Свойства ниобия
Mar 05, 2024
Что такое ниобий?
Ниобий (химический символ Nb, атомный номер 41) — тугоплавкий металл, открытый в 1801 году британским химиком Чарльзом Хэтчеттом, который назвал его колумбием; Название «ниобий», предложенное Генрихом Роузом в 1844 году, было принято ИЮПАК на международном уровне в 1951 году. Чистый ниобий мягок и пластичен, с твердостью по шкале Мооса 6, однако он становится исключительно прочным при легировании или холодной обработке. Поскольку ниобий сохраняет прочность при очень высоких температурах, его относят к тугоплавким металлам вместе с вольфрамом, молибденом и танталом.
Физические свойства
| Свойство | Ценить |
|---|---|
| Атомный номер | 41 |
| Атомный вес | 92.91 |
| Плотность при 20 градусах | 8,57 г/см³ |
| Температура плавления | 2477 градусов (4490 градусов по Фаренгейту) |
| Точка кипения | 4744 градуса (8571 градус по Фаренгейту) |
| Кристаллическая структура | Кубический-центрированный по телу |
| Электропроводность | 6.7 × 10⁶ S/m |
| Сверхпроводящий переход | ≈ 9.25 K |
Ниобий имеет более низкую плотность и меньшее сечение тепловых нейтронов-, чем большинство других тугоплавких металлов, что делает его привлекательным для ядерной техники. При криогенных температурах он становится сверхпроводящим, и это поведение используется в магнитах для магнитно-резонансной томографии и ускорителях частиц.
Химическое и коррозионное поведение
При комнатной температуре ниобий практически инертен к большинству кислот, включая соляную, серную, азотную и даже царскую водку. Это означает, что часть ниобия не растворяется в царской водке, тогда как золото и платина растворяются. Однако на него могут воздействовать горячие концентрированные кислоты, плавиковая кислота и сильные щелочи. При температуре выше 400 градусов (750 градусов по Фаренгейту) ниобий быстро окисляется; образующаяся оксидная пленка также обеспечивает большую часть его коррозионной стойкости при более низких температурах. Ниобий также вступает в реакцию с углеродом, азотом, серой и галогенами при повышенной температуре, поэтому горячую обработку и сварку необходимо выполнять в вакууме или в среде инертного-газа.
Легирование и промышленное применение
Микролегированные стали с - небольшими добавками ферро-ниобия уменьшают размер зерна и повышают прочность и вязкость HSLA конструкционных и трубопроводных сталей.
Сверхпроводящие материалы - Nb-Ti и проводники Nb₃Sn используются в системах МРТ и ускорительных магнитах.
Детали для аэрокосмической отрасли и-высокотемпературные - ниобиевые сплавы и компоненты с ниобиевым-покрытием устойчивы к окислению и ползучести при повышенных рабочих температурах.
Химическая обработка ниобия - обеспечивает коррозионную стойкость, сравнимую с танталом, при более низкой плотности и стоимости.
В ядерной технике - низкое поглощение нейтронов делает ниобий пригодным для изготовления внутренних частей реакторов и компонентов топливной-оболочки.
На продукцию ниобиевого проката распространяются стандарты ASTM B391 (слитки), ASTM B392 (пруток и проволока), ASTM B393 (лист, полоса и пластина) и ASTM B394 (бесшовные и сварные трубы); Ферро-ниобий для производства стали указан в GB/T 7737 и ISO 5453.
Рекомендации по обработке
Поскольку ниобий быстро окисляется при температуре выше 400 градусов, нагрев для ковки, прокатки или термообработки должен осуществляться в вакууме или в атмосфере аргона. Обработка проста, но требует острых инструментов и достаточной смазки, чтобы избежать наклепа. Для сварных сборок защита инертным-газом обязательна как на поверхности сварного шва, так и на его корне, чтобы предотвратить кислородное охрупчивание.
Часто задаваемые вопросы
Ниобий — это тот же металл, что и колумбий?
Да. Колумбий и ниобий относятся к одному и тому же элементу (Nb, атомный номер 41); название ниобий ИЮПАК является стандартным, в то время как колумбий все еще используется в некоторых металлургических контекстах Америки.
Растворяется ли ниобий в царской водке?
Нет. Ниобий инертен по отношению к царской водке при комнатной температуре. Царская водка растворяет благородные металлы, такие как золото и платина, но ниобий практически не подвергается воздействию.
Почему ниобий используется в стали?
Ниобий образует мелкие карбиды и нитриды, которые скрепляют границы зерен, поэтому очень небольшие добавки в размере 0,02–0,10% повышают предел текучести и вязкость, не ухудшая свариваемость.
При какой температуре ниобий начинает окисляться?
Быстрое окисление начинается примерно при температуре 400 градусов (750 градусов по Фаренгейту). Ниже этой температуры образуется защитная оксидная пленка, поэтому ниобий устойчив к коррозии в большинстве эксплуатационных сред.
Является ли ниобий сверхпроводником?
Чистый ниобий становится сверхпроводящим при температуре ниже 9,25 К, а сплавы ниобия, такие как Nb-Ti и Nb₃Sn, являются стандартными проводниками для сверхпроводящих магнитов с сильными-полями.
Какие стандарты распространяются на ниобиевую продукцию?
ASTM B391, B392, B393 и B394 охватывают ниобиевые слитки, стержни и проволоку, листы и полосы и трубы соответственно; На ферро-ниобий распространяются стандарты GB/T 7737 и ISO 5453.
