Какой самый прочный металл в мире — ТОП-5 элементов

Наш мир полон удивительных фактов, которые интересны множеству людей. Не являются исключением и свойства различных металлов. Среди этих элементов, которых в мире насчитывается 94, есть самые пластичные и ковкие, есть также с высокой электропроводностью или с большим коэффициентом сопротивления. В этой статье речь пойдет о самых твердых металлах, а также об их уникальных свойствах.

Новые открытия

Об очень прочных металлах можно еще и дальше рассказывать, но технический прогресс двигается вперед. Ученые из Калифорнии недавно объявили миру о появлении «ликвид-металла» (от слова «жидкий»), по прочности превосходящего титан. К тому же он оказался суперлегким, гибким и высокопрочным. Поэтому ученым предстоит создать и разработать способы применения нового металла, а в будущем, возможно, совершить еще много открытий.

Использование титана

Использование титана в промышленности
Титан применяется практически в каждой области промышленности, притом довольно широко его распространение.

Сегодня материал используется в таких сферах человеческой деятельности:

• Авиастроение. Некоторые элементы самолетов испытывают воздействие высоких температур, а также подвергаются действию деформационных сил. Поэтому в воздушном судне многие детали (элементы шасси, заклепки, некоторые части корпуса) сделаны из титана.

Использование титана в авиастроении

• Космические аппараты. Данная техника испытывает еще большие нагрузки чем самолеты, поэтому здесь также используется титан. В больших количествах материал применяется для обшивки.

Использование титана космических аппаратах

• Судостроение.

Использование титана судостроении

• Добыча нефти и газа. Титановые компоненты в основном встречаются в бурящих трубах и насосах, работающих под большим давлением.

Использование титана добыче нефти и газа

• Строительство. Титан, который обладает высокой твердостью, необходим для создания особенно важных элементов конструкций.

Использование титана в строительстве

• Медицинская промышленность. Многие протезы и инструменты изготавливаются из данного металла.

Использование титана в медицинской промышленности

• Спорт. Из титана делаются некоторые велосипедные детали, турники и другой спортивный инвентарь.

Использование титана в спорте

• Химическая промышленность. Титан является незаменимым, когда необходимо получить твердое вещество устойчивое к кислотам. В химической промышленности без данного металла невозможно обойтись при изготовлении различных обменников, труб и других различных конструкций.

Использование титана в химической промышленности

Несмотря на свою высокую твердость, титан достаточно легкий металл. Данный факт также влияет на широкое распространение использование титана в разных сферах промышленности. Изделия из него отличаются долговечностью.

Особенности титана и его примесей

Данный металл обладает еще одним примечательным свойством – парамагнитность. Это означает, что титан не притягивается под действием магнитного поля, вместе с тем он и не может выталкиваться магнитного поля. В процессе производства пытаются получить максимально чистый металл, где будет минимальное количество примесей. Это необходимо, чтоб получить максимальную твердость вещества.

Если в титане присутствуют неметаллические примеси, то такое вещество получается не таким твердым и более ломким. При этом примеси других металлов сделают материал менее жаропрочным. Если в титане присутствует какая-либо примесь (даже в минимальном количестве), то металл считается техническим. Зачастую данная разновидность проявляет наибольшую противокоррозионную стойкость.

Важно! Необычным свойствам титана является тот факт, что даже минимальное попадание в него другого вещества, в значительной степени влияет на первоначальные характеристики металла.

В сравнении с другими металлами, которые часто используются в хозяйственной деятельности человечества, то титан вдвое прочнее железа и в шесть раз крепче алюминия. Данный материал практически не подвержен коррозии. По данной характеристике он ушел далеко вперед от нержавеющей стали и алюминия.

Получение материала

По распространенности титан занимает 10 место на планете. Зачастую рассматриваемое вещество в природе встречается в виде титановой кислоты, находящейся в минералах. В частности бывают такие титановые руды:

• Анатаз; • Брукит; • Первоксит; • Рутил.

Запасы данных веществ в большом количестве присутствуют в Бельгии, Великобритании, Испании, РФ, США, Франции и Японии.

На данный момент используется несколько вариантов получения титана:

1. Электролиз. Через титановую руду пропускают сильный ток, в результате материал распадается на компоненты. 2. Магниетермия. В первую очередь добывают диоксид титана. Далее вещество хлорируют с добавлением специального катализатора, ведь в естественных условиях процесс будет протекать очень медленно и долго. Вырабатывается газ, который восстанавливается при помощи натрия и магния. Далее смесь нагревается и из нее выплавляется титан. 3. Рафинирование. В данном случае диоксид титана обрабатывают при помощи паров йода. Таким образом получают йодид титана. Полученное вещество нагревается до высоких температур, а также подвергается воздействию тока. На выходе получается йод и титан. 4. Гидридно-кальциевый метод. Для начала добывают гидрид натрия. Далее происходит разделение смеси на составляющие.

На масштабных производствах зачастую используется два метода: магниетермический и гидридно-кальциевый. Это связано с тем, что данные способы позволяют получить чистый титан при самых низких затратах.

Вольфрам

Серебристо-серый вольфрам является не только одним из наиболее твердых металлов, он также лидирует по тугоплавкости. Его удается расплавить только при температуре в 3422 оС. Благодаря такому свойству он используется для создания элементов накаливания. Сплавы из этого элемента обладают высокой прочностью и часто применяются в военных целях. Вольфрам также используется для производства хирургических инструментов. Из него также изготавливают контейнеров, в которых хранят радиоактивные материалы.

Вольфрам

Иридий

Первенство в перечне металлов, отличающихся наибольшей твердостью, занимает иридий. Его открыл в начале XIX века химик из Англии Смитсон Теннант. Иридий обладает следующими физическими свойствами:

• имеет серебристо-белый цвет;
• температура его плавления – 2466 оС;
• температура кипения – 4428 оС;
• сопротивление – 5,3·10−8Ом·м.

Поскольку иридий является твердейшим металлом на планете, он с трудом поддается обработке. Но его все же применяют в различных промышленных сферах. К примеру, из него изготавливаются небольшие шарики, которые используются в перьях для ручек. Из иридия изготавливают комплектующие к космическим ракетам, некоторые детали для автомобилей и другое.

Иридий

В природе встречается очень мало иридия. Находки этого металла являются своего рода свидетельством того, что в месте, где он был обнаружен, падали метеориты. Эти космические тела содержат значительное количество металла. Ученые полагают, что наша планета также богата иридием, но его залежи находятся ближе к ядру Земли.

О металлах в природе

В русский язык слово «металл» пришло из немецкого. С XVI века оно встречается в книгах, правда, достаточно редко. В дальнейшем, в эпоху Петра I, его стали употреблять более часто, причем, тогда слово имело обобщающее значение «руда, минерал, металл». И только в период деятельности М.В. Ломоносова эти понятия были разграничены.

В природе металлы встречаются в чистом виде достаточно редко. В основном, они входят в состав различных руд, а также образуют всевозможные соединения, такие как сульфиды, оксиды, карбонаты и другие. Для того чтобы получить чистые металлы, а это очень важно для их применения в дальнейшем, нужно их выделить, а затем очистить. При необходимости, металлы легируют — добавляют специальные примеси, с целью изменения их свойств. В настоящее время есть разделение на руды черных металлов, которые включают в свой состав железо, и цветных. К драгоценным или благородным металлам относят золото, платину и серебро.

Металлы есть даже в организме человека. Кальций, натрий, магний, медь, железо — вот перечень этих веществ, которые содержатся в наибольшем количестве.

Бериллий

Пятая позиция в списке наиболее твердых металлов досталась бериллию. Его открытие принадлежит химику Луи Никола Воклену из Франции, которое было сделано в 1798 году. Этот металл имеет серебристо-белый цвет. Несмотря на свою твердость, бериллий является хрупким материалом, что сильно усложняет его обработку. Его применяют для создания высококачественных громкоговорителей. Он применяется для создания реактивного топлива, огнеупорных материалов. Металл широко используется при создании аэрокосмической техники и лазерных установок. Он также применяется в атомной энергетике и при изготовлении рентгенотехники.

Бериллий

Как производят металлы?

Металлосодержащие руды считаются источником этих самых необходимых для всего современного человечества веществ. Чтобы выяснить их точное расположение, используют определенные методы поиска, которые построены на разведке и изучении месторождений. Металлы получают следующим образом:

1. Производится разработка рудных месторождений открытым способом или карьерным, а также подземным или шахтным. Возможны комбинированные способы.
2. Обогащение руд — выделение из сырья полезных компонентов, так называемых рудных концентратов.
3. Извлечение металлов из обогащенных руд путем химического или электролитического восстановления с использованием высоких температур или водной химии.
4. Чаще всего металлы выплавляют, нагревают до очень высоких температур руду и восстановитель. Для железа обычно применяют углерод.

В зависимости от дальнейшего применения, металлы подразделяют на группы:

1. Конструкционные материалы. Используют как сами металлы, так и их значительно улучшенные по свойствам сплавы. В данном случае ценят прочность, непроницаемость для жидкостей и газов, однородность.
2. Материалы для инструментов, чаще всего имеется в виду рабочая часть. Для этого подходят инструментальные стали и твердые сплавы.
3. Электротехнические материалы. Такие металлы используют как хорошие проводники электричества. Самые распространенные из них — это медь и алюминий. А также применяют как материалы, имеющие высокое сопротивление, — нихром и другие.

Рутений

Вторая позиция в нашем списке достается рутению. Открытие этого инертного металла серебристого цвета принадлежит русскому химику Карлу Клаусу, которое было сделано в 1844 году. Этот элемент относится к платиновой группе. Он является редким металлом. Ученым удалось установить, что всего на планете имеется примерно 5 тыс. тонн рутения. В год удается добыть примерно 18 тонн металла.

Рутений

Из-за ограниченного количества и высокой стоимости рутений редко применяется в промышленности. Его используют в следующих случаях:

• его небольшое количество добавляют в титан, чтобы улучшить коррозийные свойства;
• из его сплава с платиной делают электрические контакты, отличающиеся высокой стойкостью;
• рутений часто используют в качестве катализатора для химических реакций.

Хром

Одним из самых твердых металлов является и хром. Его открыли в России в 1763 году в месторождении Северного Урала. Он имеет голубовато-белый цвет, хотя бывают случаи, что его считают черным металлом. Хром нельзя назвать редким металлом. Его залежами богаты следующие страны:

• Казахстан;
• Россия;
• Мадагаскар;
• Зимбабве.

Хром

Месторождения хрома есть и в других государствах. Этот металл широко применяется в различных отраслях металлургии, науки, машиностроения и других.

Алмазная твердость

Месторождения этого минерала имеются на всей планете, кроме Антарктиды. Но при этом он остается достаточно редким. Алмазы — самый твердый природный материал на Земле, он широко используется в промышленности. Хотя бриллианты очень прочные, их довольно легко поцарапать — только другим бриллиантом.

Неограниченный период существования — еще одно удивительное свойство алмазов. Наука до сих пор точно не знает, откуда взялись эти камни и когда именно появились. По одной из версий, им 2,5 миллиарда лет. Алмазы внеземного происхождения были обнаружены во время падения больших метеоритов.

Уран

Одним из наиболее твердых металлов является уран. Его открыл в 1840 году химик Пелиго. Большой вклад в изучение свойств этого металла сделал Д. И. Менделеев. Радиоактивные свойства урана были выявлены ученым А. А. Беккерелем в 1896 году. Тогда химик из Франции выявленные излучения металла назвал лучами Беккереля. Уран часто встречается в природе. Странами, имеющими наибольшие месторождения урановой руды, являются Австралия, Казахстан и Россия.

Уран

Сплавы самых прочных металлов

Добавление в металл определенных легирующих элементов на моменте плавки и литья повышает механические и физические характеристики материала. Одна из технологий получения сплава основывается на спекании порошков кобальта и карбидов металла. По сути, сплавы — это аналоги металлов, но с видоизмененными характеристиками прочности и твердости, что определяется размерами карбидных зерен в структуре, а также наличием определенных легирующих добавок.

Самые прочные сплавы— вольфрамовые. Они тугоплавкие, способны выдерживать колоссальные нагрузку и критично высокие температуры. Плавиться вольфрамовые сплавы начинают при температуре 2780 градусов, а при механической обработке режущая кромка свободно выдерживает до 800 градусов. Для создания таких сплавов используют в определенных пропорциях кобальт и карбид металлов. Есть и сплавы, созданные на основе карбидов и карбонитов титана. Особенно перспективными для металлургии являются сплавы на основе ванадиевой стали, предел прочности которых достигает 5205 МПа. Самый прочный в мире, который известен на сегодня, сплав состоит из титана с золотом β-Ti3Au.

Отдельно можно отметить стальные сплавы, которые состоят из железа и других элементов, например, углерода. Хотя само по себе железо не входит в топ самых прочных металлов, но в составе сплава показывает отличные характеристики прочности.

Тантал

Бронзу в рейтинге заслуживает тантал, поскольку является одним из самых прочных металлов в мире. Он представляет собой серебристый металл с высокой твердостью и атомной плотностью. Благодаря образованию на его поверхности оксидной пленки, имеет свинцовый оттенок.

Отличительными свойствами тантала являются высокая прочность, тугоплавкость, стойкость к коррозии, воздействию агрессивных сред. Металл является достаточно пластичным металлом и легко поддается механической обработке. Сегодня тантал успешно используется:

• в химической промышленности;
• при сооружении ядерных реакторов;
• в металлургическом производстве;
• при создании жаропрочных сплавов.