钨的作用

钨的作用

钨的主要用途 钨及其合金广泛应用于电子、电光源工业。用于制造各种照明用灯泡，电 子管灯丝使用的是具有抗下垂性能的掺杂钨丝。 掺杂钨丝中添加铼。由含铼量低的钨铼合金丝与含铼量高的钨铼合金丝制 造的热电偶， 其测温范围极宽(0～2500℃)， 温度与热电动势之间的线性关系好， 测温反应速度快(3 秒)，价格相对便宜，是在氢气氛中进行测量的较理想的热电 偶。 钨丝不仅触发了一场照明工业的革命，同时还由于它的高熔点，在不丧失 其机械完整性的前提下， 成为电子的一种热离子发射体， 比如作扫描电(子显微) 镜和透射电(子显微)镜的电子源。还用于作 X 射线管的灯丝。在 X 射线管中， 钨丝产生的电子被加速，使之碰撞钨和钨铼合金阳极，再从阳极上发射出 X 射 线。为产生 X 射线要求钨丝产生的电子束的能量非常之高，因此被电子束碰撞 的表面上的斑点非常之热，故在大多数 X 射线管中使用的是转动阳极。 此外大尺寸的钨丝还用作真空炉的加热元件。 钨的密度为 19.25 克/厘米 3 ，约为铁(7.87 克/厘米 3 )的 2.5 倍，是周期 系最重的金属元素之一。基于钨的这一特性制造的高密度的钨合金(即高比重钨 合金)已成为钨的一个重要应用领域。 采用液相烧结工艺， 在钨粉中同时加入镍、 铁、铜及少量其他元素，即可制成高密度钨合金。根据组分的不同，高密度钨 合金可分为钨—镍—铁和钨—镍—铜两个合金系。通过液相烧结，其密度可达 17～18.6 克／厘米 所谓液相烧结是指混合粉末压坯在烧结温度下有一定量 液相存在的烧结过程。其优点在于液相润湿固相颗粒并溶解少量固体物质，大 大加快了致密化和晶粒长大的过程，并达到极高的相对密度。比如对通常在液 相烧结时使用的镍铁粉而言， 当烧结进行时， 镍铁粉熔化。 尽管在固相钨(占 95％ 的体分数)中液态镍铁的溶解度极小，但固态钨却易于溶解在液态镍铁中。一旦 液体镍铁润湿钨粒并溶解一部分钨粉，钨颗粒则改变形状，其内部孔隙当液流 进入时立即消失。过程继续下去，则钨颗粒不断粗化和生长，到最后产生接近 100％致密且具有最佳显微组织的最终产品。 用液相烧结制成高密度钨合金除密度高外还有比纯钨更好的冲击性能，其 主要用途是制造高穿透力的军用穿甲弹。 碳化钨在 1000℃以上的高温仍能保持良好的硬度，是切削、研磨的理想工 具。 1923 年德国的施罗特尔(Schroter)正是利用 WC 的这一特性才发明 WC-Co 硬 质合金的。由于 WC-Co 硬质合金作为切削刀具及拉伸、冲压模具带来了巨大的 商机，很快在 1926～1927 年便实现了工业化生产。简单地说，先将钨粉(或 W03)与碳黑的混合物在氢气或 真空中于一定温度下碳化，即制成碳化钨(WC)，再将 WC 与金属粘结剂钴按一定 比例配料，经过制粉、成型、烧结等工艺，制成刀具、模具、轧辊、冲击凿岩 钻头等硬质合金制品。 目前使用的碳化钨基硬质合金大体上可分为碳化钨—钴、碳化钨—碳化钛 —钴、碳化钨—碳化钛—碳化钽(铌)—钴及钢结硬质合金等四类，在当前全球 每年约 5 万吨钨的消费量中，碳化钨基硬质合金约占 63％。据最近的消息，全 球硬质合金的总产量约 33000 吨/年，消耗钨总供应量的 50％～55％。 钨是高速工具钢、合金结构钢、弹簧钢、耐热钢和不锈钢的主要合金元素， 用于生产特种钢的钨的用量很大。 钨可以通过固溶强化、沉淀强化和弥散强化等方法实现合金化，借以提高 钨材的高温强度、塑性。通过合金化，钨已形成多种对当代人类文明有重大影 响的有色金属合金。 钨中加入铼(3％～26％)能显著提高延展性(塑性)及再结晶温度。某些钨铼 合金经适当高温退火处理后， 延伸率可达到 5％， 远较纯钨或掺杂钨的 1％～3％ 为高。 钨中加入 0.4％～4.2％氧化钍(ThO2)形成的钨钍合金，具有很高的热电子发 射能力，可用作电子管热阴极、氩弧焊电极等，但 ThO2 的放射性长期未得到解 决。 我国研制的铈钨(W-CeO2)合金及用 La2O3 和 Y203 作弥散剂制成的镧钨、钇钨合 金(氧化物含量一般在 2.2％以下)代替 W-Th02 合金， 均已大量用作氩弧焊、 等离 子焊接与切割及非自耗电弧炉等多种高温电极。 钨铜、钨银合金是一种组成元素间并无反应因而不形成新相的粉冶复合材 料。钨银、钨铜合金实际上不是合金，故被视为假合金。钨银合金即是常提及 的渗银钨。此类合金含 20％～70％铜或银，兼有铜、银的优异导电导热性能与 钨的高熔点、耐烧蚀等性能，主要用作火箭喷嘴、电触点及半导体支承件。国 外一种北极星 A-3 导弹的喷嘴就是用渗有 10％～15％银的钨管制造的，重量达 数百千克的阿波罗宇宙飞船用的火箭喷嘴也是钨制造的。 钨钼合金具有比纯钨更高的电阻率、更优异的韧性，已用作电子管热丝、 玻璃密封引出线。钨作为合金元素，在有色金属合金中要提及的还有超合金。 上个世纪 40 年代为适应航空用涡轮发动机对高温材料的需要，在隆隆的炮火中 诞生了超合金。超合金由镍基、钴基、铁基三类特种结构合金组成。它们在高 温(500～1050 ℃)下作业时仍能保持极高的强度、抗蠕变性能、抗氧化性能及 耐蚀性。此外，它们在长达数年的使用期限内，可保证不会断裂，也就是具有 耐高周期疲劳和低周期疲劳的特性。这类性能对人命关天的航空航天产业万分 重要。 目前使用的知名超合金共有 35～40 个牌号，其中相当一部分的主成分之一 为钨