难熔金属：性质、类型和应用
难熔金属因其独特和理想的性能和行为而被广泛使用，特别是它们的耐腐蚀性和非凡的耐磨性和耐热性。
这些金属主要用于工程、科学和冶金领域。属于此类金属的五个主要元素包括：
- 钼 (Mo)
- 铼 (Re)
- 铌 (Nb)
- 钨 (W)
- 钽 (Ta)
这五种元素有一些共同的关键特性，例如室温下的高硬度和高熔点，尤其是在高于 3,600 华氏度（2,000 摄氏度）的温度下。 （有关提高硬度的更多信息，请参阅：氮化以提高耐腐蚀和耐磨疲劳性。）
难熔金属也具有高密度并且是化学惰性的。它们的高熔点让位于粉末冶金作为制造不同部件的选择。
难熔金属最常见的一些应用包括金属丝、工具、腐蚀性环境中的化学容器和铸模。难熔金属的熔点非常高，因此非常稳定。
现在，让我们更深入地了解难熔金属——包括它们的特性、特性、优点和应用：
难熔金属的主要特征
难熔金属的一个主要识别因素是耐热性。该类别下的所有五种金属的熔点均高于 3,632 华氏度（2,000 摄氏度）。
难熔金属在极高的温度下也保持坚固，并且天生就坚硬，使其成为钻孔和切割工具的完美选择。难熔金属对热冲击等因素具有很强的抵抗力。这意味着它们在反复冷却和加热时不会出现开裂、膨胀或应力。（有关受热金属的更多信息，请参阅： 涂覆高热表面时的 5 大注意事项 .)
此外，该组中的所有五种金属都具有高密度水平以及良好的热和电性能。它们还具有抗蠕变能力，因此当它们暴露在非常紧张的环境或条件下时会缓慢变形。这是因为难熔金属可以形成一层保护层，使其具有抗腐蚀能力——尽管它们在高温下会发生氧化。
难熔金属的物理化学性质
难熔金属可以根据其独特的物理和化学性质进行分类。而且，要充分利用这些元素，彻底了解它们至关重要。
难熔金属的物理性质
难熔金属具有以下主要物理特性：
- 高沸点。 难熔金属的熔点高于除碳、锇和铱以外的所有其他金属。
- 体心立方晶体结构。
- 抗蠕变性高。
也就是说，难熔金属的具体特性差异很大，因为它们来自元素周期表中的不同族群。
例如，在所有五种难熔金属中，铼的熔点最高，为 5,757 华氏度（3,186 摄氏度），而铌的熔点最低，为 4,491 华氏度（2,477 摄氏度）。就沸点而言，铌为 8,572 华氏度（4,744 摄氏度），而铼为 10,105 华氏度（5,596 摄氏度）。 （有关使用高温材料的应用的更多信息，请参阅： 全部蒸起来：Steam 的多种类型和用途 .)
抗蠕变性也是如此。有些金属在 1832 华氏度（1000 摄氏度）时开始形成蠕变，而有些金属则在低于 932 华氏度（500 摄氏度）时开始形成蠕变。
难熔金属的化学性质
难熔金属具有广泛的化学性质，因为它们在元素周期表中属于不同的分类。
一般来说，这些金属容易氧化；但反应可以通过在金属上形成稳定的氧化层来控制。对于铼来说尤其如此，因为它的挥发性很高。因此，随着氧化层的蒸发，它会在高温下失去抗氧侵蚀的稳定性。
然而，所有难熔金属对酸等物质都比较稳定。
使用难熔金属有什么好处？
由于其独特的品质，难熔金属对各种应用和行业都非常有益。它们的主要好处包括：
高熔点
钨、钼、钽等难熔金属的熔点非常高，有利于玻璃制造。
高强度
难熔金属具有独特的强度，即使在超高温下也是如此。
例如，由钨制成的火箭锥在常温下的抗拉强度是铁的两倍。 （有关此主题的更多信息，请参阅：强度和韧性之间的区别是什么？ )
出色的耐磨性和耐磨性
难熔金属，尤其是合金，可以延长阀座、密封件、喷嘴和其他易磨损部位的使用寿命。
优异的耐腐蚀性
化工厂的管道通常由难熔金属制成，与不锈钢相比具有更高的耐腐蚀性。
抗热震性
钨等金属可以抵抗因受热快速膨胀带来的应力。
钨的熔点非常高，可以承受一系列开关循环而不影响其完整性。
热和电传导
除了许多电子或电气应用之外，钨和钼等难熔金属也是很好的散热器。
极端硬度
今天，最广泛使用的切削工具是由碳化钨等材料制成的。
难熔金属也非常适合形成金属和钢铁，以及采矿和钻探气井或油井。 （有关石油和天然气行业的更多信息，请参阅： 石油和天然气行业的远程腐蚀监测系统 .)
高密度和比重
大多数难熔金属具有高密度，因此可用于制造高尔夫球杆头和飞机陀螺仪。
独特功能
一些具有超有用功能的难熔金属，例如作为出色的辐射屏蔽和化学催化剂。
难熔金属的类型及其应用
有五种难熔金属；每个都有不同的属性和应用。
总体而言，难熔金属的常见应用包括金属丝、工具、腐蚀性环境中的化学容器和铸模。难熔金属的熔点非常高，因此非常稳定。
以下是五种难熔金属的更具体应用：
钨
钨是难熔金属中含量最多的。它是难熔金属中熔点最高、金属密度最高的金属之一。与碳等其他元素结合使用时可能会非常困难。它还具有很强的耐腐蚀性。
照明应用程序
钨丝广泛用于金属丝灯丝，例如大多数房屋中使用的白炽灯。但它在工业弧光灯和照明中也很常见。（有关工业应用的更多信息，请参阅： 关于聚脲涂料的 8 件事 .)
舞台照明用于电视演播室和摄影棚以及戏剧制作、音乐会和其他现场活动的场所。而且，虽然舞台照明仍然使用白炽灯技术，但它通常采用专有的高性能卤钨（或石英卤）灯的形式，并经过仔细校准的色温值来控制整体场景再现。
电晕放电
电晕放电是导体周围的空气被电离时产生的等离子幕。
电晕放电通常用钨丝完成，而且效果最好。对于空气过滤、打印机、复印机等应用，只有钨丝才能产生足够的电离和表面改性。
熔炉
钨丝广泛用于在工业烤箱中提供支撑或拉动作用。
这是由于钨丝的非下垂特性和耐热性。例如，钨丝通常被编织成垫子，用于在工业烤箱、熔炉和窑炉的工程热区中定位和固定物体。
探针
钨丝的刚度，即使在非常小的直径下，也是使其可用于各种类型的探针的关键因素，包括用于半导体制造中硅晶片测试的悬臂半导体测试探针。
硬度也是用于医学诊断和治疗的神经探针的钨丝的一个优势。 （更多关于 材料科学 在医疗保健领域，请参阅： 如何开始从事材料科学家的职业 .)
切割工具和零件
切削工具和零件需要高耐磨性，因此由碳化钨制成。
碳化钨刀片带有磨削刃口，通过钎焊或机械紧固连接到钢制工具的主体上。使用碳化钨刀具可确保更高的切削速度和更长的刀具寿命。碳化钨染料常用于拉丝。
钼
钼是最常用的难熔金属，因为它比大多数其他金属便宜，而且当制成合金时，它可以很好地抵抗蠕变和高温。
这种金属也不会产生汞合金，因此具有耐腐蚀性。它主要用于强化钢合金，特别是在结构管道和管材中。钼还具有出色的抗摩擦特性，使其成为汽车油和润滑脂的理想成分。 （有关汽车行业腐蚀的更多信息，请参阅： 汽车应用中轻质材料的腐蚀 .)
不锈钢
不锈钢之所以耐腐蚀，是因为它们的铬含量会在钢表面自发形成一层薄的保护性钝化膜。
钼通过使其更坚固并帮助它在被氯化物破坏时快速重新形成来增强这种钝化膜。增加不锈钢中的钼含量可提高不锈钢的耐点蚀和缝隙腐蚀能力。
工具和高速钢
工具钢中的钼增加了它们的硬度和耐磨性。通过降低临界冷却速度，钼促进了最佳马氏体基体的形成，即使在不能快速冷却而不变形或开裂的大型复杂模具中也是如此。
添加 5% 到 10% 的钼可以有效地最大限度地提高高速钢的硬度和韧性，并在切削金属时产生的高温下保持这些性能。 （有关切割金属的更多信息，请参阅： 热短路和焊接如何影响金属腐蚀 .)
抑烟剂
在电子技术中，电线和电缆绝缘对消防员以及飞机和医院范围内的人员来说是一种火灾和烟雾危害。八钼酸铵已与 PVC 一起用于抑制烟雾形成。
由于钼在室温下的弹性模量为 47*10^6 磅/平方英寸，因此用于高速内圆磨床的镗杆和套管轴。这样可以确保无振动和颤振。
钽
钽是最耐腐蚀的难熔金属。
它通常用于医疗和手术环境以及高酸性环境中。钽也是计算机和电话电路或电容器的主要成分。
虽然比铝贵很多，但钽有两个关键优势：
- 它具有更高的介电常数，可以使电容器更小。
- 其氧化层更稳定，使钽电容器在需要高可靠性的应用中具有优势。
钽还在电子工业中用作屏障，以防止铜污染计算机芯片和存储设备等产品中的硅。这种分离是必要的，因为铜在硅中的存在会导致器件退化和故障。 （有关铜腐蚀的更多信息，请参见： 解释了曝气区的铜腐蚀率增加 .)
医疗应用
钽因其生物惰性而被用于外科手术和生物医学应用——而这又是由于钽金属在暴露于空气时会在其表面自发形成的粘附氧化层。
此外，钽在体液中是惰性的，具有良好的机械性能。其在医学上的应用实例包括：
- 手术夹。
- 骨移植物。
- 用于颅骨成形术的板。
- 用于腹壁重建的网格。
- 种植牙。
化工厂设备
钽的延展性和优异的耐腐蚀性使其适用于在高温腐蚀条件下运行的化学工艺设备。
金属的耐腐蚀性既可以保护设备，也可以保持所处理化学品的纯度。钽及其合金可用于处理盐酸、氢溴酸、硝酸和硫酸。可以使用的qhich钽化工厂设备示例有：
- 热交换器。
- 阀门。
- 船只。
- 管道。 （有关管道腐蚀的更多信息，请参见： 21 种管道腐蚀和故障 .)
铌
铌总是与钽一起使用。具有高度独特性，易于加工，具有较高的弹性和强度。
黑色金属冶金
铌的主要用途是黑色冶金。
世界上约 75% 的铌产量被钢铁工业用于生产各种合金钢，其中含有少量其他金属（微合金钢和低合金钢），以提高耐腐蚀性、强度和韧性等性能。
铌在高强度低合金钢和微合金钢中作为晶粒细化剂和沉淀硬化剂，同时提高机械强度、高温强度、韧性和耐腐蚀性。
这些钢用于管道、运输和结构应用。 （有关交通的更多信息，请参阅： 储存、运输和搬运过程中的临时腐蚀保护 .)
超导磁体
铌合金也用于制造超导磁体。这些超导磁体用于：
- 磁共振成像 (MRI)。
- 核磁共振仪器 (NMRI)。
- 粒子加速器，例如欧洲的大型强子对撞机，其中包含世界上最大的超导磁体。
- 电解电容器和超导体。
铌合金优于其他高达 3,300 华氏度的难熔金属。由于其低抗氧化性，铌合金仅限于在高温下用于结构应用。
铼
铼是最近发现的难熔金属。
它可以在超低浓度的其他金属中找到。它也存在于其他难熔金属矿石中。铼以其高抗拉强度和延展性而著称。
铼也非常稀有，因此可能非常昂贵。
超级合金
铼被用作制造超级合金的添加剂，通常与铁、钴、镍、钨和钼一起使用。添加铼可提高超合金的整体蠕变强度，使其成为喷气发动机零件和燃气涡轮发动机的优良材料。（有关喷气发动机和涡轮机的更多信息，请参阅： 燃气轮机部件的热腐蚀 .)
催化剂
铼化合物在许多行业中用作均相和多相催化的催化剂。其中包括：
- 石油化学。
- 药品
- 有机合成过程，包括异构化、氢化和烷基化。
铂铼催化剂在炼油厂中称为催化重整的化学过程中必不可少。（有关石油的更多信息，请参阅： 原油中的 6 种腐蚀性成分 .)
Thermoelements
钨铼和钼铼合金主要用于制造热电偶。
它们的用途包括半导体、加热元件、金属涂层和焊条。
尤其是钨铼合金，用于制造旋转X射线阳极。
在高温下，铼可以抵抗氢气和惰性气氛中的侵蚀。耐盐酸和海水腐蚀，也耐电蚀的机械作用。
结论
难熔金属有许多应用和好处。但是，还有很多我们还没有完全理解。
冶金领域需要大量研究来改进各种工艺。
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