您(nin)無疑(yi)熟(shu)悉銅、金(jin)(jin)、鋅(xin)和(he)鎳等“傳統”金(jin)(jin)屬(shu)(shu)，以及它(ta)們在各種制(zhi)造過程中(zhong)的(de)用(yong)途(tu)和(he)價值。您(nin)可能(neng)不(bu)太熟(shu)悉稱為難熔金(jin)(jin)屬(shu)(shu)的(de)單(dan)獨(du)分類金(jin)(jin)屬(shu)(shu)。術語“耐火材料”是指這組(zu)奇異金(jin)(jin)屬(shu)(shu)具(ju)有在極高溫度下(xia)保持(chi)強度和(he)硬度的(de)非凡(fan)能(neng)力。這種特(te)(te)性和(he)其他(ta)幾個獨(du)特(te)(te)的(de)特(te)(te)性使難熔金(jin)(jin)屬(shu)(shu)對各種制(zhi)造應(ying)用(yong)極為有利。

什么是難熔金屬？

難熔金屬組(zu)由五(wu)種主要元素(su)組(zu)成(cheng)：

• 鎢 (W)
• 鉬 (Mo)
• 鈮 (Nb)
• 鉭 (Ta)
• 錸 (Re)
• 鈦 (Ti)
• 其他幾種外來金屬

下面仔細看(kan)(kan)看(kan)(kan)每(mei)個(ge)的(de)一些(xie)獨特的(de)屬(shu)性和特征：

鎢

1781 年(nian)，瑞典(dian)化(hua)學家卡爾·威廉(lian)·舍勒 (Karl Wilhelm Scheele) 發現了(le)鎢。鎢的(de)字面(mian)意思(si)是“重石頭(tou)”。在(zai)所有(you)難熔(rong)金(jin)(jin)屬中(zhong)含(han)量最(zui)多的(de)鎢在(zai) 3410°C (6170° F) 時也(ye)具有(you)最(zui)高(gao)的(de)熔(rong)點。這(zhe)個熔(rong)點是鐵的(de)兩倍，是鉛的(de)十倍。鎢也(ye)是所有(you)金(jin)(jin)屬中(zhong)密度最(zui)高(gao)的(de)金(jin)(jin)屬之一。

雖然鎢極耐高溫(wen)(wen)，但它(ta)在(zai) 1000° F 以(yi)上的溫(wen)(wen)度(du)下會變得易揮(hui)發。因(yin)此，它(ta)必須被保護性氣氛覆蓋或包圍。這可(ke)(ke)以(yi)通過應(ying)用硅(gui)涂(tu)層或貴金屬包層來實現(xian)。除了出(chu)色的耐熱(re)性外(wai)，鎢還(huan)可(ke)(ke)以(yi)在(zai)環境溫(wen)(wen)度(du)下提(ti)供良好的抗(kang)大氣腐蝕(shi)保護。它(ta)還(huan)在(zai)室溫(wen)(wen)下提(ti)供對(dui)水(shui)和硫酸、硝酸和氫氟(fu)酸的抵(di)抗(kang)力。鎢以(yi)其高導(dao)電性而聞名。

由于(yu)其優異的耐(nai)熱性，鎢通常(chang)用于(yu)焊接(jie)電(dian)(dian)極和(he)(he)制(zhi)造(zao)過程(cheng)，如加熱元件(jian)、托盤(pan)、輻射屏蔽和(he)(he)蒸發(fa)舟。它的強導電(dian)(dian)性能和(he)(he)耐(nai)磨性使(shi)鎢在制(zhi)造(zao)電(dian)(dian)觸點時很有價值。

鉬

與鎢一樣，卡爾(er)·威廉·舍勒在鉬的(de)發(fa)現(xian)中也發(fa)揮了重要(yao)作用，鉬也發(fa)生(sheng)在 18 世紀(ji)后期。然而(er)，直到 19 世紀(ji)后期，該元素的(de) 96% 純金(jin)屬版本才被開發(fa)出來并用于(yu)商業應用。鉬現(xian)在主(zhu)要(yao)在各種制造過程(cheng)中用作鋼的(de)合金(jin)元素。

鉬(mu)與鎢相似，具(ju)有(you)出色(se)的(de)導熱(re)和(he)導電(dian)能力，以(yi)及耐(nai)腐(fu)蝕(shi)和(he)耐(nai)磨性(xing)。在耐(nai)腐(fu)蝕(shi)性(xing)方面(mian)，鉬(mu)對氫氟酸、碘和(he)氯(lv)有(you)效。在其非合金形式中，鉬(mu)具(ju)有(you)出色(se)的(de)導熱(re)性(xing)。除(chu)了其導熱(re)能力外，這使得該元件在散(san)熱(re)器中具(ju)有(you)價值。事實上，鉬(mu)的(de)熱(re)導率明顯(xian)超(chao)過鐵、鋼(gang)或鎳合金。

鉭

瑞典(dian)化(hua)學家的(de)(de)另一(yi)個發(fa)現是(shi)鉭(tan)，最(zui)(zui)初是(shi)由安德斯·古斯塔夫·埃克伯格在(zai) 1802 年發(fa)現的(de)(de)。這種元素極(ji)為稀有(you)——它的(de)(de)豐度大(da)約是(shi)黃(huang)金(jin)的(de)(de) 15 倍。鉭(tan)極(ji)難(nan)溶解(jie)，是(shi)人類(lei)已知的(de)(de)最(zui)(zui)耐腐蝕的(de)(de)材(cai)料(liao)之(zhi)一(yi)。它還具有(you)化(hua)學惰(duo)性，因此可用(yong)于制造實驗室設備(bei)。鉭(tan)有(you)時也用(yong)作鉑的(de)(de)替代(dai)品。然而(er)，它的(de)(de)主要用(yong)途是(shi)生產電子設備(bei)中(zhong)的(de)(de)電容器，例如手機、電腦和視頻游戲系統。

與所(suo)有難熔(rong)(rong)金屬(shu)一(yi)樣，鉭具有高(gao)(gao)熔(rong)(rong)點（5468°F 和 3020°C），而且它也具有高(gao)(gao)反應性(xing)。由于其優異的耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)，鉭經常用(yong)于制造蒸汽冷凝(ning)器(qi)、多管換熱器(qi)和破裂膜片。碳化鉭也可以添加到硬(ying)質合(he)金中，以生(sheng)產減少摩擦和抵(di)抗(kang)機械沖擊的硬(ying)質切削(xue)工(gong)具。此外，當鉭與某些氣(qi)體結(jie)合(he)時，釋放的氣(qi)體可用(yong)于制造電子管。

鈮

鈮通常與鉭一起發(fa)現，并包含許(xu)多相同的(de)(de)(de)特(te)性(xing)和特(te)性(xing)。兩(liang)者的(de)(de)(de)主要區(qu)別在于鉭的(de)(de)(de)重量(liang)大約是前(qian)者的(de)(de)(de)兩(liang)倍。第(di)一個已知的(de)(de)(de)分(fen)離鈮和鉭的(de)(de)(de)工藝發(fa)生在 19 世紀中葉的(de)(de)(de)歐(ou)洲。它最初的(de)(de)(de)用(yong)途是作為與鋼(gang)的(de)(de)(de)合(he)金(jin)，直到(dao)今(jin)天仍(reng)然(ran)是它的(de)(de)(de)主要應用(yong)。另一種常見(jian)的(de)(de)(de)鈮應用(yong)是制造用(yong)于科學研究的(de)(de)(de)磁體。

將鈮與鐵、鈷和鎳(nie)等其他(ta)金(jin)屬合金(jin)化可增強其固有的耐(nai)火性能，而不會(hui)增加重量(liang)。這使得鈮在(zai)航(hang)空航(hang)天(tian)工業產品的制造(zao)中(zhong)極(ji)具價值，例如飛機上(shang)的火箭發動機和燃(ran)氣輪機。然而，鈮的抗氧化性很差(cha)，這意味著它必須在(zai)用于這些制造(zao)過程之(zhi)前進行涂層處理。

鈮(ni)的(de)另一個關鍵優勢是(shi)它的(de)多功(gong)能性(xing)。它可以制造(zao)成各(ge)種強度和彈(dan)性(xing)。與其他難熔(rong)金屬相比(bi)，鈮(ni)還(huan)具有較(jiao)低的(de)密度和較(jiao)低的(de)熱中子截面(mian)。

錸

錸(lai)最初(chu)是在(zai) 1925 年發(fa)現的。它不是單獨發(fa)現的——錸(lai)礦(kuang)石必須從其他(ta)礦(kuang)石中提取，例如鉑、鉭鐵礦(kuang)和(he)輝鉬礦(kuang)。就熔(rong)點而言，只有(you)鎢(wu)和(he)碳超過(guo)錸(lai)，而且(qie)它還具有(you)極高的密度。

它也是唯(wei)一(yi)不形成碳化物的難(nan)熔(rong)金(jin)屬。其他獨(du)特(te)的錸(lai)特(te)性如下：

• 它可以抵抗銀、鋅、錫和銅的侵蝕。
• 它可以溶解在熔融的鎳和鐵中。

錸對鹽水(shui)腐(fu)蝕不太敏感，并且對鹽酸具(ju)有(you)出色的抵抗力。為了提高抗拉強度和延展性，它經常(chang)與其他(ta)金屬合(he)金化。鉬錸合(he)金焊縫是一(yi)個主要的例子。其他(ta)錸合(he)金用于各種制造工藝(yi)，包(bao)括(kuo)半(ban)導體、熱電(dian)偶(ou)、電(dian)觸點(dian)和熱離子轉換器。

鈦

雖然鈦(tai)不屬于五種主要難(nan)熔(rong)金屬之一，但它確(que)實具有(you)許多常(chang)見的難(nan)熔(rong)金屬特性，例如(ru)高熔(rong)點 (3035° F) 和出色的耐(nai)腐蝕性。鈦(tai)最初是(shi)在(zai) 18 世(shi)紀后期發現的，但直到 1950 年代中(zhong)期才在(zai)制造業中(zhong)得到廣泛應用。

鈦還以其卓越(yue)的(de)——從制造角(jiao)度來看極其有價值——重(zhong)量輕和(he)強(qiang)度高(gao)的(de)結合而聞名。輕巧、強(qiang)度和(he)耐熱和(he)耐腐蝕性使鈦在各(ge)種航空(kong)航天、船舶和(he)汽(qi)車(che)制造應用中受(shou)益。

用難熔金屬和其他稀有金屬電鍍

電鍍(du)是一種用于通過稱為(wei)電沉積(ji)的(de)技術在稱為(wei)基(ji)底的(de)底層金(jin)屬表(biao)(biao)面上(shang)提供(gong)保護涂層的(de)工藝(yi)。在傳(chuan)統的(de)電鍍(du)工藝(yi)中，金(jin)屬部(bu)件或(huo)物體被(bei)放入(ru)電解(jie)(jie)質水溶液中，其(qi)中包含(han)提供(gong)涂層的(de)金(jin)屬溶解(jie)(jie)離子。然后引入(ru)電流(liu)，為(wei)離子提供(gong)正電荷，而底物帶負電荷。這導致離子沉積(ji)在基(ji)板的(de)表(biao)(biao)面上(shang)。

電鍍可(ke)(ke)用于(yu)多(duo)種(zhong)用途。一個(ge)主(zhu)要功(gong)能是使(shi)(shi)基材更(geng)能抵抗腐蝕的影響。它還可(ke)(ke)以使(shi)(shi)物體更(geng)導電并增強其耐熱性能。電鍍甚至可(ke)(ke)以使(shi)(shi)零(ling)件(jian)更(geng)具美感，例(li)如將(jiang)金、銀或其他貴金屬(shu)鍍在原本暗(an)淡的金屬(shu)表面上。

難(nan)熔(rong)(rong)(rong)金(jin)(jin)屬(shu)電鍍(du)與傳(chuan)統電鍍(du)工藝(yi)的(de)不同之處在于它使用(yong)非(fei)水介(jie)質，通(tong)常是熔(rong)(rong)(rong)鹽。熔(rong)(rong)(rong)鹽電解能夠產生(sheng)由(you)難(nan)熔(rong)(rong)(rong)金(jin)(jin)屬(shu)組成的(de)化合物。電鍍(du)涂(tu)層(ceng)可(ke)以包(bao)含純金(jin)(jin)屬(shu)或各種難(nan)熔(rong)(rong)(rong)金(jin)(jin)屬(shu)合金(jin)(jin)或化合物。

熔鹽電解(jie)(jie)涉及伴隨電子轉移的化(hua)學反應。該(gai)過(guo)(guo)程發(fa)生(sheng)在電化(hua)學電池中(zhong)，它允許電能(neng)(neng)作為更多的化(hua)學功能(neng)(neng)從化(hua)合物中(zhong)提取(qu)難熔金屬。在電解(jie)(jie)過(guo)(guo)程中(zhong)，電流從陽極(ji)通過(guo)(guo)電解(jie)(jie)質流向陰極(ji)。然后(hou)陰極(ji)材料被難熔金屬分開。

多年來，已經開發了其(qi)他特(te)殊的金屬電鍍(du)工(gong)藝。現在(zai)，我們將仔(zi)細研究用鈦、鎢和鉬電鍍(du)難熔金屬的過(guo)程。

鍍鈦

與(yu)大多數難(nan)熔金(jin)屬一樣(yang)，用(yong)傳統(tong)的水浴鍍鈦(tai)(tai)是無法實(shi)現的。它(ta)(ta)也不能單(dan)獨(du)電鍍。一種有效的鈦(tai)(tai)電鍍工(gong)藝涉及使(shi)用(yong)鈦(tai)(tai)和氮的合(he)金(jin)來(lai)形成氮化(hua)鈦(tai)(tai) (TiN)，與(yu)傳統(tong)的電鍍相反，它(ta)(ta)通過(guo)物理或化(hua)學(xue)氣(qi)相沉(chen)(chen)積來(lai)沉(chen)(chen)積。雖然 TiN 涂層非常(chang)薄，但它(ta)(ta)非常(chang)堅(jian)硬且非常(chang)耐(nai)磨。薄度還(huan)使(shi)得在電鍍過(guo)程中(zhong)保持所需的公差(cha)變得容易。

除(chu)了極耐磨外，氮(dan)化鈦(tai)涂層(ceng)(ceng)在生物相容性方(fang)面(mian)也被評為非常好。醫療設備制造商經(jing)常使用(yong) TiN 涂層(ceng)(ceng)來最大(da)程度地(di)減少滑動部件和組件的(de)(de)磨損(sun)，并(bing)保留手術器械上的(de)(de)鋒利邊緣。其他應用(yong)包括延長切削(xue)工具(ju)(ju)和機床的(de)(de)使用(yong)壽(shou)命。TiN 涂層(ceng)(ceng)具(ju)(ju)有迷(mi)人的(de)(de)金色，使其適用(yong)于注重美觀的(de)(de)應用(yong)。

鍍鎢

鎢(wu)也不能單獨鍍(du)(du)(du)。然而，用鎢(wu)電鍍(du)(du)(du)其他鐵(tie)族金(jin)屬(shu)，特別是鎳是可能的。鎳-鎢(wu)-磷合金(jin)可以通過化(hua)學(xue)鍍(du)(du)(du)沉積(ji)。與(yu)電鍍(du)(du)(du)不同，化(hua)學(xue)鍍(du)(du)(du)不需要引入電流(liu)。相(xiang)反，沉積(ji)是通過化(hua)學(xue)反應發生的。

雖然有(you)許(xu)多化(hua)學(xue)鍍鎳(nie)合金可供選擇(ze)，但鎳(nie)-磷組(zu)合是最常見的工業用途。

鎳(nie)-磷(lin)-鎳(nie)合金(jin)在化學鍍中(zhong)的(de)應用相(xiang)對(dui)較新，但(dan)它的(de)早期結果(guo)很有希望(wang)。Ni-PW 化學沉(chen)積工藝需(xu)要創(chuang)建由鎳(nie)、鎢鹽和各種(zhong)穩定劑(ji)(ji)以及緩沖劑(ji)(ji)和絡(luo)合劑(ji)(ji)組成的(de)鍍液。雖然(ran)磷(lin)會(hui)增加(jia)涂(tu)層的(de)硬度(du)，但(dan)即(ji)使是少量(liang)的(de)鎢也可以顯著增強這種(zhong)性(xing)能，以及它的(de)耐腐蝕(shi)性(xing)。提(ti)高硬度(du)最終會(hui)提(ti)高基材的(de)耐磨(mo)性(xing)。

鍍鉬

鍍(du)(du)鉬 (Mo) 可(ke)以通過將其(qi)與(yu)其(qi)他金(jin)屬合金(jin)化來(lai)完成。特別是，鉻鉬合金(jin)可(ke)以保(bao)(bao)護基材(cai)免(mian)受磨損并提高其(qi)耐腐蝕性。鉬含(han)量極低，通常(chang)在百分之一(yi)左(zuo)右。然而，已經開發出脈沖(chong)(chong)電(dian)鍍(du)(du)工藝(yi)，可(ke)以有(you)效地沉(chen)積(ji)(ji)鉬含(han)量高達三倍的(de) Cr-Mo，同時仍能產生無(wu)裂紋的(de)沉(chen)積(ji)(ji)物(wu)。在脈沖(chong)(chong)電(dian)鍍(du)(du)中(zhong)，直流電(dian)流以短(duan)脈沖(chong)(chong)形式引(yin)入(ru)電(dian)鍍(du)(du)槽，而不(bu)是持續保(bao)(bao)持。

與常規直流電(dian)鍍(du)相比，使用(yong)脈沖電(dian)鍍(du)可獲得高達 900 KHM 的硬度值，后者(zhe)增加(jia)(jia)了(le)近 20%。此外，使用(yong)低脈沖頻率往往會增加(jia)(jia)沉(chen)積物(wu)中(zhong)的鉬濃度。