항공 우주에서 에너지 생산에 이르는 산업에서는 극도의 열을 견딜 수있는 능력이 재료의 중요한 요구 사항입니다. 로켓 엔진, 산업 용광로 또는 원자로 -에 관계없이 온도가 -를 솟아 올 때 일부 금속 만 구조적 무결성을 유지할 수 있습니다. 이 중에서, 텅스텐은 극도의 열을 견뎌낸 금속으로 눈에 띄지 만, 다른 금속과 합금도 높은 - 온도 응용 분야에서 중요한 역할을합니다.
금속의 "극한 열"정의
금속의 경우, "극한 열"은 일반적으로 1,000도 F (538도)를 초과하는 온도를 나타냅니다. 강철 또는 알루미늄과 같은 대부분의 일반적인 금속이 부드러워 지거나 인장 강도를 잃거나 조화를 이룹니다. 이러한 열을 견딜 수있는 금속의 능력을 결정하는 주요 특성은 다음과 같습니다.
융점 : 금속이 고체에서 액체로 전이되는 온도. 녹는 점이 높을수록 금속이 극한 온도에서 용융에 저항 할 수 있음을 의미합니다.
열 안정성 : 장기간 열에 노출 될 때 기계적 특성 (강도 및 경도와 같은)을 유지하는 능력.
산화 저항성 : 고온에서 산소와 반응하는 능력으로 인해 부식이나 분해가 발생할 수 있습니다.
이 영역에서 탁월한 금속은 극한 열 응용 분야의 선택에 대한 이동 -입니다.
텅스텐 : 높은 녹는 점의 챔피언
Tungsten은 6,192도 F (3,422도)의 특별한 용융점 -의 특별한 융점 덕분에 다른 순수한 금속과는 타의 추종을 불허합니다. 이것은 강철의 용융점 (약 2,500도 f/1,371도)의 3 배 이상, 알루미늄의 5 배 이상 (1,221도 f/660도)입니다.
텅스텐은 녹는 점을 넘어서 고온에서 강도를 유지합니다. 2,000도 F (1,093도)에도 실내의 약 50%를 유지하여 온도 인장 강도를 유지하므로 열에 따라 구조적 무결성이 중요한 응용 분야에 이상적입니다.
그러나 텅스텐은 극도의 열에 제한이 있습니다. 용융에 저항하는 동안 보호되지 않으면 600도 F (316도)를 초과하는 온도에서 산화 (산소와 반응) 할 수 있습니다. 이것은 종종 보호 코팅이 필요하거나 불분명을 피하기 위해 비활성 환경 (진공 또는 가스 - 충전 된 챔버)에서 사용해야한다는 것을 의미합니다.
다른 열 - 저항 금속 및 합금
텅스텐은 녹는 점에서 이어지는 반면, 다른 금속과 합금은 특정 높은 - 온도 시나리오에 더 적합하며, 종종 내열성, 산화성 및 기계적 강도의 균형으로 인해 :
Molybdenum : 녹는 점이 4,753도 F (2,623도)의 Molybdenum은 두 번째 - 가장 높은 녹는 순수 금속입니다. 최대 2,000도 F (1,093도)의 온도에서 강도를 유지하며 텅스텐보다 연성이있어 기계가 더 쉽습니다. 용광로 구성 요소, 전기 접점 및 항공 우주 부품에 사용됩니다. 텅스텐과 마찬가지로 고온에서 산화되어 산소 - 풍부한 환경의 보호가 필요합니다.
탄탈 룸 : 탄탈륨의 용융점은 5,463도 F (2,996도)와 고온에서도 탁월한 내식성을 가지고 있습니다. 화학 처리 장비, 원자로 및 로켓 노즐을위한 코팅으로 사용됩니다. 열과 화학 공격에 저항하는 능력은 가혹하고 높은 - 온도 환경에서 가치가 있습니다.
니켈 - 기반 슈퍼 합금 : Inconel 또는 Hastelloy와 같은 합금은 순수한 금속이 아니라 니켈, 크롬 및 기타 요소의 조합입니다. 그들은 텅스텐 또는 몰리브덴의 높은 용융점 (2,300-2,500도 f/1,260–1,370도)의 높은 용융점을 가지고 있지 않지만 열 안정성과 산화 저항성은 뛰어납니다. 예를 들어, Inconel은 상당한 저하없이 최대 2,000도 F (1,093도)의 온도에서 지속적으로 작동하여 제트 엔진, 가스 터빈 및 용광로 라이너의 필수품입니다.
크롬 : 크롬의 융점은 3,465도 F (1,907도)를 가지며 가열 될 때 표면 상에 보호 산화 층을 형성하여 추가 산화를 방지합니다. 열과 부식 저항을 향상시키기 위해 종종 강철 합금 (스테인레스 스틸과 같은)에 추가됩니다.
RHENIUM : 텅스텐 - - - - 용해가 5,767도 F (3,186도) -의 희귀 금속은 종종 텅스텐 또는 몰리브덴과 합금되어 연성 및 산화 저항성을 개선합니다. RHENIUM - 텅스텐 합금은 로켓 스러 스터와 높은 - 온도 센서에 사용되며, 열 저항과 내구성이 모두 필요합니다.
열 응용 열 - 저항 금속
금속의 선택은 응용 프로그램의 특정 요구에 따라 다릅니다.
항공 우주 및 방어 : 로켓 노즐과 제트 엔진 구성 요소는 텅스텐 (발사 중 극한 열용)과 니켈 - 기반 초고속 (엔진 코어의 고온을 지속적으로)에 의존합니다. 텅스텐은 또한 갑옷 - 피어싱 탄약에 사용되며 마찰은 강렬한 열을 발생시킵니다.
에너지 생산 : 원자력 발전소에서 몰리브덴과 탄탈륨은 방사선과 고온을 견딜 수있는 원자로 구성 요소에 사용됩니다. 태양열 발전소에서, 열 - 저항성 합금은 농축 된 햇빛으로부터 열을 포획하고 전달한다.
산업 제조 : 용광로 가열 요소는 종종 텅스텐 또는 몰리브덴 (비활성 대기)을 사용하여 2,000도 이상의 온도 - - - 부는 장비는 열과 산화성에 저항하기 위해 니켈 - 기반 합금에 의존합니다.
전자 장치 : 백열 전구의 텅스텐 필라멘트 및 x - 광선 튜브는 녹지 않고 빛나는 높은 용융점을 사용합니다. 몰리브덴은 높은 - 온도 스위치를 위해 전기 접점에 사용됩니다.
금속의 내열성을 향상시키는 방법
심지어 열 - 저항 금속도 극한 조건에서 개선 될 수 있습니다.
합금 : 금속 혼합 (예 : 레늄과 텅스텐 또는 크롬과 니켈)은 내열성, 연성 또는 산화 저항성을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 텅스텐에 5-10% 레늄을 첨가하면 고온에서의 브랜드가 줄어 듭니다.
코팅 : 세라믹 코팅 (지르코니아와 같은) 또는 금속 코팅 (백금 등)은 고온에서 산화로부터 금속을 보호합니다. 공기에 사용되는 텅스텐 부품 - 노출 된 응용 분야에는 종종 그러한 코팅이 있습니다.
환경 제어 : 비활성 가스 환경 (예 : 아르곤) 또는 진공 청소기에서 금속을 사용하면 산화를 방지하여 텅스텐 또는 몰리브덴이 전체 열에서 수행 할 수 있습니다 ({2}} 내성 전위.
결론
극심한 열을 견뎌 낼 때, 텅스텐은 타의 추종을 불허하는 융점과 고온에서 강도를 유지하는 능력 덕분에 순수한 금속의 명확한 리더입니다. 그러나 Molybdenum, Nickel, 니켈 - 및 Tantalum -와 같은 다른 금속 및 합금 -는 특히 산화 저항성 또는 연성이 내열성만큼 중요 할 때 엑셀.
금속의 선택은 제어 환경에서 가장 높은 온도에 대한 텅스텐, 공기의 지속 열을위한 니켈 합금, 내열성 및 가공성의 균형을위한 몰리브덴 또는 탄탈륨에 따라 다릅니다. 이러한 금속과 강화 된 형태 (합금 또는 코팅을 통해)를 활용함으로써 산업은 우주 탐사에서 산업 제조에 이르기까지 가장 까다로운 높은 - 온도 문제를 해결할 수 있습니다.
