【鎢業(yè)故事】戰(zhàn)略金屬——鎢

鎢屬于稀有難熔金屬，具有優(yōu)良的物理、化學(xué)和機(jī)械加工性能，鎢制品被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)幾乎所有領(lǐng)域，在國(guó)防軍工和高新產(chǎn)業(yè)等關(guān)鍵領(lǐng)域更是不可或缺的重要原材料和功能性材料，尤其在保障國(guó)防安全和經(jīng)濟(jì)安全方面發(fā)揮了重要作用。為講好鎢業(yè)故事，普及鎢金屬行業(yè)的科學(xué)知識(shí)，中國(guó)鎢業(yè)協(xié)會(huì)承辦了鎢工業(yè)科普知識(shí)征文活動(dòng)。本刊公眾號(hào)將陸續(xù)發(fā)布鎢工業(yè)科普知識(shí)征文活動(dòng)獲獎(jiǎng)作品，以饗讀者。本文節(jié)選自征文活動(dòng)三等獎(jiǎng)作品《鎢的前世今生》，作者為自貢硬質(zhì)合金責(zé)任有限公司型材事業(yè)部羅剛。

鎢是什么

鎢是一種金屬元素，元素符號(hào)為W，原子序數(shù)為74，在元素周期表中位于第六周期的VIB族，鎢金屬單質(zhì)是一種銀白色有光澤的有色稀有金屬，硬度極高，莫氏硬度達(dá)到7.5；熔點(diǎn)極高，達(dá)到3410℃，是熔點(diǎn)高的難熔金屬；常溫下不受空氣侵蝕，化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定。

硬質(zhì)合金刀具

鎢粉

鎢的發(fā)現(xiàn)

一、鎢的歷史可以追溯到17世紀(jì)。當(dāng)時(shí)，德國(guó)薩克森州厄爾士山脈的礦工注意到，錫石的還原會(huì)被一些不知名的礦石干擾，這些礦石在冶煉過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生礦渣，好像如狼吞食食物一般降低錫的產(chǎn)出率，人們便用德文狼（wolf）、泡沫（rahm）組合成一個(gè)復(fù)合詞將這種礦石命名為“wolfrahm”，可見(jiàn)鎢的登場(chǎng)在開(kāi)始并不受人歡迎。

二、1758年，瑞典化學(xué)家和礦物學(xué)家克朗斯泰德將該礦石正式命名為“tungsten”，瑞典語(yǔ)里意為“重石”，他深信這種礦物中含有某種未知的元素。

三、1781年瑞典化學(xué)家卡爾·威廉·舍耶爾發(fā)現(xiàn)了白鎢礦，并從中提取出了鎢酸。

四、1783年西班牙人德普爾亞發(fā)現(xiàn)了黑鎢礦，也從中提取出鎢酸，同年，用碳還原三氧化鎢第一次得到了鎢粉，鎢這種元素才終展現(xiàn)在世人眼中。

鎢的發(fā)展

斗轉(zhuǎn)星移，時(shí)間來(lái)到了19世紀(jì)，隨著冶金技術(shù)和化學(xué)學(xué)科的不斷進(jìn)步，人們開(kāi)始逐漸將鎢投入到工業(yè)生產(chǎn)中去。

1841年，化學(xué)家Robert Oxland取得了鎢酸鈉、鎢酸和金屬鎢生產(chǎn)方法的英國(guó)專(zhuān)利權(quán)，這是鎢現(xiàn)代化學(xué)歷史上的一個(gè)重大進(jìn)步，為鎢的現(xiàn)代化生產(chǎn)開(kāi)辟了道路。

1864年，馬歇特首次將5%的鎢加入到工具鋼中，制成的刀具使金屬切削速度一下子提高了50%。這也是鎢首次在工業(yè)行業(yè)嶄露頭角。

1900年巴黎世界博覽會(huì)上首次展出了加入了鎢元素的高速鋼，從這里開(kāi)始，鎢開(kāi)始受到全世界工業(yè)強(qiáng)國(guó)的關(guān)注，鎢的提取工業(yè)的也得到了迅猛發(fā)展，鎢開(kāi)始成為重要的合金元素。

1925年施勞特爾獲得發(fā)明碳化鎢鈷硬質(zhì)合金的美國(guó)專(zhuān)利權(quán)，這種專(zhuān)利方法于1926年首先在歐洲用于工業(yè)生產(chǎn)，這是現(xiàn)代鎢工業(yè)生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)。

YG6鎢剛制品

1927年，以碳化鎢為主成分研制出硬質(zhì)合金開(kāi)始被廣泛使用，鎢進(jìn)入了其工業(yè)發(fā)展史中的一個(gè)重要階段，在這一時(shí)間段內(nèi)鎢合金各方面的性質(zhì)都超過(guò)了傳統(tǒng)工具鋼，鎢開(kāi)始在現(xiàn)代技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。

鎢的應(yīng)用

由于其的金屬特性，鎢已被廣泛應(yīng)用于幾乎所有的工業(yè)行業(yè)，在哪里都能找到鎢及其衍生產(chǎn)品的應(yīng)用

工業(yè)領(lǐng)域：由于硬度高，鎢的加入可以顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，是一種重要的合金元素，被廣泛應(yīng)用于各種鋼材的生產(chǎn)中，其產(chǎn)品被用于制作各種工具，如鉆頭、銑刀以及模具等；碳化鎢具有高耐磨性和難熔性，其硬度接近金剛石，因而常被用于硬質(zhì)合金的生產(chǎn)中。碳化鎢基硬質(zhì)合金主要被用于制造切削工具、礦山工具以及模具等；鎢是熔點(diǎn)高的難熔金屬，具有較高的硬度，所以也常被用來(lái)制造耐磨合金，生產(chǎn)諸如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的活門(mén)、渦輪機(jī)葉片等耐磨零件；而鎢與其他難熔金屬（如鉭、鈮、鉬、錸）的合金則擁有更優(yōu)的耐磨性能，可被用于生產(chǎn)火箭噴管、發(fā)動(dòng)機(jī)等高熱強(qiáng)度的零件；鎢也被大范圍用于制造高比重合金，這些高比重合金由于強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)大、導(dǎo)電性能良好、加工性能優(yōu)等特點(diǎn)，常被用于制造散熱片、閘刀開(kāi)關(guān)等觸頭材料。

應(yīng)用了鎢合金的航空發(fā)動(dòng)機(jī)

電子領(lǐng)域:鎢的可塑性強(qiáng)、蒸發(fā)速度小、熔點(diǎn)高、電子發(fā)射能力強(qiáng)，因而被廣泛應(yīng)用于電子和電源工業(yè)。例如鎢絲的發(fā)光率高，使用壽命長(zhǎng)，而常用來(lái)制造各種燈泡燈絲，如白熾燈、碘鎢燈等。此外，鎢絲還可以用于制造電子振蕩管的直熱陰極和柵極以及各種電子儀器中的陰極加熱器。

化工領(lǐng)域：鎢的化合物常用來(lái)生產(chǎn)某些類(lèi)型的油漆、顏料、油墨、潤(rùn)滑劑和催化劑等。如鎢酸鈉常用于金屬鎢、鎢酸和鎢酸鹽的制造以及染料、顏料、油墨、電鍍等方面；鎢酸在紡織工業(yè)中常用作媒染劑與染料，在化學(xué)工業(yè)中用作制取高辛烷汽油的催化劑；二硫化鎢常在有機(jī)合成中使用，如在合成汽油的制取中用作固體的潤(rùn)滑劑和催化劑；青銅色的氧化鎢被用在繪畫(huà)中。

醫(yī)療領(lǐng)域：鎢由于硬度和密度都很高，而使得鎢合金非常適合應(yīng)用于X射線以及輻射防護(hù)等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。常見(jiàn)的鎢合金醫(yī)用產(chǎn)品有X射線陽(yáng)極，防散射板，放射性容器和注射器屏蔽容器等。

鎢聚合物防輻射材料

軍事領(lǐng)域：在一戰(zhàn)初期，德國(guó)含鎢槍管發(fā)射1.5萬(wàn)發(fā)子彈才報(bào)廢，而俄法等國(guó)生產(chǎn)的輕機(jī)槍槍管因?yàn)闆](méi)有含鎢，發(fā)射6000發(fā)子彈就報(bào)廢了。鎢還是動(dòng)能穿甲彈的重要材料，鎢芯穿甲彈早期出現(xiàn)于二戰(zhàn)時(shí)期，當(dāng)時(shí)廣泛使用的風(fēng)帽穿甲彈、風(fēng)帽被帽穿甲彈、次口徑脫殼穿甲彈都是以碳化鎢作為彈芯材料，例如德軍虎式坦克的88毫米主炮使用的碳化鎢風(fēng)帽被帽穿甲彈在500米距離上可穿透156毫米均質(zhì)鋼裝甲。二戰(zhàn)之后又發(fā)展出鎢合金彈芯，并改進(jìn)穿甲彈的彈型設(shè)計(jì)，由此誕生長(zhǎng)桿式尾翼穩(wěn)定鎢合金脫殼穿甲彈，能夠有效對(duì)付先進(jìn)的復(fù)合裝甲，長(zhǎng)桿式尾翼穩(wěn)定鎢合金脫殼穿甲彈已經(jīng)成為各類(lèi)火炮的主用彈種。鎢在預(yù)制殺傷類(lèi)彈藥方面的應(yīng)用也非常廣泛，例如預(yù)制破片殺傷榴彈和高炮用的可編程炮彈就普遍采用鎢合金制成的破片或球體。當(dāng)榴彈或可編程炮彈爆炸后，高速飛散的鎢合金預(yù)制破片或球體能夠有效殺傷人員、擊穿輕型裝甲車(chē)輛的裝甲、破壞各類(lèi)空中目標(biāo)的結(jié)構(gòu)。

鎢芯穿甲彈

鎢金屬因?yàn)槠鋬?yōu)異的物理化學(xué)性能，被加工成硬質(zhì)合金工具，鎢特鋼等，廣泛被應(yīng)用于交通運(yùn)輸、采掘、工業(yè)制造、軍工等領(lǐng)域，是加工國(guó)之重器的關(guān)鍵工具，素有“工業(yè)牙齒”之稱(chēng)，更是“高端制造業(yè)的脊梁”。因?yàn)殒u資源的稀缺性和不可替代性，我國(guó)將鎢視為戰(zhàn)略性資源，鎢的開(kāi)采受到國(guó)家的嚴(yán)格管控。

注：此篇內(nèi)容轉(zhuǎn)載自：中國(guó)鎢業(yè)學(xué)術(shù)期刊 （如有侵權(quán)，請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系我們第一時(shí)間刪除）