Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Металлический торий используется для легирования магниевых сплавов

Торий

Торий (лат. Thorium), Th, радиоактивный химический элемент, первый член семейства актиноидов, входящих в III группу периодической системы Менделеева; атомный номер 90, атомная масса 232,038; серебристо-белый пластичный металл. Природный Торий практически состоит из одного долгоживущего изотопа 232 Th — родоначальника одного из радиоактивных рядов — с периодом полураспада Т½ = 1,39·10 10 лет (содержание изотопа 228 Th, находящегося с ним в равновесии, ничтожно — 1,37·10 -8 %) и четырех короткоживущих изотопов, два из которых относятся к радиоактивному ряду урана — радия: 234 Th (Т½ = 24,1 сут) и 230 Th (Т½ = 8,0·10 4 лет), остальные — к ряду актиния: 23l Th (Т½ = 25,6 ч) и 227 Th (Т½= 18,17 сут). Из искусственно полученных изотопов наиболее устойчив 229 Th (Т½ = 7340 лет).

Торий открыт в 1828 году Й. Я. Берцелиусом в одном из сиенитов в Норвегии. Элемент назван по имени бога грома в скандинавской мифологии — Тора, а минерал — силикат тория — торитом.

Распространение Тория в природе. Торий — характерный элемент верхней части земной коры — гранитного слоя и осадочной оболочки, где его в среднем содержится соответственно 1,8·10 -3 % и 1,3·10 -3 % по массе. Торий сравнительно слабомигрирующий элемент; в основном он участвует в магматических процессах, накапливаясь в гранитах, щелочных породах и пегматитах. Способность к концентрации слабая. Известно 12 собственных минералов Торий. Торий содержится в монаците, уранините, цирконе, апатите, ортите и других. Основной промышленного источник Тория — монацитовые россыпи (морские и континентальные). В природных водах содержится особенно мало Тория: в пресной воде 2·10 -9 %, в морской воде 1·10 -9 %. Он очень слабо мигрирует в биосфере и гидротермальных растворах.

Физические свойства Тория. Торий существует в виде двух модификаций: α-формы с гранецентрированной кубической решеткой при температуре до 1400 °С (а = 5,086 Å) и β-формы с объемноцентрированной кубической решеткой при температуре выше 1400 °С (а = 4,11 Å). Плотность Тория (рентгенографическая) 11,72 г/см 3 (25 °С); атомный диаметр в α-форме 3,59 Å, в β-форме 3,56 Å; ионные радиусы Th 3+ 1,08 Å, Th 4+ 0,99 Å; tпл 1750 °С; tкип3500-4200 °С.

Мольная теплоемкость Тория 27,32 кдж/(кмоль·К) [6,53 кал/(моль·°С)] при 25 °С; теплопроводность при 20 °С 40,19 Вт/(м·К) [0,096 кал/(см·сек·°С)]; температурный коэффициент линейного расширения 12,5·10 -6 (25-100 °С); удельное электросопротивление 13·10 -6 — 18·10 -6 ом·см (25 °С); температурный коэффициент электросопротивления 3,6·10 -3 -4·10 -3 . Торий парамагнитен; удельная магнитная восприимчивость 0,54·10 -6 (20 °С). При 1,4К переходит в состояние сверхпроводимости.

Торий легко деформируется на холоду; механические свойства Тория сильно зависят от его чистоты, поэтому предел прочности при растяжении Тория варьирует от 150 до 290 Мн/м 2 (15-29 кгс/мм 2 ), твердость по Бринеллю от 450 до 700 Мн/м 2 (45-70 кгс/мм 2 ). Конфигурация внешних электронов атома Th 6d 2 7s 2 .

Химические свойства Тория. Хотя Торий относится к семейству актиноидов, однако по некоторым свойствам он близок также к элементам второй подгруппы IV группы периодической системы Менделеева — Ti, Zr, Hf. В большинстве соединений Торий имеет степень окисления +4.

На воздухе при комнатной температуре Торий окисляется незначительно, покрываясь защитной пленкой черного цвета; выше 400 °С быстро окисляется с образованием ThO2 — единственного оксида, который плавится при 3200 °С и обладает высокой химические устойчивостью. Получают ThO2 термическим разложением нитрата, оксалата или гидрооксида Тория. С водородом при температурах выше 200 °С Торий реагирует с образованием порошкообразных гидридов ThH2, ТhН3 и другого состава. В вакууме при температуре 700-800 °С из Тория можно удалить весь водород. При нагревании в азоте выше 800 °С образуются нитриды ThN и Th2N3, которые разлагаются водой с выделением аммиака. С углеродом образует два карбида — ThC и ThC2; они разлагаются водой с выделением метана и ацетилена. Сульфиды ThS, Th2S3, Th7S12, ThS2 могут быть получены при нагревании металла с парами серы (600-800 °С). Торий реагирует с фтором при комнатной температуре, с остальными галогенами — при нагревании, с образованием галогенидов типа ThX4 (где X — галоген). Наиболее важное промышленное значение из галогенидов имеют фторид ThF4 и хлорид ТhCl4. Фторид получают действием HF на ThO2 при повышенных температурах; хлорид — хлорированием смеси ThO2 с углем при повышенных температурах. Фторид малорастворим в воде и минеральных кислотах; хлорид, бромид и иодид — гигроскопичны и хорошо растворимы в воде. Для всех галогенидов известны кристаллогидраты, выделяемые кристаллизацией из водных растворов.

Компактный Торий при температурах до 100 °С медленно корродирует в воде, покрываясь защитной оксидной пленкой. Выше 200 °С активно реагирует с водой с образованием ThO2 и выделением водорода. Металл на холоду медленно реагирует с азотной, серной и плавиковой кислотами, легко растворяется в соляной кислоте и царской водке. Соли Тория образуются в виде кристаллогидратов. Растворимость солей в воде различна: хорошо растворимы нитраты Th(NO3)4·nH2O; труднорастворимы сульфаты Th(SO4)2·nH2O, основной карбонат ThOCO3·8Н2О, фосфаты Th3(PO4)4·4Н2О и ThP2O7·2H2O; практически нерастворим в воде оксалат Th(C2O4)2·6H2O. Растворы щелочей слабо действуют на Торий. Гидрооксид Th(OH)4 осаждается из солей Тория в интервале рН = 3,5-3,6 в виде аморфного осадка. Для ионов Th 4+ в водных растворах характерна ярко выраженная способность к образованию комплексных соединений и двойных солей.

Получение Тория. Торий извлекается главным образом из монацитовых концентратов, в которых он содержится в виде фосфата. Промышленное значение имеют два способа вскрытия (разложения) таких концентратов:

1) обработка концентрированной серной кислотой при 200 °С (сульфатизация);

2) обработка растворами щелочи при 140 °С. В сернокислые растворы продуктов сульфатизации переходят все редкоземельные элементы, Торий и фосфорная кислота. При доведении рН такого раствора до 1 осаждается фосфат Тория; осадок отделяют и растворяют в азотной кислоте, а затем нитрат Тория экстрагируют органических растворителем, из которого Торий легко вымывается в виде комплексных соединений. При щелочном вскрытии концентратов в осадке остаются гидрооксиды всех металлов, а в раствор переходит тринатрийфосфат. Осадок отделяют и растворяют в соляной кислоте; понижая рН этого раствора до 3,6-5, осаждают Торий в виде гидрооксида. Из выделенных и очищенных соединений Тория получают ThO2, ThCl4 и ThF4 — основные исходные вещества для производства металлического Тория металлотермическими методами или электролизом расплавленных солей. К металлотермическим методам относятся: восстановление ThO2 кальцием в присутствии СаCl2 в атмосфере аргона при 1100-1200 °С, восстановление ТhCl4 магнием при 825-925 °С и восстановление ThF4 кальцием в присутствии ZnCl2 с получением сплава Тория и последующим отделением цинка нагреванием сплава в вакуумной печи при 1100 °С. Во всех случаях получают Торий в форме порошка или губки. Электролиз расплавленных солей ведется из электролитов, содержащих ThCl4 и NaCl, или ванн, состоящих из смеси ThF4, NaCl, KCl. Торий выделяется на катоде в виде порошка, отделяемого затем от электролита обработкой водой или разбавленными щелочами. Для получения компактного Торий применяют метод порошковой металлургии (спекание заготовок ведут в вакууме при 1100-1350 °С) или плавку в индукционных вакуумных печах в тиглях из ZrO2 или ВеО. Для получения Тория особо высокой чистоты используют метод термической диссоциации иодида Тория.

Читайте так же:
Технология переработки шин в резиновую крошку

Применение Тория. Торированные катоды применяются в электронных лампах, а оксидно-ториевые — в магнетронах и мощных генераторных лампах. Добавка 0,8-1% ThO2 к вольфраму стабилизирует структуру нитей ламп накаливания. ThO2 используют как огнеупорный материал, а также как элемент сопротивления в высокотемпературных печах. Торий и его соединения широко применяют в составе катализаторов в органических синтезе, для легирования магниевых и других сплавов, которые приобрели большое значение в реактивной авиации и ракетной технике. Металлический Торий используется в ториевых реакторах.

При работе с Торий необходимо соблюдать правила радиационной безопасности.

Торий в организме. Торий постоянно присутствует в тканях растений и животных. Коэффициент накопления Тория (т. е. отношение его концентрации в организме к концентрации в окружающей среде) в морском планктоне — 1250, в донных водорослях — 10, в мягких тканях беспозвоночных — 50-300, рыб — 100. В пресноводных моллюсках (Unio mancus) его концентрация колеблется от 3·10 -7 до 1·10 -5 %, в морских животных от 3·10 -7 до 3·10 -6 %. Торий поглощается главным образом печенью и селезенкой, а также костным мозгом, лимфатическими железами и надпочечниками; плохо всасывается из желудочно-кишечного тракта. У человека суточное поступление Тория с продуктами питания и водой составляет 3 мкг; выводится из организма с мочой и калом (0,1 и 2,9 мкг соответственно). Торий — малотоксичен, однако как природный радиоактивный элемент вносит свой вклад в естественный фон облучения организмов.

Радиоактивный Боинг (журналажный стиль) (ЧА)

Из одной статьи по хм. металлургии, не имеющей отношения к авиации.
Кстати, конкретно где и конкретно зачем не указано, но догадка логична.

В сей ветке интересно было бы получить подтверждение или опровержение. А уж про стиль вопроса я предупреждал

ЕхБортоператор
Местный
  • 1 Сен 2005

Читаем БСЭ:
http://www.chemport.ru/pertable/elinfo.php?el=90
Торий и его соединения широко применяют в составе катализаторов в органическом синтезе, для легирования магниевых и др. сплавов, которые приобрели большое значение в реактивной авиации и ракетной технике.

Но нас в детстве учили, что торий малотоксичен.

Бурундук
  • 1 Сен 2005

Торий слабо радиоактивен (период полураспада — миллиарды лет, распад — альфа-частицами). Он используется как добавка в магниевых сплавах для повышения твердости металла, а также в оптических стёклах для повышения коэффициента преломления.

Для Боинга важнее первое. Что ценно, добавка тория не увеличивает окисляемость сплава (то есть, сильнее ржаветь не начинает. А обычно, чем больше примесей и, соответственно, дефектов решетки, тем быстрее коррозия).

В некоторых магниевых сплавах, выпускаемых промышленностью, тория до фига. Например, в сплаве MHK31A 3% .

Однако, насчет 1,5т в одном самолёте они загнули. Народ боится (на мой взгляд, необоснованно) радиоактивности тория, поэтому с 1983 по 1993г.г. ежегодно во ВСЕЙ авиастроительной промышленности США использовалось по 5т тория ежегодно. С 1993г. — менее 1т в год. Торий в сплавах заменяют редкоземельными металлами.

Так что в 15кг, может, даже в 150кг (с натяжкой) я бы поверил. но не в 1,5т

Seagull_JL
Тролль — прогрессор
  • 1 Сен 2005
backfire
Старожил
  • 2 Сен 2005
Topper
Старожил
  • 2 Сен 2005
Seagull_JL
Тролль — прогрессор
  • 2 Сен 2005

Зря не развил.
"Обедненный уран в два раза менее радиоактивен, чем природный уран, в основном за счет удаления из него U-234. Из-за того, что основное использование урана — производство энергии, обедненный уран бесполезный продукт с низкой экономическое ценностью. Нахождение путей использования обедненного урана представляет собой большую проблему для обогатительных предприятий.
В основном его использование связано с большой плотностью урана и относительно низкой его стоимостью. Две важнейшие сферы использования обедненного урана: использование его для радиационной защиты (как это не странно) и как балластная масса в аэрокосмических применениях, таких как рулевые поверхности летательных аппаратов. В каждом самолете Боинг-747 содержится 1500 кг обедненного урана для этих целей. Обедненный уран в значительной степени применяется при бурении нефтяных скважин в виде ударных штанг (при канатном бурении), его вес погружает инструмент в скважины, наполненые буровым раствором. Еще этот материал применяется в высокоскоростных роторах гироскопов, больших маховиках, как балласт в космических спускаемых аппаратах и гоночных яхтах."

backfire’у пирожок вне зависимости, правда это, или нет.
Хочу лишь поправить, что полторы тонны 235-го хватит на изготовление нескольких атомных бомб и стоимость его запредельная.

Topper
Старожил
  • 2 Сен 2005
backfire
Старожил
  • 2 Сен 2005
Seagull_JL
Тролль — прогрессор
  • 2 Сен 2005

Непонятно, правда зачем он там: противофлаттерные меры?

Кто может уточнить эту инфу?

Topper
Старожил
  • 2 Сен 2005
backfire
Старожил
  • 2 Сен 2005
Экзот
Элефантерия
  • 7 Окт 2005
backfire
Старожил
  • 7 Окт 2005
Старожил
  • 7 Окт 2005
Экзот
Элефантерия
  • 10 Окт 2005
backfire
Старожил
  • 10 Окт 2005
Экзот
Элефантерия
  • 10 Окт 2005

backfire, если брать нашего Флагмана (АНТ), то он как раз мастер "лобовых" экстенсивных решений: "зачем на Ту-154 менять схему уборки на "к фюзеляжу", если можно поставить сложнейшую (относительно аналогов) с-му запрокидывания тележки?"; "зачем на Ту-154М менять тележку на двухосную, если можно поставить ориентатор передней оси?"; "зачем совершенстовать с-му смазки гидронасосов, если можно сделать линию искусственных утечек с нехилым гидрохолодильником и длиной трубопроводов?"; "зачем на выпуске помогать стойкам набегающим потоком, если можно увеличить мощность гидросистемы выпуска?", ну и т.д.
А вот у, скажем, Ильюшина наоборот.

Читайте так же:
Сколько весит полный газовый баллон 50 литров

Подход Корифея оправдан, когда есть лимит времени, но во всех остальных случаях нужен подход а-ля Олег Константинович — "зачем применять два комплекта замков убранного положения, если можно усилить один?".

Как раз тот же "Боинг" сэкономил на массе и сложности приводов и замков выпущенного/убранного положения створок основных ниш шасси, попросту "выбросив" эти створки (применение "идеологии 727" на коротких линиях = "737-100/-200").

Ещё раз — если такой уж тяжёлый нос (а, разве хвост не удлинялся пропорционально?), то проблему балансировки можно решить введением хвостовых баков. Что, собственно, на "747-400" и сделали — ввели бак то ли в стабилизаторе, то ли в киле, то ли и там и там. Тонна. полторы топлива туда точно влезут.
Не могу я поверить, чтобы крали хотя бы маленький объём у топливных баков межконтинентального лайнера.

Кстати, напоследок ехидный голос из зала: как распределять нагрузки от сверхкомпактной (по авиамеркам) массы в полторы тонны? ИМХается мне, что огород придётся городить тот ещё по сложности — это, ведь, нужно ещё в конструкцию вписать, а мы "договорились" её особо не трогать.

торий

Торий.

(лат. Thorium), химический элемент III группы периодической системы, относится к актиноидам. Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп 232 Th (период полураспада 1,4·10 10 лет). Назван от имени бога Тора. Серебристо-белый металл; плотность 11,724 г/см 3 , tпл 1750°C. Добывают главным образом из монацита. Применяется для легирования сплавов, как геттер при изготовлении электроламп. Перспективное ядерное топливо, в котором 232 Th мог бы превращаться в уран 233 U. Последний может участвовать в цепной реакции деления. ThO2 — огнеупорный материал.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Полезное

Смотреть что такое «торий» в других словарях:

ТОРИЙ — ТОРИЙ, хим. символ Th, занимает 90 е место в периодической системе (IV группа). Т. добывается из монацитовых россыпей, где он содержится наряду с ураном и радием. Подобно по1 следнему он распадается на ряд радиоактив ных элементов, как мезоторий… … Большая медицинская энциклопедия

ТОРИЙ — (ново лат. thorium). Металл, получаемый в виде порошка свинцово серого цвета, при нагревании горит ярким пламенем, превращаясь в торину. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ТОРИЙ новолатинск. thorium,… … Словарь иностранных слов русского языка

Торий — (Тh) (Thorium) химический радиоактивный элемент (металл) с атомным номером 90 и атомной массой наиболее распространенного и устойчивого изотопа 232. В природе встречается всего восемь, в основном короткоживущих, изотопов тория. Природные запасы… … Термины атомной энергетики

ТОРИЙ — (символ Th), радиоактивный металл, элемент из группы АКТИНОИДОВ, открытый в 1828 г. Основная руда монацит (фосфат). Металл используется в фотоэлектрических и термоэлектронных эмиттерах. Один из продуктов распада РАДОН 220. Торий иногда… … Научно-технический энциклопедический словарь

Торий — (Th) радиоактивный хим. элемент III гр. периодической системы, порядковый номер 90, массовое число 232. Открыт Берцелиусом в 1828 г. Естественный Th представляет собой практически чистый изотоп Th232. В настоящее время известны изотопы с… … Геологическая энциклопедия

ТОРИЙ — ТОРИЙ, один из редких, химически открытых металлов, в ископаемом торит. Торина, ториновая окись, земля. Толковый словарь Даля. В.И. Даль. 1863 1866 … Толковый словарь Даля

ТОРИЙ — естественный долгоживущий радиоактивный хим. элемент, символ Th (лат. Thorium), ат. н. 90, ат. м. 232,03; светло серый тугоплавкий металл, плотность 11724 кг/м3, tпл = 1750°С. Главным источником Т. служит минерал монацит. Т. важный материал… … Большая политехническая энциклопедия

ТОРИЙ — (Thorium), Th, радиоактивный химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 90, атомная масса 232,0381; относится к актиноидам; металл. Выделен Й. Берцелиусом в 1828 … Современная энциклопедия

ТОРИЙ — (лат. Thorium) Th, химический элемент III группы периодической системы, атомный номер 90, атомная масса 232,0381, относится к актиноидам. Радиоактивен, наиболее устойчивый изотоп 232Th (период полураспада 1,389.1010 лет). Название от имени бога… … Большой Энциклопедический словарь

ТОРИЙ — ТОРИЙ, тория, мн. нет, муж. (хим.). Один из химических элементов, металл. (По имени бога грома Thorr в скандинавской мифологии.) Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

ТОРИЙ — (лат. Thorium), Th, радиоактивный хим. элемент III группы периодич. системы элементов, ат. номер 90, ат. масса 232,0381, относится к актиноидам. В природе представлен в основном a радиоактивным Th (T1/2 =1,405 · 1010 лет). Электронная… … Физическая энциклопедия

Основные свойства и применение никелевых сплавов

Никелевые сплавы производятся в большом количестве, благодаря свойствам основного материала. Пластичность и устойчивость к коррозии – основные качества соединений, применяемых в промышленности. Сплавы с добавлением железа имеют высокую магнитную проницаемость. Легирование кобальтом позволяет получить устойчивый к коррозии магнитострикционный материал.

Параметры никеля

Цвет материала серебристо-белый, температура плавления составляет 1453 градуса. Сплавы никеля отличаются пластичностью, хорошо обрабатываются под давлением. Материал испаряется при температуре 2732 градуса. Химические свойства позволяют формировать соединения с различным уровнем окисления. В нормальных условиях на материале появляется тонкий оксидный слой. Никель и изготовленные из него сплавы устойчивы к ржавчине, легко поддаются воздействию азотной кислоты, не взаимодействуют с другими концентрированными жидкостями.

Химическая реакция возможна с такими веществами:

  • Инертные газы.
  • Калий.
  • Цезий.
  • Стронций.
  • Иридий.

Углеродные добавки позволяют получить карбонил, из которого создают максимально чистые материалы. При взаимодействии с кислородом порошок никеля взрывается.

Формы нахождения металла

Никелевый сплав создается для замещения железа или магния. В виде самородков металл присутствует в метеоритах, в естественных условиях извлекается из руды. Концентрация этого вещества в живых организмах обуславливается воздействием окружающей среды.

Читайте так же:
Что такое угол заточки ножа

Главные месторождения расположены в таких странах:

  • Китай.
  • Россия.
  • Албания.
  • Куба.
  • Греция.

Основные свойства и применение никелевых сплавов

Разновидность руды определяет технологию извлечения никеля. Гидрометаллургический способ используется для переработки латеритового сырья. Если руда содержит меньше целевого материала, проводится электрическая выплавка или обжиг. Такой процесс позволяет одновременно добывать соли кобальта. Много никеля содержится в продуктах горения каменного угля, добываемого в Англии. Это обусловлено существованием микроорганизмов, в которых содержится минерал. Чистота добытого вещества определяет его физические характеристики.

Легирование с помощью магния помогает получить чистый металл.

Отрасли применения никеля

Разберемся, в каких отраслях используется материал:

  • Производство нержавеющей стали.
  • Создание защитных покрытий методом гальванизации.
  • Применение в порошковой металлургии.
  • Создание сплавов, в которых нет железа.
  • Изготовление химических реагентов.

Такое вещество применяется при производстве аккумуляторов. Никель выполняет функцию катализатора в промышленности. Легирование титаном позволяет создавать зубные импланты хорошего качества.

Сплав никеля, содержащий от 20 до 60% железа, применяется в производстве сердечников для электромагнитов.

Из никеля создаются:

  • Фольга.
  • Проволока.
  • Трубы.

Никелевый прокат применяется для взаимодействия со щелочами в химической промышленности. Из такого металла изготавливают медицинские приспособления.

Термопары на основе хромеля-копеля тоже используются в промышленности. Нихромы считаются важными металлами для изготовления технически сложных устройств. Добавление кремния позволяет создавать детали для электронагревателей. Соединение нихрома, титана и алюминия называют нимониками. Термостойкость материалов позволяет использовать их в проектировании авиационных двигателей. Литейные сплавы можно дополнительно легировать для повышения термостойкости. Структура таких металлов неоднородная, поэтому свойства вещества не совпадают на определенных участках.

Опробованы методы изготовления жаропрочных композиционных металлов, в никель добавляются такие элементы:

  • Торий.
  • Алюминий.
  • Цирконий.

Никель

Широко используется сплав с добавлением окислов тория. Повышение электрического сопротивления удается получить после легирования такими элементами.

Употребление никеля в чистом виде:

  • Элемент применяется для защиты других соединений от ржавчины. С помощью гальванопластики одно вещество наносится на другое.
  • Изготовление устойчивых к коррозии изделий, долго сохраняющих первоначальную форму.
  • Производство фильтров и катализаторов, используемых в промышленности.
  • Создание механических прерывателей нейтронного пучка.

По причине высокой стоимости никель применяется только в ситуациях, когда железные или стальные детали не подходят. Вещество используется для изготовления котлов, цистерн для транспортировки и переработки щелочей, хранения химических реагентов, продуктов питания и т. д. В никелевых трубах создаются конденсаты. Из этого материала изготавливаются инструменты для работы с агрессивными веществами. Поэтому их часто применяют в медицине и при взаимодействии с химическими реагентами.

Материал используется в ядерной физике, его свойства позволяют вырабатывать мощные нейронные импульсы.

Характеристики никелевых сплавов

Легирование часто выполняется с железом и кобальтом, производится конструкционная сталь и другие виды соединений.

Сплавы на никелевой основе отличаются термостойкостью, прочностью. Перечислим вещества, которые часто применяются для легирования:

  • Алюминий.
  • Бериллий.
  • Молибден.
  • Титан.

  • Никель используют для легирования золота с целью повышения прочности и изменения визуальных качеств.
  • У некоторых людей возникает аллергическая реакция на этот материал.
  • Прочность никеля позволяет точить, штамповать, обрабатывать его сварочными аппаратами.
  • Некоторые сплавы необходимы для оборудования атомных реакторов.

В промышленности широко используются магнитно-мягкие соединения, в которых содержится от 15 до 60% железа. Магнитная проницаемость некоторых сплавов очень высокая. Это позволяет задействовать их в многочисленных отраслях, где есть необходимость изготовления оборудования, чувствительного к магнитным полям.

Легирование медью и кобальтом позволяет повысить линейные термические свойства. Такой сплав применяется, когда создается герметичное соединение между металлом и стеклом. Комбинация элементов Ni с Со позволяет получить магнитострикционные материалы, которые используются при создании гидроакустической аппаратуры, устойчивой к воздействию влаги.

Легирование с помощью серы нежелательно. Этот элемент повышает ломкость сплава, затрудняет обработку давлением. Марганец или магний используется для нейтрализации свойства серы.

Качество металла не портится небольшим объемом углерода. Обработка вещества затрудняется при добавлении свинца и висмута. В твердом виде эти элементы плохо растворяются, слитки легко разрушаются. Поэтому концентрация висмута и свинца в соединениях минимальная.

Использование Al, Si или Cr позволяет повысить устойчивость никеля к температурному воздействию на воздухе и сопротивление электричеству. Нихромы отличаются жаропрочностью, поэтому часто применяются в технике. Попытки снизить стоимость производства этих веществ привели к формированию ферронихромов, в которых много никеля замещается железом. Самая распространенная комбинация – 60% Ni, 15% Cr и 25% Fe.

Ферронихромы рассчитаны на меньшее температурное воздействие, но отличаются повышенным электрическим сопротивлением. При изготовлении обогревателей часто применяются сплавы, легированные с помощью кремния. Максимальная рабочая температура таких нихромов составляет 1200 градусов.

Сплавы, содержащие хром от 15 до 30% и алюминий до 4%, выдерживают большую температуру. Но изготовить из них однородную проволоку или ленту сложнее. Поэтому такое вещество применяется для производства комплектующих, которые не будут подвергаться механическому воздействию при высокой температуре.

Кобальт увеличивает жаропрочность соединения и устойчивость вещества к внешним повреждениям.

коля / u_course

Уран – серебристо-белый блестящий металл, по внешнему виду похожий на сталь. Он был открыт в 1789 г. немецким химиком Клапротом и назван в честь планеты Уран.

Структура и свойства урана

Природный уран состоит из ряда изотопов с массовыми числами: 234 (0,0056 %), 235 (0,718 %) и 236 (99,276 %). Изотопы уран-234 и уран235 являются единственными встречающимися в природе делящимися изотопами, что предопределило широкое применение природного урана как основного ядерного горючего. При делении изотопа уран-234 выделяется огромное количество энергии. Сравнение этих количеств энергии с теплотворной способностью угля (5000 кал/г) показывает, что при полном сгорании 1 г урана выделяется тепло в количестве, эквивалентном сжиганию 4 т угля.

Наиболее распространенный изотоп уран-236 превращается при облучении нейтронами в делящийся плутоний (Рu 239 ). Основные свойства урана приведены в табл.10.2.

Физические свойства урана

Тип кристаллической решетки

Плотность при 25 о С, г/см 3

α –U до 668 о С – ромбическая

β –U 668 – 775 о С – тетрагональная

γ –U от 775 о С – ОЦК

В земной коре содержится 4·10 -4 % урана. Механические свойства литого урана: σ в = 457 МПа; δ = 5 %.

Уран в компактном металлическом виде получают путем восстановления тетрафторида урана UF 4 магнием или кальцием в герметических сосудах (бомбах). В результате восстановления тяжелый металлический уран оседает и отделяется, образуя компактный металл (черновой слиток) относительно высокой степени чистоты (слиток содержит 0,01 % N; 0,015–0,075 % С; 0,015 % Fe; 0,0065 % Si; 0,0025 % Мn; 0,01 % Ni; 0,0025 % Mg; 0,0065 % Сr и 0,0001 % Ag).

Читайте так же:
Размеры рожковых ключей таблица

Описанным выше способом можно получить достаточно большие черновые слитки, не требующие переплавки перед дальнейшей обработкой. Однако в ряде случаев (например, для получения сплавов) производится повторная переплавка чернового металла на слитки для обработки давлением.

Плавку в основном проводят в индукционных печах с применением тиглей из окиси тория или окиси бериллия. Горячую ковку слитков проводят при температуре 600 о С. Для получения листовых материалов применяют горячую прокатку при температуре 600 о С и последующую тепловую прокатку при 300 о С. Заготовки перед горячей прокаткой нагревают в соляных ваннах (смесь карбонатов калия и лития), перед тепловой прокаткой – в масляных ваннах. Прессование (выдавливание) урана проводят при температуре 800–850 о С с применением технологического защитного медного покрытия, которое после обработки удаляют травлением. Это покрытие одновременно служит смазкой и предохраняет от налипания урана на матрице.

Уран значительно разупрочняется с повышением температуры. Резкое различие в свойствах урана при 666 и 776 о С зависит от его модификации, в которой он находится при температуре испытания.

Чистый уран используют в виде стержней в ядерных реакторах. В качестве конструкционногой материала чистый уран не применяют. Для целей ядерной техники применяют ряд сплавов урана.

Ниобий совместим с ураном и хорошо противостоит воздействию облучения. Под действием медленных и быстрых нейтронов он со временем заметно упрочняется, сохраняя при этом удовлетворительную пластичность. Так, например, до облучения ниобий имел следующие механические свойства: σ в = 480 МПа; δ = 21 %; ψ = 27 %, после облучения σ в = 563 МПа; δ = 8 %; ψ = 48 %. Хорошей совместимостью с ураном и низким поглощением тепловых нейтронов обладает также и цирконий.

Благодаря этим свойствам, ниобий и цирконий в сплавах с ураном применяют для оболочек и топливных стержней в ядерной энергетике. Ниобий используют также в качестве присадки к урану для повышения его коррозионной стойкости в перегретом паре, В ядерной технике получили применение сплавы урана с 10–20 % Nb. Согласно диаграмме состояния U–Nb (рис. 10.2), при температурах выше 975 о С в системе образуется непрерывный ряд твердых растворов. Ниже этой температуры происходит распад γ-твердого раствора на два твердых раствора.

Рис. 10.2. Диаграмма состояния системы Nb–U

Рис. 10.3. Диаграмма состояния системы U–Zr

Основа сплава – α-твердый раствор на основе урана, легированный ниобием – обладает более высокой коррозионной стойкостью, чем чистый уран, что приводит к общему повышению стойкости урана в рабочих условиях ядерного реактора.

Значительный интерес представляют также сплавы урана с цирконием. Добавки циркония в уране так же, как ниобий, повышают прочность урановых стержней и их коррозионную стойкость. Практическое применение получили сплавы с содержанием до 10–15 % Zr. Согласно диаграмме состояния U–Zr (рис. 10.3), эти сплавы так же, как и сплавы с ниобием, принадлежат двухфазной области. Структура их состоит из смеси твердых растворов на основе урана и циркония.

Легирование урана цирконием приводит к его упрочнению и повышению коррозионной стойкости. В качестве топливных пластин и стержней используют также тройные сплавы урана с ниобием и цирконием.

10.3. Плутоний и его сплавы

Плутоний является первым искусственным элементом, полученным человеком, он был открыт в 1940–1941 гг. американскими учеными Сиборгом, Макмилланом, Кеннеди и Валем, получившими изотоп 238Pu в результате облучения урана ядрами тяжелого изотопа водорода – дейтронами. Назван в честь планеты Плутон.

Структура и свойства плутония

Плутоний обладает комплексом уникальных физических и ядерных свойств (высокое электрическое сопротивление, необычно высокий коэффициент линейного расширения и др.), которых не имеют другие металлы.

Температура плавления плутония составляет (639,5 ±2) о С. Температура кипения: (3235 ±19) о С.

Характерной особенностью плутония, как и других радиоактивных металлов, является наличие большого числа полиморфных превращений, происходящих с повышением температуры. Кристаллические структуры различных модификаций, температурых полиморфных превращений и плотность плутония приведены в табл. 10.3, из которой видно, что с повышением температуры происходит перестройка структуры металла из более сложных форм с большим числом атомов в элементарной ячейке (до 30

и более) в более простые кристаллические решетки с 2–4 атомами в элементарной ячейке.

Кристаллическая структура различных модификаций, температуры полиморфных превращений и плотность плутония

ных превращений, о С

Наличием большого количества полиморфных превращений у плутония объясняется сложный характер фазового равновесия в сплавах с различными металлами.

Металлический компактный плутоний получают восстановлением тетрафторида (PuF 4 ) кальцием в герметизированном реакторе (бомбе), нагреваемом в индукционных или тигельных электропечах. Реакция восстановления достаточно интенсивно проходит при температуре 600 °С. Полученный плутоний имеет чистоту 99,87 % (мас.). Обычно металл содержит следующие примеси: 0,05 % Fe, 0,04 % С, 0,02 % Cr, 0,02 % Ni, 0,01 % Sb и 0,01 % Si.

Механические свойства литого плутония: σ в = 310–380 МПа; δ = 0,5–1,0 %. Микротвердость α-Pu составляет 2950 МПа; β-Pu – 1000 МПа;

Путем переплавки плутония в вакуумных печах можно получать слитки чистого металла или его сплавов. Микроструктура литого плутония имеет полиэдрическое строение, свойственное чистым металлам. Однако в зависимости от полиморфного состояния структура может иметь различное строение.

Плутоний как радиоактивный элемент применяют в основном в военной технике для производства термоядерного оружия. Распад (деление) некоторых из его изотопов сопровождается выделением огромного количества энергии, которая используется при атомных взрывах. Однако плутоний имеет также большое значение для мирных целей в качестве горючего в энергетических ядерных реакторах.

При облучении нейтронами наиболее распространенного изотопа уран-238 получается делящийся плутоний Рu 239 , применение которого как побочного продукта сжигания урана в ядерных реакторах может увеличить мировые запасы ядерной энергии более чем в 100 paз. Однако высокая стоимость исходного сырья, низкое содержание извлекаемого металла и сложность процесса отделения плутония от сопровождающего его урана и продуктов деления делают плутоний весьма дорогим и пока мало доступным материалом для его использования в ядерной технике.

Читайте так же:
Оборудование для освидетельствования газовых баллонов

Сплавы плутония с алюминием обычно содержат 2–20 % (мас.) [0,2–2,8 % (ат.)] Рu. Их используют в тепловых реакторах как очень разбавленное твердое горючее. Диаграмма состояния Al–Pu дана на рис. 10.4.

Рис. 10.4. Диаграмма состояния системы Al–Pu

Растворимость плутония в твердом состоянии составляет порядка 0,06 % при температуре эвтектики (

652 о С), уменьшаясь приблизительно до 0,02–0,03 % при 427 о С. Эвтектическое превращение Ж → (А1 + РuА1 4 ) происходит при 650–653 о С. Эвтектическая точка отвечает ≈ 13 % (мас.) Рu. Соединение РuА1 4 (69,2 % Рu) имеет орторомбическую решетку и образуется при

927 о С по перитектической реакции. Для соединения РuА1 3 (77,4 % Рu) характерно несколько аллотропических модификаций.

В литом состоянии сплав алюминия с 12 % Рu имеет микротвердость HV = 500 МПа, временное сопротивление σ в = 160 МПа, условный пре-

дел текучести σ 0,2 = 40 МПа. Литой сплав А1–40 % Рu имеет HV = 750 МПа. В отожженном состоянии приведенные механические свойства сплава

А1–12 % Рu ниже, чем после литья.

Легирование плутонием повышает стойкость к коррозии в перегретой воде: коррозионная стойкость сплава с 20 % Рu во много раз выше, чем сплава с 5 % Рu.

Самое важное свойство данных сплавов при использовании в качестве топлива в атомных реакторах – их низкая степень распухания при выгорании вследствие абсорбции расщепленного газа вакансиями, содержащимися в решетке соединения РuА1 4 .

Сплавы плутония с торием содержат 5–50 % (ат.) плутония. Их используют в реакторах как умеренно концентрированное твердое горючее. При введении плутония в указанных концентрациях образуется α -твердый раствор на основе тория (рис.10.5).

Рис. 10.5. Диаграмма состояния

Сплавы, содержащие 15 % (мас.) плутония, имеют высокую стойкость против радиационного повреждения и являются надежным материалом в атомной технике.

Сложнолегированные сплавы плутония с ураном представляют большой интерес в качестве основы горючих материалов, так как при введении в плутониевый реактор урана-238 можно осуществить «воспроизводство» нового плутония-239, что позволит продлить срок работы реактора. Наибольший практический интерес имеют сплавы, содержащие 20–40 % (ат.) плутония. Согласно диаграммы состояния Pu–U (рис. 10.6) эти сплавы состоят из β -фазы. Есть данные о сложнолегированном сплаве

Pu–U: 69,2 % U, 20 % Pu, 4,3 % Ru, 2,8 % Mo, 2,5 % Pd, 0,7 % Re, 0,5 % Zr.

Этот сплав имеет хорошую стойкость против облучения.

Рис. 10.6. Диаграмма состояния системы Pu–U

Торированные катоды используют в электронных лампах, а оксидиоториевые – в магнетронах и мощных генераторных лампах. Добавка 0,8-1 % ThO 2 к вольфраму стабилизирует структуру нитей ламп накаливания. Оксид тория ThO 2 используют как огнеупорный материал для изготовления тиглей, а также как элемент сопротивления в высокотемпературных печах. Торий и его соединения широко применяют в составе катализаторов окисления в органическом синтезе, для легирования магниевых сплавов, а также как присадочный материал при сварке молибдена с целью повышения пластичности шва. Основное применение тория – ядерное горючее.

Металлический уран используют главным образом в ядерных реакторах, производящих плутоний и электроэнергию. Уран можно приме-

нять в качестве геттера в вакуумных трубках, электродного материала в высоко- и низковольтных выпрямителях, источниках ультрафиолетового излучения в электрических дугах, 233 U является источником энергии в ядерном оружии.

Плутоний 239 Рu используют в атомных реакторах. Энергия, освобождающаяся при расщеплении одного грамма 239 Рu, эквивалентна теплоте, выделяющейся при сгорании 4000 кг угля, т.е. 239 Рu – эффективный источник атомной энергии. Изотоп 238 Рu используют для изготовления атомных электрических батареек, срок службы которых достигает 5 и более лет. Такие батарейки применяют, например, в генераторах тока, стимулирующих работу сердца [5, 18, 23, 24, 27].

1. Каковы структура и свойства тория?

2. Охарактеризуйте состав, структуру, свойства, обработку, применение сплавов тория.

3. Каковы структура и свойства урана?

4. Каково влияние ниобия и циркония на свойства урана?

5. Назовите области применения урана.

6. Каковы структура и свойства плутония?

7. Охарактеризуйтеструктуру, свойства, применениесплавов плутония.

Трудно представить существование современного общества без металлов и сплавов. Медь и малолегированные сплавы с высокой электропроводностью используют в электротехнике, давно применяют бронзы и латуни. Медно-никелевые сплавы, имеющие высокую коррозионную стойкость, используют в промышленности и в быту.

Применение магниевых сплавов позволяет снизить массу деталей машин в самолетах, вертолетах, автомобилях и в других областях техники. Титан предназначался прежде всего для авиакосмической техники. В настоящее время его применяют в судостроении, в химическом, транспортном, пищевом машиностроении, строительстве, медицине и других областях.

Новые области применения тугоплавких металлов связаны с авиацией, ракетной техникой, с ядерной энергетикой. Редкий и дорогой металл бериллий применяют в авиации и ракетной технике, в конструкции подводных лодок и торпед. Никелевые сплавы используют прежде всего как жаростойкие и жаропрочные материалы. Благородные металлы – это валюта и ювелирные изделия, их применяют также для изготовления точных измерительных и регулирующих приборов. Радиоактивные металлы – ядерное горючее. Добавка тория к магнию способствует получению жаропрочных магниевых сплавов.

Большая часть данного пособия посвящена алюминию и его сплавам. И это не случайно, так как алюминий – важный материал в авиации и ракетостроении. В последнее время алюминиевые сплавы находят все большее применение в судостроении, строительстве, пищевой промышленности (фольга, лента). Изготавливают литые и штампованные диски колес для легковых и грузовых автомобилей, а также для мотоциклов. Получают прессованные профили (ложемент багажника, топливная рампа, подушка опоры двигателя, бампер). Разработаны предложения по использованию в автомобилестроении пеноалюминия для звукопоглощающих элементов и конструкций, поглощающих энергию удара. В 2005 г. в России был получен новый сплав 1935В на основе системы Al–Mg–Si для изготовления железнодорожных вагонов.

Даже краткий обзор применения цветных металлов и сплавов позволяет судить о их роли в жизни современного человека. Автор надеется, что знания структуры и свойств цветных сплавов, а также способов воздействия на них, рассматриваемых в предлагаемом пособии, помогут будущим специалистам-металловедам в их профессиональной деятельности.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector