэтому я использую примитивные, но очень удобные приспособы, позволяющие зафиксировать и крючок и тело мормышки. Для этого вполне подходит обычная стальная иголка с диаметром, превышающим диаметр отверстия под леску, чтобы мормышка четко фиксировалась на острие. Игла вставляется в широкую стирательную резинку или что-то подобное в вертикальном положении (фото 4).

фото 4

Получается полноценный и эффективный «заменитель руки», который не дрожит, не боится обжечься и т.п. Крючок крепится в пинцете, закрепленном в лекальных или миниатюрных слесарных тисках на том же уровне, что и располагающаяся на кончике иглы мормышка (фото 5).

фото 5

Откручиваем немного тиски так, чтобы губки пинцета разжались, и вставляем между ними загиб крючка, после чего ручкой тисков вновь зажимаем пинцет.

Делаем это так, чтобы цевье крючка располагалось в пространстве ровно по оси отверстия мормышки, в которую надо его запаять. Поверхность цевья при этом должна быть полностью подготовленной к пайке. Теперь дело за малым —н анести малюсенькую капельку флюса на цевье так, чтобы после совмещения часть или вся капелька находились у самого носика мормышки. Именно здесь и надо прикоснуться смоченным припоем паяльника (фото 6).

фото 6

Начнется быстрый нагрев цевья, флюс начнет растекаться — и сам заползет в отверстие, а по нему туда же потечет и припой, если паяльник не сильно удален от кончика тела мормышки и у него достаточно мощности, чтобы таким образом прогреть тело. Можно аккуратно сместить острие жала так, чтобы оно грело вольфрам напрямую, но в этом случае надо быть очень внимательным и не допустить перегрева в месте касания. Не стоит гнаться за мощностью паяльника ради мнимой скорости — слишком велик шанс «сжечь» тонкую гальваническую пленку. Для пайки мормышек до 5 мм включительно вполне хватает мощности в 20 Вт. При этом под мелкие мормышки необходимо дальше выдвигать жало, чтобы оно не перегревалось чрезмерно, а под крупные — наоборот, убирать его внутрь тела, чтобы улучшить прогрев крупной металлической болванки. Но можно и не мучиться с подобными манипуляциями, обзаведясь паяльной станцией, позволяющей заниматься регулировкой с помощью рукоятки на блоке питания.

Во время работы паяльником свободная рука осуществляет вспомогательные функции по мере необходимости: пододвигает мормышку к крючку, придерживает приспособу на месте, поворачивает в случае необходимости и т.п. А после окончания пайки необходимо несколько секунд четко фиксировать неподвижность крючка и тела мормышки относительно друг друга, т.к.

припой еще некоторое время после отвода паяльника остается жидок — и это тем дольше, чем крупнее приманка.

Перепайка

Исходя из описанного выше, ясно отличие первичной пайки от перепайки крючка. Чтобы установить новый крючок, надо сначала убрать старый, а затем еще разогреть находящийся в отверстии для крючка припой. То есть, нам нужно сначала установить мормышку на иголку (если речь о сверленой) или на аналогичную вышеописанной мной приспособу (если речь о приманке с пазиком). И, зажав старый крючок или его обломок все тем же пинцетом, установленным в тиски, аккуратно нагреть, как при первичной запайке, до расплавления припоя. Затем мы сразу же отодвигаем иголку с мормышкой, пока припой снова не застыл. После этого нужно дать мормышке остыть. Это очень важный момент, о котором стоит помнить, когда паяется мормышка с гальваникой: лучше вместо одного длительного нагревания сделать два более коротких с полным остыванием между ними. Так мы избежим риска описанного ранее отслоения. Так же следует поступать и в случае, если количество флюса или припоя оказалось недостаточно — и место пайки пропаялось некачественно. Сначала нужно остудить приманку и лишь после этого добавить флюс или припой во время еще одного нагрева.

Помня это, мы и делаем паузу после удаления старого крючка. Затем все делается ровно так, как описано выше для первоначальной запайки — с той лишь разницей, что крючок сначала лишь упирается в заполненное отверстие, а уже после разогрева и расплавления припоя левая рука придвигает приспособу с телом мормышки, чтобы цевье вошло в отверстие. Если все прошло удачно, приманка оставляется в покое до застывания, а затем снимается для удаления остатков флюса, установки кембрика или привязки на леску.

Кстати, при острой необходимости поменять крючок в свинцовой мормышке это можно сделать с помощью бормашинки с отрезным диском, слабого паяльника и олова. Сначала диском делаем короткий пазик ровно через оставшееся в теле приманки цевье. А затем паяльником аккуратно нагреваем цевье у самой мормышки по описанной выше схеме. Разница лишь в том, что паяем мы в этом случае чистым оловом. Оно имеет заметно меньшую температуру плавления, нежели свинец, а значит — при должной сноровке вполне позволяет запаять крючок раньше, чем растечется сама приманка.

Отдельно хочу предупредить тех, кто пользуется различными красителями и лаками для мормышек. При перепайке крючков с ними нужно быть очень аккуратными. Может возникнуть соблазн обшелушить покорежившийся при нагреве пластик. Это чревато тем, что вместе с краской и лаком мы обшелушим и гальваническое покрытие со всеми соответствующими последствиями. Поэтому красители все же лучше тщательно смывать растворителем, чтобы избежать нежелательных побочных эффектов.

Исправление дефектов крючка

Частенько приходится читать или слышать, как рыболовы пытаются кустарно «доработать» крючок в мормышке. Некоторые стараются отогнуть жало под определенным углом относительно тела мормышки, мотивируя это интересами зацепистости. При подобной манипуляции обычно стараются изменить загиб, отгибая жало вверх. Мне кажется, что это не самое лучшее решение. Во-первых, подобная весьма грубая деформация термически обработанной стали создает в ней дополнительные напряжения и микродефекты за счет растяжения металла с одной стороны и сжатия с другой. Это неизбежно снижает надежность и долговечность. Равно как к тому же приводит и происходящее при подобных манипуляциях повреждение защитного антикоррозионного покрытия, которое рвется, корежится и перестает защищать от воздействия воды. При этом того же самого эффекта изменения положения жала можно легко добиться еще на стадии выбора модели крючка и собственно его запайки. Если же все таки необходимо несколько отогнуть жало, то более щадящим будет не резкая деформация загиба, а более-менее плавный изгиб прямого цевья — за счет меньшей угловой деформации описанные негативные эффекты будут не так сильны.

Подточка крючка

Сразу же оговорюсь, что подточка жала крючка — мера скорее вынужденная и экстренная, поскольку в абсолютном большинстве случаев результат будет уступать заводскому. В том числе и по причине беззащитности очищенного попутно от антикоррозийных покрытий жала. Но иногда выбора нет — либо коекак заточенный, либо совсем тупой. Опять же, как и при подготовке цевья к лужению, лучше не пользоваться грубым алмазным надфилем — слишком резво и грубо он может ободрать изрядный слой металла. То же самое можно сказать и о различных точильных камнях и напильниках. Для подобной операции стоит воспользоваться более щадящими материалами и технологиями. Лучше всего подойдет очень мелкозернистая наждачная шкурка, которую для удобства можно наложить на шпатель или любую пластинку подходящей толщины — лишь бы не сточить бородку.

Технологический процесс пайки металлов

Так же можно воспользоваться бормашинкой с диском из листового металла с нанесенной на него мелкой шлифовальной пастой (вроде пасты ГОИ). Главное, чтобы диск был плоский и не «бил» при вращении. Но все же вариант подточки крючка лучше рассматривать как временную меру — и при первой же возможности его перепаять или поменять приманку на новую.

Самодельные мормышки из вольфрама

Еще в 16 веке был известен минерал вольфрамит, который в переводе с немецкого (Wolf Rahm) означает «волчьи сливки». Такое название минерал получил в связи со своими особенностями. Дело в том, что вольфрам, который сопровождал оловянные руды, во время выплавки олова превращал его просто в пену шлаков, поэтому и говорили: «пожирает олово, как волк овцу».

Читайте также:  Как правильно запаять бензобак оловом

Спустя время, именно от вольфрамита и было унаследовано 74 химическим элементом периодической системы название вольфрам.

Характеристики вольфрама

Вольфрам является переходным металлом светло-серого цвета. Имеет внешнее сходство со сталью. В связи с обладанием достаточно уникальными свойствами, данный элемент является очень ценным и редким материалом, чистый вид которого в природе отсутствует. Вольфрам обладает:

  • достаточно высокой плотностью, которая приравнивается к 19,3 г/см 3 ;
  • высокой температурой плавления, составляющей 3422 0 С;
  • достаточным электросопротивлением – 5,5 мкОм*см;
  • нормальным показателем коэффициента параметра линейного расширения, равняющегося 4,32;
  • наивысшей среди всех металлов температурой кипения, равняющейся 5555 0 С;
  • низкой скоростью испарения, даже не смотря на температуры, превышающие 200 0 С;
  • относительно низкой электропроводностью. Однако, это не мешает вольфраму оставаться хорошим проводником.

Характеристика Значение
Свойства атома
Название, символ, номер Вольфра́м / Wolframium (W), 74
Атомная масса (молярная масса) 183,84(1)[1] а. е.

Пайка вольфрама

м. (г/моль)

Электронная конфигурация [Xe] 4f14 5d4 6s2
Радиус атома 141 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 170 пм
Радиус иона (+6e) 62 (+4e) 70 пм
Электроотрицательность 2,3 (шкала Полинга)
Электродный потенциал W ← W3+ 0,11 ВW ← W6+ 0,68 В
Степени окисления 6, 5, 4, 3, 2, 0
Энергия ионизации (первый электрон) 769,7 (7,98) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 19,25[2] г/см³
Температура плавления 3695 K (3422 °C, 6192 °F)[2]
Температура кипения 5828 K (5555 °C, 10031 °F)[2]
Уд. теплота плавления
Уд. теплота испарения 4482 кДж/кг 824 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 24,27[5] Дж/(K·моль)
Молярный объём 9,53 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая объёмноцентрированная
Параметры решётки 3,160 Å
Температура Дебая 310 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 162,8[6] Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-33-7

Все это делает вольфрам очень прочным металлом, который не поддается механическим повреждениям. Но наличие таких уникальных свойств не исключает присутствие недостатков, которые также есть у вольфрама. К ним относятся:

  • высокая ломкость при воздействии на него очень низких температур;
  • высокая плотность, что затрудняет процесс его обработки;
  • низкая сопротивляемость кислотам при низких температурах.

Получение вольфрама

Вольфрам, наряду с молибденом, рубидием и рядом других веществ, входит в группу редких металлов, которые характеризуются очень малым распространением в природе. В связи с этим, его нельзя добыть традиционным способом, как многие полезные ископаемые. Таким образом, промышленное получение вольфрама состоит из следующих этапов:

  • добычи руды, в составе которой содержится определенная доля вольфрама;
  • организации надлежащих условий, в которых можно выделить металл от перерабатываемой массы;
  • концентрации вещества в виде раствора или осадка;
  • очистки получившегося в результате предыдущего этапа химического соединения;
  • выделении чистого вольфрама.

Таким образом, чистое вещество из добытой руды, содержащей вольфрам, можно выделить несколькими способами.

    В результате обогащения вольфрамовой руды гравитацией, флотацией, магнитной или электрической сепарацией.

В процессе этого образуется вольфрамовый концентрат, на 55-65% состоящий из ангидрида (трехокиси) вольфрама WO3. В концентратах данного металла ведется контроль за содержанием примесей, в качестве которых могут выступать фосфор, сера, мышьяк, олово, медь, сурьма и висмут.

  • Как известно, трехокись вольфрама WO3 является основным материалом для выделения металлического вольфрама или карбида вольфрама. Получение WO3­­ происходит в результате разложения концентратов, выщелачивания сплава или спека и др. В таком случае, на выходе образуется материал на 99,9% состоящий из WO3.
  • Из ангидрида вольфрама WO3. Именно путем восстановления данного вещества водородом или углеродом получают вольфрамовый порошок. Применения второго компонента для восстановительной реакции применяют реже. Это связано с насыщением в процессе реакции WO3 карбидами, в результате чего металл теряет свою прочность и его становится тяжелее обработать. Вольфрамовый порошок получают особыми способами, благодаря которым становится возможным проводить контроль его химического состава, размеров и формы зерен, а также гранулометрического состава. Так, фракцию частиц порошка можно увеличить путем быстрого нарастания температуры или низкой скоростью подачи водорода.
  • Производство компактного вольфрама, который имеет вид штабиков или слитков и представляет собой заготовку для дальнейшего изготовления полуфабрикатов – проволоки, прутков, ленты и др.
  • Последний способ, в свою очередь, включает в себя два возможных варианта.

    Один из них связан с методами порошковой металлургии, а другой – с плавкой в электрических дуговых печах с расходуемым электродом.

    Метод порошковой металлургии

    В силу того, что благодаря данному способу можно равномернее распределить присадки, наделяющие вольфрам особыми его свойствами, он более популярен.

    Он включает несколько этапов:

    1. Металлический порошок прессуется в штабики;
    2. Заготовки подвергаются спеканию при низких температурах (так называемое, предварительное спекание);
    3. Сваривание заготовок;
    4. Получение полуфабрикатов путем обработки заготовок. Реализация данного этапа осуществляется ковкой или механической обработкой (шлифовка, полировка). Стоит отметить, что механическая обработка вольфрама становится возможной только под воздействием высоких температур, в противном случае, его обработать невозможно.

    При этом, порошок должен быть хорошо очищен с максимально допустимым процентным содержанием примесей до 0,05%.

    Данный метод позволяет получить вольфрамовые штабики, имеющие квадратное сечение от 8х8 до 40х40 мм и длину в 280-650 мм. Стоит отметить, что в условиях комнатных температур они достаточно прочны, однако имеют повышенную хрупкость.

    Плавка

    Данный способ применяется, если необходимо получить вольфрамовые заготовки достаточно крупных габаритов – от 200 кг до 3000 кг. Такие заготовки, как правило, необходимы для проката, вытяжки труб, изготовления изделий путем литья. Для плавки необходимо создание специальных условий – вакуум или разреженная атмосфера водорода. На выходе образуются слитки вольфрама, обладающие крупнокристаллической структурой, а также высокой хрупкостью в связи с наличием большого количества примесей. Содержание примесей можно снизить за счет предварительной плавки вольфрама в электронно-лучевой печи. Однако, структура при этом остается неизменной. В связи с чем, для уменьшения размера зерна происходит дальнейшая плавка слитков, но уже в электрической дуговой печи. При этом, в процессе плавки к слиткам добавляются легирующие вещества, наделяющие вольфрам особыми свойствами.

    Чтобы получить вольфрамовые слитки, имеющие мелкозернистую структуру, используют дуговую гарниссажную плавку с разливкой металла в изложницу.

    Способ получения металла определяет наличие в нем присадок и примесей. Таким образом, сегодня производится несколько марок вольфрама.

    Марки вольфрама

    1. ВЧ – чистый вольфрам, в котором отсутствуют какие-либо присадки;
    2. ВА – металл, имеющий в своем составе алюминиевую и кремнещелоную присадку, которые наделяют его дополнительными свойствами;
    3. ВМ – металл, имеющий в своем составе ториевую и кремнещелочную присадку;
    4. ВТ – вольфрам, в составе которого содержится оксид тория в качестве присадки, что существенно повышает эмиссионные свойства металла;
    5. ВИ – металл, содержащий оксид иттрия;
    6. ВЛ – вольфрам с окисью лантана, что также повышает эмиссионные свойства;
    7. ВР – сплав рения и вольфрама;
    8. ВРН – какие-либо присадки в металле отсутствуют, однако могут присутствовать примеси в больших объемах;
    9. МВ – сплав вольфрама с молибденом, что существенно повышает прочность после отжига, сохраняя при этом пластичность.

    Где применяется вольфрам?

    Благодаря своим уникальным свойствам, 74 химический элемент стал незаменимым во многих промышленных отраслях.

    1. Основное применение вольфрама – в качестве основы для производства тугоплавких материалов в металлургии.
    2. С обязательным участием вольфрама производятся нити накаливания, являющиеся главным элементом приборов освещения, кинескопов, а также иных вакуумных труб.
    3. Также данный металл лежит в основе производства тяжелых сплавов, используемых в качестве противовесов, бронебойных сердечников подкалиберных и стреловидных оперенных снарядов артиллерийских орудий.
    4. Вольфрам является электродами при аргонно-дуговой сварке;
    5. Его сплавы отличаются высокой устойчивостью к воздействиям различных температур, кислой среде, а также твердостью и устойчивостью к истиранию, в связи с чем применяются при производстве хирургических инструментов, брони танков, торпедных и снарядных оболочек, деталей самолетов и двигателей, а также контейнеров для хранения ядерных отходов;
    6. Вакуумные печи сопротивления, температура в которых достигает предельно высоких величин, оборудованы нагревательными элементами, произведенными также из вольфрама;
    7. Использование вольфрама популярно для обеспечения защиты от ионизирующего излучения.
    8. Соединения вольфрама используются в качестве легирующих элементов, высокотемпературных смазок, катализаторов, пигментов, а также для преобразования тепловой энергии в электрическую (дителлурид вольфрама).

    характеристики вольфрама , марки вольфрама , получение вольфрама , применение вольфрама

    Источник