Tout ce que vous devez savoir sur les métaux réfractaires

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Tout ce que vous devez savoir sur les métaux réfractaires

Vous voulez en savoir plus sur les métaux réfractaires ? Alors vous êtes au bon endroit. Dans cet article, vous trouverez tout ce que vous devez savoir sur les métaux réfractaires .

Tout ce que vous devez savoir sur les métaux réfractaires

Tout d'abord, que sont les métaux réfractaires ?

Métaux réfractaires font référence à des métaux dont le point de fusion est supérieur à 3632°F et certaines quantités de réserves, dont le tungstène, le tantale, le molybdène, le niobium, l'hafnium, le chrome, le vanadium, le zirconium et le titane.

Habituellement, métaux réfractaires ont de grandes densités et pèsent lourd. Avec un métal réfractaire comme matrice, les alliages ajoutés avec d'autres éléments sont appelés alliages de métaux réfractaires, y compris les alliages de tungstène, les alliages de molybdène, les alliages de niobium, les alliages de titane, les alliages de vanadium, les alliages de chrome, les alliages de rhénium, les alliages de chrome et de zirconium, le tantale et les alliages de bouton , etc.

En plus, les métaux réfractaires peut généralement être fabriqué dans les produits de métallurgie des tôles, des bandes, des feuilles, des tuyaux, des barres, des fils, des profilés et des poudres, tels que les barres de tantale , fil de molybdène , plaque de tungstène , et ainsi de suite.

Tout ce que vous devez savoir sur les métaux réfractaires –  Découverte

Depuis métaux réfractaires ont des propriétés chimiques très actives et leurs procédés d'extraction sont compliqués, c'est tardivement que l'on découvre les métaux réfractaires pour la première fois.

Le molybdène a été découvert pour la première fois en 1782 par le chimiste suédois Jimmer (P.J.Hjelm). La poudre de tungstène a été extraite pour la première fois par les frères espagnols de lure en 1783 avec la méthode de réduction du carbone. Le chrome a été extrait par le chimiste français L.N.Vauquelin en 1798. En 1866, C.W. Blomstrand a découvert le niobium par réduction à l'hydrogène du chlorure de niobium. Le tantale plastique a été extrait pour la première fois par une Allemagne appelée Bolton en 1903. Le zirconium et le titane métalliques ont été découverts pour la première fois respectivement en 1824 et 1910. Le rhénium métallique n'avait été découvert qu'en 1925.

Tout ce que vous devez savoir sur les métaux réfractaires –  Développement

C'est jusqu'au 20ème siècle que les métaux réfractaires ont été largement utilisés. En 1909, W. D. Coolidge, un Américain, utilisa pour la première fois la méthode de la métallurgie des poudres pour produire des billettes de tungstène. Après emboutissage et étirement, le matériau est devenu des fils de tungstène pour ampoules.

En 1910, le molybdène était transformé en tiges, morceaux et fils. Au milieu des années 40, le développement rapide des matériaux métalliques réfractaires et leur technologie de traitement se développent rapidement en raison des besoins de l'aviation, de l'aérospatiale, de l'électronique et de la technologie de l'énergie atomique.

Par conséquent, la fusion des métaux réfractaires, la métallurgie des poudres et le traitement du plastique ont été encouragés. Dans les années 1940, le premier four à arc électrique blanc sous vide est apparu. Dans les années 1950, un four de fusion à faisceau d'électrons a été inventé.

Four de fusion à faisceau d'électrons

Depuis les années 1960, de nombreuses nouvelles technologies sont apparues, notamment le pressage isostatique à froid et à chaud, le moulage de précision, la déformation isotherme, le soudage et une série de métallurgie des poudres, moulage, traitement du plastique, chaleur traitement et ainsi de suite.

Avec ces technologies de pointe, un grand nombre de métaux réfractaires et de matériaux d'alliages réfractaires ont été produits. En 1956, A. Caverly a extrait des monocristaux de tungstène, de molybdène et de rhénium d'une pureté supérieure à 4N grâce à la technologie de fusion par zone de suspension par faisceau d'électrons.

Tout ce que vous devez savoir sur les métaux réfractaires –  Propriétés 

Fragilité à basse température

Les métaux réfractaires ne se fissureront pas ou ne se briseront pas facilement sous des températures élevées et peuvent supporter des échauffements répétés ou des chocs thermiques. Le tungstène, le molybdène, le chrome et d'autres métaux réfractaires à basse température sont susceptibles de devenir cassants, tout en devenant ductiles dans des conditions de température élevée.

La température de transition ductile-fragile (DBTT) est un indice important pour le traitement de la ductilité et l'utilisation des métaux réfractaires. Le DBTT peut être influencé par de nombreux facteurs, tels que la pureté du matériau, les ingrédients des alliages, les méthodes de traitement et les structures. Il existe deux manières de réduire le DBTT. L'une consiste à ajouter des éléments d'alliage dans les métaux réfractaires.

Par exemple, du rhénium peut être ajouté au tungstène. L'autre façon est de choisir des méthodes de traitement plus raisonnables, comme la technologie de traitement du plastique.

Résistance à l'oxydation

Métaux réfractaires de haute densité sont très stables à température ambiante et difficilement oxydables à l'air. Cependant, les métaux réfractaires seront rapidement oxydés à haute température.

Le tungstène et le molybdène commencent à s'oxyder à environ 752°F. Ils seront oxydés et générés respectivement en WO3 et MoO3 avec la température qui augmente. Lorsque les températures atteindront 1562°F et 1112°F, les matériaux seront sublimés de manière marquée. Le rhénium commence à s'oxyder à 572°F et se transforme en Re2O7 à une température de 662°F .

Le tantale et le niobium commencent à s'oxyder aux températures de 536°F et 392°F. Lorsque la température est supérieure à 932°F, ils généreront du Ta2O5 et du Nb2O5. Le titane et le zirconium peuvent être oxydés rapidement à des températures supérieures à 1112℉ à 1292℉. La poudre de zirconium et de titane peut s'enflammer d'elle-même dans l'air et même brûler avec des explosions.

Afin de résoudre le problème d'oxydation, il existe deux mesures. Le premier produit des alliages antioxydants et le second recouvre les métaux réfractaires de revêtements antioxydants.

Cependant, le problème de l'oxydation des métaux réfractaires à haute température n'a pas encore été totalement résolu.

Résistance à l'oxydation

Résistance à l'oxydation

Le tungstène, le molybdène, le rhénium ne réagissent pas avec l'hydrogène mais leurs oxydes peuvent être réduits en métal avec de l'hydrogène à une certaine température. Le tungstène, le molybdène et le rhénium peuvent devenir cassants lors de l'absorption d'hydrogène. Lorsque la température atteint entre 572°F et 932°F, ces métaux absorberont la grande quantité d'hydrogène et se transformeront en hydrure métallique cassant.

Dans des conditions de vide poussé, de l'hydrogène sera libéré. Par conséquent, cette caractéristique des métaux réfractaires peut être utilisée pour produire la poudre d'alliage de titane, de zirconium, de tantale et de niobium.

Réaction à l'hydrogène

Résistance à la corrosion

Métaux réfractaires ont une bonne résistance à la corrosion. Lorsque la température est inférieure à 302°F, la surface du tantale a un film d'oxyde dense et stable. Par conséquent, les propriétés chimiques du tantale sont très stables.

Le tantale a une excellente résistance à l'acide sulfurique, l'acide chlorhydrique, l'acide nitrique, l'acide phosphorique, les acides organiques et le chlorhydrate d'acide nitrique, mais fondra dans l'acide fluorhydrique, la solution alcaline concentrée et fondu socle.

La résistance à la corrosion du niobium est similaire à celle du tantale, mais pas aussi bonne que celle du Ta. Le tungstène est très stable à température ambiante dans l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique, l'acide nitrique, l'acide fluorhydrique et l'eau régale, mais il se corrodera facilement le nitrate de sodium. Le molybdène est similaire mais pas aussi bon que le tungstène en termes de résistance à la corrosion.

En général, le tantale, le niobium, le titane, le zirconium et d'autres métaux réfractaires sont d'excellents matériaux anti-corrosion pour servir de couches protectrices.

Tout ce que vous devez savoir sur les métaux réfractaires –  Applications

Avec le développement de la science et de la technologie, des exigences de plus en plus strictes ont été formulées pour les matériaux. De nos jours, les matériaux traditionnels n'ont pas pu répondre à ces nouveaux besoins, mais les matériaux réfractaires jouent un rôle irremplaçable dans les domaines de la défense nationale et de l'industrie militaire, de l'aérospatiale, de l'information électronique, de l'énergie, de la prévention chimique, de la métallurgie et de l'industrie nucléaire.

Industrie nucléaire

L'application des métaux réfractaires dans l'industrie nucléaire concerne principalement les tubes de zirconium suivi du tungstène et du molybdène. Le zirconium a une bonne résistance aux radiations et à la corrosion au bord de l'eau, il est donc particulièrement adapté pour divers pipelines dans les réacteurs « Clean Water ».

Afin de renforcer la sécurité nucléaire et d'éviter les fuites nucléaires, le dispositif de stockage d'énergie inertiel en alliage haute densité à base de tungstène utilisé dans la nouvelle génération de réacteurs nucléaires peut maintenir le cycle de refroidissement de 3 à 5 min sans électricité après l'accident.

De cette façon, nous pouvons gagner un temps d'urgence précieux pour la gestion des accidents et empêcher le réacteur nucléaire de brûler et de provoquer des fuites nucléaires. De plus, les métaux et alliages réfractaires sont souvent utilisés comme réservoirs de stockage pour les déchets nucléaires.

Technologie de l'information électronique

Dans la nouvelle génération de circuits intégrés, le besoin de dissipation thermique et de tolérance à la température augmentera la demande de substrat de tungstène et de molybdène à mesure que le câblage devient de plus en plus fin (actuellement jusqu'à 0,2 m). Matériaux réfractaires sont également largement utilisés dans les pièces de support, les bagues de retenue et les supports de base dans l'industrie électronique.

Alliage de tungstène et matériaux composites W-Cu sont de bons matériaux d'électrode car le tungstène a une bonne fonction d'émission d'électrons, qui a été largement utilisée dans l'EDM, le bloc de guidage de locomotive électrique, l'interrupteur à ultra-haute tension et le soudage dans l'industrie électrique.

En outre, l'alliage W-Re a remplacé le platine comme thermocouple pour la mesure de la température à de nombreuses occasions, et le fil tungstène-rhénium haute performance a également été utilisé comme tube image pour transmettre des électrons dans des milliers de foyers.

Espace, océan et médecine

Au XXIe siècle, de nombreux pays se préparent activement à construire des stations spatiales et des mondes sous-marins dans l'espoir d'utiliser l'espace extra-atmosphérique et les trésors de la mer à des fins pacifiques.

Il y a beaucoup de particules de poussière et de débris spatiaux dans l'espace, qui nécessitent des matériaux de haute intensité et peuvent en même temps résister au rayonnement des rayons à haute énergie dans l'univers . Les matériaux réfractaires présentent ici des avantages uniques. Par exemple, la station spatiale Mir de l'ex-Union soviétique et la navette spatiale américaine utilisaient beaucoup de matériaux réfractaires.

De même, l'action corrosive de l'eau de mer est intolérable pour les matériaux ordinaires. Le titane est le meilleur choix pour créer un environnement humain permanent au fond de l'océan. Il est non seulement léger et très résistant, mais présente également une bonne résistance à la corrosion.

Alliage de niobium a une bonne résistance à la corrosion sanguine et peut être utilisé pour fabriquer des échafaudages vasculaires. W, W-Mo, W-Re et W-Graphite ont été utilisés comme cibles de rayons X en médecine, sauvant d'innombrables vies. Métaux réfractaires sont également utilisés dans l'électrode de concassage de pierres à ultrasons, le réseau de rayons auto-assemblant multidimensionnel, le couteau gamma et le collimateur du couteau concentrateur à ultrasons et d'autres installations médicales avancées.

Autres applications

Le tungstène et le molybdène ont été largement utilisés comme élément chauffant, bouclier thermique, creuset et pièces de support pour la fusion des terres rares dans un four à haute température. Les grands tubes en tungstène et en molybdène, les électrodes en molybdène, le placage en molybdène, les tiges de noyau et les trémies ont remplacé avec succès le platine dans l'industrie du verre et de la fibre de verre et ont obtenu de grands avantages sociaux et économiques.

Métaux réfractaires sont également utilisés comme composants électrothermiques et manchons de mesure thermique pour le couteau électrothermique et la fonte du zinc dans l'industrie textile.

Conclusion 

Merci d'avoir lu notre article - Tout ce que vous devez savoir sur les métaux réfractaires , et nous espérons que cela pourra vous être utile. Si vous voulez en savoir plus sur les métaux réfractaires, vous pouvez visiter Métaux réfractaires avancés (ARM ) pour plus d'informations.