Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Свойства чистого рения и металлов платиновой группы
Рений и так называемые тугоплавкие металлы платиновой группы — осмий, иридий, рутений и родий являются весьма сходными элементами.
В периодической системе элементов рений и тугоплавкие металлы платиновой группы входят в семейство переходных металлов и находятся в подгруппах от VII-A до VIII-B.
Рений и тугоплавкие металлы платиновой группы относятся к числу весьма редких элементов. Рений из них — наиболее потенциально доступный; осмий —наименее доступный. Соединения этих металлов относительно неустойчивы и легко восстанавливаются.
Рений встречается главным образом в виде сульфида, который путем обжига переводится в окись, растворимую в воде. Затем проводится обогащение методом ионного обмена, элюирование соляной кислотой и осаждение перрената аммония. Последний восстанавливают водородом, в результате чего получается порошок рения. Следует отметить, что рутений, родий и палладий получаются также в значительных количествах как продукты деления урана в ядерных реакторах.
Получение и разделение металлов платиновой группы осуществляется путем серии операций, также завершающихся восстановлением водородом. После восстановления получаются относительно грубые зернистые порошки этих металлов, которые и служат затем материалом для получения их в компактном виде, что делается обычно прессованием в прутки под давлением 32—47 кГ/мм2.
В табл. 36 приведены основные физические свойства чистых рения и тугоплавких металлов платиновой группы, расположенных в порядке уменьшения температур их плавления.
Химические свойства рения и тугоплавких платиновых металлов могут быть охарактеризованы следующим образом.
Стойкость к окислению чистых тугоплавких металлов платиновой группы и рения весьма различна. Среди них имеются как исключительно хорошо (родий), так и весьма плохо (рений) сопротивляющиеся окислению металлы. Однако механизм окисления их одинаков: при температуре выше температуры диссоциации образуются летучие окислы, а ниже температуры диссоциации — устойчивые окислы.
Рений и металлы платиновой группы устойчивы в неорганических кислотах. Ни один из металлов платиновой группы не взаимодействует с двуокисью углерода.
Рений и металлы платиновой группы легко корродируют в атмосфере газообразных галоидов при повышенных температурах. Водород практически не растворяется в тугоплавких металлах платиновой группы, за исключением палладия.
Рений слабо реагирует с азотом при повышенных температурах; ни один из металлов платиновой группы с азотом не взаимодействует.
Чистый рений не реагирует с расплавленным оловом, цинком, серебром и медью, он медленно разъедается алюминием и легко растворяется в никеле и железе. Большинство металлов платиновой группы обладает сравнительно низким сопротивлением расплавленным металлам.
Механические свойства чистых рения и металлов платиновой группы следующие. Чистый родий — наиболее пластичен в этой группе; он относительно легко деформируется в результате горячей обработки. Монокристаллы родия, выращенные по способу бестигельной зонной плавки с электронно-лучевым нагревом, можно сразу подвергать холодной деформации с обжатием до 90% без промежуточного обжига.
Чистый иридий не способен деформироваться на холоду со значительной степенью обжатия. Монокристаллы иридия могут выдерживать на холоду обжатие без растрескивания только на 25%.
Спеченный рутений трудно деформируется не только в холодном, но и нагретом состоянии. Однако после зонной электронно-лучевой плавки рутений может быть прокатан при нагреве до обжатия 85%. Способность рутения, очищенного зонной плавкой с электронно-лучевым нагревом, деформироваться значительно выше, чем полученного дуговой плавкой, что связано с уменьшением содержания в нем газов.
Монокристаллы чистого рутения прокатываются на холоду со степенью обжатия 10% без появления трещин. Осьмий — практически недеформирующийся металл. Примеси ухудшают деформируемость рения, но металл высокой чистоты деформируется хорошо.
Чрезвычайно вредное влияние на пластические свойства рения оказывает содержащийся в нем кислород, причем та часть его, которая образует окислы рения, расположенные по границам зерен. Однако монокристаллы рения, полученные электронно-лучевой зонной плавкой (в которых содержание кислорода снижено примерно на два порядка по сравнению с исходным металлом), характеризуются уже значительной пластичностью. Монокристаллический рений имеет твердость около 100 кГ/мм2 против 800—250 кГ/мм2 в исходном материале. Этот металл выдерживает изгиб в среде жидкого азота (-196° С) на 90 град, без разрушения. Температура начала рекристаллизации чистого рения (в зависимости от степени деформации) лежит в пределах 1000—1500° С, тогда как технического рения — в пределах 1250—1750° С.
Применение чистых рения и металлов платиновой группы
Значительный интерес представляет использование чистого рения как компонента жаропрочных сплавов в электровакуумной технике. Высокая температура плавления, высокое электросопротивление и устойчивость против действия газов позволяют применять рений для изготовления нитей накаливания в электрических и катодных лампах; целесообразно покрывать рением вольфрамовые нити для увеличения их срока службы. Как материал для электрических контактов с индукционной нагрузкой он лучше вольфрама и его сплавов.
Чистый родий в электровакуумной технике используется для контактов в сверхвысокочастотных схемах на воздухе, так как эти контакты из-за отсутствия окисленных поверхностей не имеют выпрямляющего действия.
Родий и другие чистые металлы платиновой группы применяются для изготовления различных контактов в электровакуумных приборах, а также в качестве компонентов платиновых сплавов и присадок высокотемпературных припоев.