فلزات حرارية

وليد خليفة

ساهم بشكل رئيسي في تحرير هذا المقال

H																		He
Li	Be												B	C	N	O	F	Ne
Na	Mg												Al	Si	P	S	Cl	Ar
K	Ca	Sc		Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
Rb	Sr	Y		Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
Cs	Ba	La	*	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
Fr	Ra	Ac	**	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg

			*	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu
			**	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr

فلزات حرارية

تعريف أوسع للفلزات الحرارية

الفلزت الحرارية (Refractory Metals) هى الفلزات التى تتميز بمقاومة غير عادية للحرارة و البرى و التآكل. فتؤهلهم هذه الخواص للعديد من التطبيقات ، ففتيل المصابيح الوهاجة العادية مصنوع من فلز حرارى وهو التنگستن وكثير من البضائع المصنّعة وبشكل خاص المحتوية على فلزات وإلكترونيات تحتوى على أو تم تصنيعها باستخدام فلزات حرارية. والفلزات الحرارية الخمسة هي:

وتستخدم الفلزات الحرارية في الإضاءة والعدد و المزلقات وقضبان التحكم في التفاعلات النووية وتستخدم كعوامل حفَّازة ويستفاد كذلك من خواصها الكيميائية و الكهربية ، و نظرا لإرتفاع نقط انصهارها ، لا يستخدم السبك على الإطلاق لتصنيع أى منتجات من هذه الفلزات الحرارية ، و لكن تستخدم متالورجيا المساحيق لهذا الغرض ، فتكبس مساحيق الفلزات النقية معا و تسخن بالتيار الكهربائى و تستكمل عمليلت التصنيع بالتشكيل البارد (cold working) يتخلله مراحل تلدين ، و بذلك يمكن إنتاج الفلزات الحرارية في شكل أسلاك وصبات و قضبان وصفائح وألواح ورقائق .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

التنجستن

اكتشف التنجستين سنة 1781 م على يد الكيميائي السويدى كارل ڤيلهلم شيله (Karl Wilhelm Scheele.) فالتنجستين أكثر الفلزات الحرارية توافراً وله أعلى نقطة انصهار من بينها جميعا وهى 3410 ْم، وفتائل أسلاكه تستخدم في الغالبية العظمى من المصابيح الكهربائية المتوهجة العادية ويشيع استخدامها كذلك في إضاءة المصانع كإلكترودات في لمبات القوس الكهربى، ويستخدم أيضا في معدات لحام القوس بالتنجستين و الغاز الخامل (TIG or GTAW) كإلكترود معمّر يقاوم الانصهار. أما الاستخدام الأكثر شيوعا للتنجستين فهو مركب كربيد التنجستين الداخل في صناعة لقم الثقب والتشغيل وعدد القطع. ويجد كذلك استخدامات كمزلق و مقاوم الأكسدة في البطانات والفوهات لمقاومة البري وكطلاء واقى وغير ذلك من طرق الاستخدام، ويوجد التنجستين كذلك في أحبار الطباعة وشاشات الأشعة السينية وكيماويات التصوير وفى تجهيز المنتجات البترولية واختبار مقاومة اللهب للمنسوجات. ويستخدم أيضا لمقاومتة وكثافته العاليتين في تطبيقات تتراوح بين ثقالات في دوارات الطائرات المروحية وكقذائف اﻷسلحة وبين رؤوس عصي الجولف. وتوجد أكبر أحتياطات التنجستين في الصين وتوجد منه ترسبات في كوريا وبوليفيا وأستراليا ودول أخرى.

الموليبدنم

يعتبر الموليبدنم أكثر الفلزات الحرارية استخداما، وأهم استخداماته كعنصر مقوى في الصلب، فغالبا ما تحتوى المواسير الانشائية على الموليبدنم وكذلك أنواع كثيرة من الأصلاب المقاومة للصدأ، فخواصه مثل المقاومة العالية في درجات الحرارة المرتفعة ومقاومة البري ومعامل الاحتكاك المنخفض، جعلته عنصر سبائكى ثمين لا يمكن الاستغناء عنه، وأدت مقاومته الممتازه للاحتكاك إلى إضافته للشحوم والزيوت لتحسين أداءها، فمفاصل السيارات ثابتة السرعة تستخدم شحوم محتوية على الموليبدنم، ويلتصق الشحم بسهولة بسطح الفلز مكونا طبقة صلدة جدا مقاومة للاحتكاك، ويتواجد معظم خام الموليبدنم في الولايات المتحدة الأمريكية وكندا.

النيوبيوم

غالبا ما يوجد النيوبيوم مع التنتالوم في الطبيعة وسمى على اسم نيوبه ابنة الملك اليوناني اﻷسطوري تنتالوس والذى يرجع إليه تسمية التنتالوم، وللنيوبيوم استخدامات عديدة يشترك في بعضها مع الفلزات الحرارية الأخرى، وهو فريد في أنه يمكن تشكيله أثناء التلدين للحصول على مدى كبير من المقاومة والمرونة وهو أيضا أقل الفلزات الحرارية كثافة، ويمكن العثور عليه أيضا في المكثفات الالكتروليتية وفي معظم السبائك فائقة التوصيلية ويوجد أيضا في تربينات الطائرات الغازية وأنابيب التفريغ والمفاعلات النووية.

التنتالوم

يعد التنتالوم أكثر المواد مقاومة للتآكل ، ووجدت له كثير من الاستخدامات بناءا على هذه الخاصية وخاصة في المجال الطبى والجراحة وله تطبيقات في الأوساط شديدة الحموضة، ويستخدم كذلك في صناعة المكثفات الالكتروليتية الفائقة، وتمتاز رقائق التنتالوم بأعلى مواسعة لوحدة الحجم في كل المواد ويساعد ذلك على نمنمة (تصغير) المكونات الالكترونية والدوائر، ولذلك تحتوى التليفونات المحمولة والحواسب على مكثفات تنتالوم.

الرينيوم

الرينيوم هو أحدث الفلزات الحرارية اكتشافا، ويوجد بتركيزات منخفضة مع العديد من الفلزات الأخرى و خاصة خامات البلاتين والنحاس وخامات الفلزات الحرارية اﻷخرى، ويستفاد منه كعنصر سبيكى يضاف للفلزات الحرارية اﻷخرى لتحسين المطيلية و مقاومة الشد، ولسبائك الرينيوم تطبيقات في المكونات الالكترونية والجيرسكوبات و المفاعلات النووية، وأهم استحداماته على الإطلاق في عمليات الحفز كعامل حفاز في التَّقْليَة (alkylation or alkylinization) و اللاتَّقْليَة (dealkylation) و الهَدْرَجَة (hydrogenation) و اﻷكسدة (oxidation)، ولكن ندرته تجعله أغلى الفلزات الحرارية.

سلوك زحف الفلزات الحرارية

مقالة مفصلة: زحف (ميكانيكا)

تجذب الفلزات والسبائك الحرارية اهتمام الباحثين لخواصها المتميزة وبسبب تطبيقاتها العملية المتوقعة، وخاصة تميزها في الارتفاع الشديد لنقط انصهارها التى تتجاوز بفارق كبير نقط انصهار الحديد والنيكل، وإذا ما اعتبرت درجة حرارة 2123 ْك هى الفاصل لتحديد الفلزات الحرارية، نجد اثنا عشر فلزا تتجاوز نقط انصهارها هذه الدرجة و هى التنجستن و الرينيوم و اﻷوزميوم و التنتالوم و الموليبدنم و الإيريديوم والنيوبيوم و الروثينيوم و الهفنيوم و الزركونيوم و الفاناديوم و الكروم . فالخواص الطبيعية للفزات الحرارية مثل الموليبدنم و التنتالوم و التُنْجستين ، كالمقاومة والاستقرار في درجات الحرارة العالية، تؤهلها لتطبيقات التشكيل الساخن للفلزات ولتكنولوجيا الأفران المفرغة، وتستغل هذه الخواص في عدد آخر من التطبيقات مثل سُلَيكات (فتائل) المصابيح التنجستينية والتى يمكن أن تعمل في درجات حرارة تصل إلى 3073 ْك ولفائف الموليبدنم المستخدمة في الأفران تتحمل درجات حرارة تصل إلى 2273 ْك.

عيوبها

أما عيوب السبائك الحرارية فهى صعوبة التصنيع في درجات الحرارة المنخفضة و التأكسدية الحادة في درجات الحرارة المنخفضة، ويؤثر تفاعلها مع الوسط المحيط تأثيراً كبيراً على مقاومتها للزحف (الانسلال) في درجات الحرارة المرتفعة، فمثل هذه التطبيقات تحتاج إلى جوٍ واقٍ أو طلاء للحماية.

أستخدمت سبائك الفلزات الحرارية للموليبدنم و النيوبيوم و التنتالوم و التنجستين في أنظمة الطاقة النووية الفضائية ، حيث صممت هذه الأنظمة للعمل في درجات حرارة ما بين 1350 إلى 1900 ْك ، و حتى لا يتفاعل الوسط المحيط مع هذة المواد تستخدم فلزات قلوية (alkali metals) مصهورة كأوساط لانتقال الحرارة أو تفرغ هذه الأنظمة تفريغاً فائق الشدة من الهواء لتفادى مثل هذا التفاعل. وحتى تسنخدم هذه السبائك بشكل عملى لا بد ألا يتجاوز انفعال الزحف نسبة1-2% طوال فترة الخدمة، و مما يعقد دراسة سلوك الزحف لهذه السبائك تفاعلها مع الوسط المحيط مما يؤثر بشكل كبير على سلوك الزحف و قيمته.

انظر أيضا

المصادر

موسوعة ويكيبديا الأنگليزية

Levitin, Valim (2006). High Temperature Strain of Metals and Alloys: Physical Fundamentals. WILEY-VCH. ISBN 978-3-527-31338-9.

Levitin, Valim (2006). High Temperature Strain of Metals and Alloys: Physical Fundamentals. WILEY-VCH. ISBN 978-3-527-31338-9.
Brunner, T (2000). "Chemical and structural analyses of aerosol and fly-ash particles from fixed-bed biomass combustion plants by electron microscopy". 1st World Conference on Biomass for Energy and Industry: proceedings of the conference held in Sevilla, Spain, 5–9 June 2000. London: James & James Ltd. ISBN 1-902916-15-8.
Hampel, Clifford (1961). "Refractory Metals. Tantalum, Niobium, Molybdenum, Rhenium, and Tungsten". Industrial & Engineering Chemistry. 53 (2): 90–96. doi:10.1021/ie50614a018. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |coauthors= (help)
Spink, Donald (1961). "Reactive Metals. Zirconium, Hafnium, and Titanium". Industrial & Engineering Chemistry. 53 (2): 97–104. doi:10.1021/ie50614a019. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |coauthors= (help)
Hayes, Earl (1961). "Chromium and Vanadium". Industrial & Engineering Chemistry. 53 (2): 105–107. doi:10.1021/ie50614a020. {{cite journal}}: Cite has empty unknown parameter: |coauthors= (help)

الكلمات الدالة: