» » Свойства и области применения чистых металлов подгруппы железа
22.09.2015

Железо, никель и кобальт входят в подгруппу железа VIII группы периодической системы элементов. В табл. 21 приведены некоторые свойства этих металлов.
Все чистые металлы подгруппы железа пластичны при комнатной и более низкой температурах, а никель пластичен вплоть до температуры жидкого гелия. С возрастанием содержания газов и некоторых металлических примесей повышается температура перехода металлов от пластичного к хрупкому состоянию. Так, например, железо, содержащее более 5*10в-3 % кислорода, становится хрупким уже при 20° С.
Свойства и области применения чистых металлов подгруппы железа

Физические свойства железа сильно зависят от его чистоты и особенно от содержания углерода, с повышением которого возрастает удельная теплоемкость и твердость по Бринелю, уменьшается коэффициент линейного расширения, возрастает удельное электрическое сопротивление и временное сопротивление разрыву, уменьшается относительное удлинение и стойкость против коррозии.
Чистое железо склонно к полигонизации. С повышением чистоты железа температура начала полигонизации понижается. Так, например, после зонной плавки (1*10в-3 % по массе) она равна 200° С, после электролиза (15*10в-3 % по массе) 650° С и армко-железа 850° С. Образцы железа, очищенного зонной плавкой, отожженные ниже 550° С, пластичны при растяжении вплоть до температуры 196° С. Температура отжига понижается с возрастанием чистоты железа.
Растворимость кислорода в железе зависит от его структуры и в значительной степени определяется его чистотой. На рис. 46 показана растворимость кислорода в железе, очищенном зонной плавкой, и в электролитическом железе. Кислород практически не растворим в металле, очищенном зонной плавкой; при этом малая растворимость кислорода в железе не зависит от температуры. Пленка окисла на железе, очищенном зонной плавкой, прочно сцеплена с металлом, при этом поверхность раздела окисел — металл, очищенного зонной плавкой железа, почти гладкая, в то время как поверхность раздела электролитического железа и его окисла имеет сложную геометрическую форму.
Свойства и области применения чистых металлов подгруппы железа

Толщина неупорядоченного слоя вблизи поверхности раздела зависит от количества примесей в металле. В железе, очищенном зонной плавкой, толщина этого слоя менее 0,5 мк. В зонноочищенном железе стенки магнитных доменов совершенно правильно расположены в кристаллах железа, в то время как в менее чистом железе они расположены беспорядочно.
Никель — очень пластичный металл, если в нем не содержится окислов и серы, которые делают его хрупким и очень склонным к образованию трещин, а также снижают относительное удлинение.
При комнатной температуре никель весьма устойчив против влияния воздуха. Выше 500° С в присутствии кислорода он окисляется. Растворимость водорода в никеле достаточно высока: при 200°С в нем растворяется 3 см3/100 г, при 600° С 5 см3/100 г и при 1000°C 10 см3/100 г. Никель активно взаимодействует с серой. При 500° С сера быстро диффундирует по границам зерен и повышает хрупкость никеля.
Чистые металлы подгруппы железа, используемые в вакуумной технике, не должны содержать легко испаряющихся примесей и присадок: серебра, кадмия, олова, цинка, фосфора, мышьяка, сурьмы. Кроме этого, в них должно быть минимальное количество примесей серы, азота, кислорода и углерода. Так, например, чтобы никель хорошо обрабатывался, в нем не должно быть более 5*10в-3—8*10в-3 % серы.
Особенно вредной примесью в этих металлах является углерод, так как уже при температуре выше 400° С в вакууме из них начинают выделяться газы (CO).
Металлы подгруппы железа имеют близкие значения упругости пара. Их дистилляция проводится при температуре на 20—50° С выше температуры их плавления; все они возгоняются в вакууме при температуре выше 1000° C.
Чистое железо, никель и кобальт широко используют в вакуумной технике для изготовления электродов, для анодов рентгеновских трубок и других деталей вакуумных приборов. Доля никеля в общем количестве металлов, применяемых в вакуумной технике, очень высока — 75%, а в производстве приемно-усилительных ламп достигает 95%. В последнее время, правда, стремятся заменить дефицитный никель более распространенными материалами — алюминированным или никелированным железом.
узнать подробнее

Широкое применение чистого никеля в вакуумной технике объясняется сочетанием таких свойств, как высокая температура плавления, низкая упругость паров, низкое содержание кислорода, незначительная склонность к окислению, легкая обрабатываемость и хорошая свариваемость. В вакуумной технике никель используют в форме прутков и проволок для изготовления электродов или держателей нитей накала и в форме лент для изготовления анодов и сеток электронных ламп, катодов прямого накала для газотронов. Магнитная проницаемость никеля позволяет хорошо прогревать никелевые электроды токами высокой частоты при дегазации электронных ламп.
Никель обладает большой селективной проницаемостью водорода: при 500° С и 1 ат проницаемость водорода в 2000 раз превышает проницаемость азота или воздуха. Никель хорошо полируется и позволяет получать зеркальную поверхность, что в ряде случаев важно для изготовления отражательных экранов.
Чистый никель применяют для приготовления никелевого купороса (Ni2SO4*7Н2О), который расходуется для защитного и декоративного никелирования металлов, а также для изготовления катализаторов. Никель высокой чистоты применяют для легирования германия. Из германия, легированного никелем, были изготовлены диоды, которые работали при напряжении 200—250 в и были устойчивы к изменению температуры.
Чистое железо почти не взаимодействует с парами ртути, поэтому его используют в трубках с оксидными катодами, чувствительными к малейшим загрязнениям. Железо находит большое применение в мощных металлических разрядных приборах, таких как ртутные выпрямители.
Чистое железо имеет высокую магнитную проницаемость, поэтому его можно использовать для экранирования магнитных полей. Применение здесь чистого железа даст возможность экономить никель, необходимый для изготовления деталей электронных ламп.