鈦金屬

- 鈦金屬輕盈、銀白色,比鋼輕43%,機械性能卻與鋼差不多,比鋁大兩倍,比鎂大 五倍,比強度為金屬之首位。具有比鋁、鎂合金好得多的熱強性,最高使用溫度可 達600℃。
- 鈦的熔鑄:由於鈦的化學活性,使得多種方法不能用於鈦及鈦合金的熔鑄。目前鈦 及鈦合金熔煉的最主要方法是真空自耗電弧熔煉(簡稱VAR)。
- 鈦具有同素架構的結晶構造,加入不同的合金元素後,鈦合金可分成α、α+β和β 三類。鈦的同素架構性使其在加入不同合金元素時能得到性能截然不同的合金和具有 大的熱處理效應。
- 耐腐蝕性能:鈦和氧有很大的親和力,在空氣中或含氧的介質中,鈦表面生成一層致 密的、附著力強、惰性大的氧化膜,保護了鈦基體不被腐蝕,即使由於機械磨損也會 很快自癒或育重新再生。
- 耐熱性能好:新型鈦合金可在600℃或更高的溫度下長期使用。
- 耐低溫性能好:鈦在-196~253℃低溫下保持較好的延展性及韌性,避免了金屬冷脆性, 是低溫容器和貯箱等設備的理想材料。
- 抗阻尼性能強:金屬鈦受到機械振動、電振動後,與鋼、銅金屬比,其自身振動衰減 時間最長。
- 無磁性、無毒:鈦是無磁性金屬,在很大的磁場中也不會被磁化,無毒且與人體及血 液有好的相溶性,所以被醫療界採用。
- 換熱性能好:金屬鈦的導熱係數雖然比碳鋼和銅低,但由於鈦優異的耐腐蝕性能,所 以璧厚可以大大減薄,而且表面與蒸汽的換熱方式為滴狀冷凝,減少了熱阻,鈦表面 不結垢也可減少熱阻,使鈦的換熱性能顯著提高。
- 吸氣性能:鈦是一種化學性質非常活潑的金屬,在高溫下可與許多元素和化合物發生 反應。
- 彈性模量低:鈦的彈性模量在常溫時為106.4GMPa,為鋼的57%。
- 鈦吸氣主要指高溫下與碳、氫、氮、氧發生反應。
鈮金屬和鉭金屬
把它們放到一起來介紹是有道理的,因為它們在元素週期表裏是同族,物理、化學性質很相似,而且常常“形影不離”,在自然界伴生在一起,真稱得上是一對惟妙惟肖的“孿生兄弟”。事實上,當人們在十九世紀初首次發現鈮和鉭的時候,還以為它們是同一種元素呢。以後大約過了四十二年,人們用化學方法第一次把它們分開,這才弄清楚它們原來是兩種不同的金屬。鈮、鉭和鎢、鉬一樣都是稀有高熔點金屬,它們的性質和用途也有不少相似之處。
既然被稱為稀有高熔點金屬,鈮、鉭最主要的特點當然是耐熱。它們的熔點分別高達攝氏二千四百多度和將近三千度,不要說一般的火勢燒不化它們,就是煉鋼爐裏烈焰翻騰的火海也奈何它們不得鈮、鉭本身很頑強,它們的碳化物更有能耐,這個特點與鎢、鉬也毫無二致。用鈮和鉭的碳化物作基體製成的硬質合金,有很高的強度和抗壓、耐磨、耐蝕本領。在所有的硬質化合物中,碳化鉭的硬度是最高的。用碳化鉭硬質合金製成的刀具,能抗得住三千八百度以下的高溫,硬度可以與金剛石匹敵,使用壽命比碳化鎢更長。
鈮金屬的超導應用

具有超導性能的元素不少,鈮是其中臨界溫度最高的一種。而用鈮製造的合金,臨界溫度高達絕對溫度十八點五到二十一度,是目前最重要的超導材料。人們曾經做過這樣一個實驗:把一個冷到超導狀態的金屬鈮環,通上電流然後再斷開電流,然後,把整套儀器封閉起來,保持低溫。過了兩年半後,人們把儀器打開,發現鈮環裏的電流仍在流動,而且電流強弱跟剛通電時幾乎完全相同!從這個實驗可以看出,超導材料幾乎不會損失電流。如果使用超導電纜輸電,因為它沒有電阻,電流通過時不會有能量損耗,所以輸電效率將大大提高。
鉭金屬
鉭是一種化學元素,化學符號是Ta,原子序數是73,一種藍灰色的過渡金屬。鉭稀有、堅硬、具抗腐蝕性,因鉭不會與體液發生反應,故用作醫療器具及植入物。金屬鉭為一種略呈藍色的淺灰色金屬,由於具有許多奇異的特性,有著廣泛的應用領域。鉭有非常出色的化學性質,具有極高的抗腐蝕性。無論是在冷和熱的條件下,對鹽酸、濃硝酸及”王水”均無反應。將鉭放入200℃的硫酸中浸泡一年,表層僅損傷0.006毫米。實驗證明,鉭在常溫下,對堿溶液、氯氣、溴水、稀硫酸以及其他許多藥劑均不起作用,僅在氫氟酸和熱濃硫酸作用下有所反應。這樣的情況在金屬中為比較罕見。
鉭質地十分堅硬,硬度可達到6-6.5。它的熔點高達2996℃,僅次於鎢和錸,位居第三。鉭富有延展性,可拉成細絲或製成薄箔。其熱膨脹係數小,每升高一攝氏度只膨脹百萬分之六點六。除此之外,它的韌性強,比銅還要優異。
鉭所具有之特性,使它應用領域十分廣闊。在制取各種無機酸的設備中,鉭可用來替代不銹鋼,壽命可比不銹鋼提高幾十倍。此外,在化工、電子、電氣等工業中,鉭可以取代過去需要由貴重金屬鉑承擔的任務,使所需費用大大降低。
鉬金屬

- 瑞典的埃爾姆 發現年代:1782年
- 1782年,瑞典的埃爾姆,用亞麻子油調過的木炭和鉬酸混合物密閉灼燒,而得到鉬。
- 1953年確知鉬為人體及動植物必須的微量元素。
- 主要礦物是輝鉬礦(MoS2)。
銀白色金屬,硬而堅韌。密度10.2克/釐米3。熔點2610℃。沸點5560℃。化合價+2、+4和+6,穩定價為+6。鉬是一種過渡元素,極易改變其氧化狀態,在體內的氧化還原反應中起著傳遞電子的作用。在氧化的形式下,鉬很可能是處於+6價狀態。雖然在電子轉移期間它也很可能首先還原為+5價狀態,但是在還原後的酶中也曾發現過鉬的其他氧化狀態。鉬是黃嘌呤氧化酶/脫氫酶、醛氧化酶和亞硫酸鹽氧化酶的組成成分,從而確知其為人體及動植物必需的微量元素。人體各種組織都含鉬,成人體內總量為9mg,肝、腎中含量最高。
元素用途:
純鉬絲用於高溫電爐和電火花加工還有線切割加工;鉬片用來製造無線電器村和X射線器材;合金鋼中加鉬可以提高彈性極限、抗腐蝕性能以及保持永久磁性等。
鎢金屬

鎢的應用非常廣,最常見的是以碳化鎢(W2C)的形式使用在硬質合金中。這樣的硬質合金被用在金屬加工、採礦、採油和建築工業中作為耐用金屬。此外在電燈泡和真空管中鎢絲的應用也很廣。
鎢還常被用作電極。鎢可以被拉成很細的絲,而且它的熔點非常高。
其它應用包括:
- 由於鎢的熔點非常高,它被用在太空和高溫應用中,比如電子、加熱、焊接。
- 鎢非常堅硬,非常緊密,因此它在製作重金屬合金時非常理想,這樣的合金被用在裝甲、散熱片 和高密度應用中如壓重、平衡重物、船和飛機的壓重等。
- 製造渦輪機片、耐用部分和保護層的高溫合金含鎢(哈氏合金、鎢鉻鈷合金等)。
- 鎢的化合物被用作催化劑、無機顏色。二硫化鎢是高溫潤滑劑,它在500C依然穩定。
- 由於鎢的熱脹性與矽酸硼玻璃類似,它被用來做玻璃/金屬密封
- 鎢與鎳、鐵和鈷的合金被用來製作重合金,這樣的重合金用在動能彈中取代貧鈾。
- 在集成電路中鎢是前路之間的連接物。在二氧化矽絕緣體中侵蝕接觸孔,注入鎢,磨平來連接三 極體。典型的接觸孔可以小到65奈米。
- 碳化鎢是最硬的物質之一,被用在機器工具和磨料中。碳化鎢是磨具和轉具中最常見的材料,往 往也是最好的材料。
- 在放射性醫學中鎢被用作屏蔽物質。運輸氟脫氧葡萄糖一般用鎢容器,由於氟脫氧葡萄糖中的高 能氟-18鉛容器無法使用。