铪有毒性吗?应用在哪些领域
金属铪无毒。主要应用于电子工业。不过,有一些铪的化合物是有一定毒性的(比如HfCl4的LD50是2362 mg/kg,属于毒性很低的物质)。
铪,金属Hf,原子序数72,原子量178.49,是一种带光泽的银灰色的过渡金属。铪有6种天然稳定同位素:铪174、176、177、178、179、180。铪不与稀盐酸、稀硫酸和强碱溶液作用,但可溶于氢氟酸和王水。元素名来源于哥本哈根城的拉丁文名称。1925年瑞典化学家赫维西和荷兰物理学家科斯特用含氟络盐分级结晶的方法得到纯的铪盐,并用金属钠还原,得到纯的金属铪。铪在地壳中的含量为0.00045%,在自然界中常与锆伴生。
铪的化学性质与锆十分相似,具有良好的抗腐蚀性能,不易受一般酸碱水溶液的侵蚀;易溶于氢氟酸而形成氟合配合物。高温下,铪也可以与氧、氮等气体直接化合,形成氧化物和氮化物。
铪在化合物中常呈 +4价。主要的化合物是氧化铪HfO2。氧化铪有三种不同的变体:将铪的硫酸盐和氯氧化物持续煅烧所得的氧化铪是单斜变体;在400℃左右加热铪的氢氧化物所得的氧化铪是四方变体;若在1000℃以上煅烧,可得立方变体。另一个化合物是四氯化铪,它是制备金属铪的原料,可由氯气作用于氧化铪和碳的混合物制取。四氯化铪与水接触,立即水解成十分稳定的HfO(4H2O)2+离子。HfO2+离子存在于铪的许多化合物中,在盐酸酸化的四氯化铪溶液中可结晶出针状的水合氯氧化铪HfOCl2·8H2O晶体。
4价铪还容易与氟化物形成组成为 K2HfF6、K3HfF7、(NH4)2HfF6、(NH4)3HfF7的配合物。这些配合物曾用于锆、铪分离。
常见化合物
二氧化铪:名称 二氧化铪;hafnium dioxide;分子式:HfO2 ;性质:白色粉末,有单斜、四方和立方三种晶体结构。密度分别为10.3,10.1和10.43g/cm3。熔点2780~2920K。沸点5400K。热膨胀系数5.8×10-6/℃。不溶于水、盐酸和硝酸,可溶于浓硫酸和氟氢酸。由硫酸铪、氯氧化铪等化合物热分解或水解制取。为生产金属铪和铪合金的原料。用作耐火材料、抗放射性涂料和催化剂。原子能级HfO是制造原子能级ZrO时同时得到的产品。从二次氯化起,提纯﹑还原﹑真空蒸馏等过程同锆的工艺流程几乎完全一样。
四氯化铪:四氯化铪(Hafnium(IV)chloride,Hafnium tetrachloride) 分子式 HfCl4 分子量 320.30 CAS编号:13499-05-3, 性状: 白色结晶块。对湿敏感。溶于丙酮和甲醇。遇水水解生成氯化氧铪(HfOCl2)。热至250℃挥发。对眼睛、呼吸系统、皮肤有刺激性。
氢氧化铪:氢氧化铪(Hafnium Hydroxide,H4HfO4),CAS号12027-05-3,氢氧化铪通常以水合氧化物HfO2·nH2O存在,难溶于水,易溶于无机酸,不溶于氨水,很少溶于氢氧化钠。加热至100℃,生成羟基氧化铪HfO(OH)2。可由铪(IV)盐与氨水反应得到白色氢氧化铪沉淀。可用于制取其他铪化合物。
应用:
由于铪容易发射电子而很有用处(如用作白炽灯的灯丝)。用作X射线管的阴极,铪和钨或钼的合金用作高压放电管的电极。常用作X射线的阴极和钨丝制造工业。纯铪具有可塑性、易加工、耐高温抗腐蚀,是原子能工业重要材料。铪的热中子捕获截面大,是较理想的中子吸收体,可作原子反应堆的控制棒和保护装置。铪粉可作火箭的推进器。在电器工业上可制造X射线管的阴极。铪的合金可作火箭喷嘴和滑翔式重返大气层的飞行器的前沿保护层,Hf-Ta合金可制造工具钢及电阻材料。在耐热合金中铪用作添加元素,例如钨、钼、钽的合金中有的添加铪。HfC由于硬度和熔点高,可作硬质合金添加剂。4TaCHfC的熔点约为4215℃,为已知的熔点最高的化合物。铪可作为很多充气系统的吸气剂。铪吸气剂可除去系统中存在的氧、氮等不需要气体。铪常作为液压油的一种添加剂,防止在高危作业时候液压油的挥发,具有很强的抗挥发性,这个特性的话,所以一般用于工业液压油。医学液压油。
铪元素也用于最新的intel45纳米处理器。由于二氧化硅(SiO2)具有易制性 (Manufacturability),且能减少厚度以持续改善晶体管效能,处理器厂商均采用二氧化硅做为制作栅极电介质的材料。当英特尔导入65纳米制造工艺时,虽已全力将二氧化硅栅极电介质厚度降低至1.2纳米,相当于5层原子,但由于晶体管缩至原子大小的尺寸时,耗电和散热难度亦会同时增加,产生电流浪费和不必要的热能,因此若继续采用时下材料,进一步减少厚度,栅极电介质的漏电情况势将会明显攀升,令缩小晶体管技术遭遇极限。为解决此关键问题,英特尔正规划改用较厚的高K材料(铪元素为基础的物质)作为栅极电介质,取代二氧化硅,此举也成功使漏电量降低10倍以上。另与上一代65纳米技术相较,英特尔的45纳米制程令晶体管密度提升近2倍,得以增加处理器的晶体管总数或缩小处理器体积,此外,晶体管开关动作所需电力更低,耗电量减少近30%,内部连接线 (interconnects) 采用铜线搭配低k电介质,顺利提升效能并降低耗电量,开关动作速度约加快 20%。
五碳化四钽铪,熔点4215摄氏度。
铪合金中含有金属元素铪,是当今世界上熔点最高的物质。已知熔点最高的物质是铪的化合物:五碳化四钽铪,熔点4215摄氏度。
如果单论二元化合物的话,碳化钽合金的熔点最高(3983 °C),不过碳化铪合金也是熔点最高的合金之一(3928 °C)。题目中提到的应该是钽铪碳合金,维基百科中提到该合金是已知化合物中熔点最高的物质。
扩展资料早在1930年, Agte 等人即提出钽铪碳合金具有最高的熔点(4215 °C ),之后得到 Andrievskii 等人的验证,但是,文献中仍然有提到说碳化钽合金的熔点最高的,对于这几种化合物的熔点的具体数值,不同文献记载的也有差异。
Andrievskii 等认为钽铪碳合金的高熔点是在实验过程中化合物的组分变化引起的。铪在其中所起的作用仅仅是加强了碳的蒸发,从而使其熔点可以与碳化钽相比(随着碳的蒸发,各组分的化学计量数接近碳化钽合金),而碳化钽合金的高熔点源于稳定的金属亚晶格结构的形成。
参考资料来源:百度百科-铪合金
耐盐酸腐蚀的金属材料除钽、锆外,还有哈氏合金、镍钼合金等。青铜、铜镍合金、不锈钢等仅能在一定条件下使用,不能用于热盐酸。
1、钽
钽有非常出色的化学性质,具有极高的抗腐蚀性。无论是在冷和热的条件下,对盐酸、浓硝酸及“王水”都不反应。可用来制造蒸发器皿等,也可做电子管的电极、整流器、电解电容。
2、锆
锆的表面易形成一层氧化膜,具有光泽,故外观与钢相似。有耐腐蚀性,可溶于氢氟酸和王水,高温时,可与非金属元素和许多金属元素反应,生成固体溶液化合物。
3、哈氏合金
哈氏合金是一种镍基耐腐蚀合金,主要分成镍-铬合金与镍铬钼合金两大类。哈氏合金具有良好的抗腐蚀性和热稳定性,多用于航空事业,化学领域等。
4、镍钼合金
钼镍合金是以金属钼为基体元素加入金属元素镍组成的合金,其为许多金属合金之一,其主要在还原性介质腐蚀的条件下使用,是耐盐酸腐蚀的最好的一种合金,但在有氧和氧化剂存在时,耐蚀性会显著下降。
5、钌
一种硬而脆呈浅灰色的多价稀有金属元素,是铂族金属中的一员。在地壳中含量仅为十亿分之一,是最稀有的金属之一,可是钌确实是铂族金属中最便宜的一种金属,尽管铂、钯等其他金属都比钌丰富一些。钌的性质很稳定,耐腐蚀性很强,常温即能耐盐酸、硫酸、硝酸以及王水的腐蚀。
参考资料来源:百度百科-钽
参考资料来源:百度百科-钌
参考资料来源:百度百科-锆
参考资料来源:百度百科-哈氏合金
参考资料来源:百度百科-NS322钼镍合金
很多牌号,比较好的比如哈氏合金系列,inconel系列,incoloy系列,Monel系列。
具体选用哪种还要看具体的工况以及成本预算等。
下面大概介绍几种吧
NS142/incoloy825耐蚀合金
NS142 特性及应用领域概述:
该合金是一种通用的工程合金,在氧化和还原环境下都具有抗酸和碱金属腐蚀性能高镍成份使合金具有有效的抗应力腐蚀开裂性。在各种介质中的耐腐蚀性都很好,如硫酸、磷酸、硝酸和有机酸,碱金属如氢氧化钠、氢氧化钾和盐酸溶液。合金的综合性能表现在腐蚀介质多样的核燃烧溶解器中,如硫酸、硝酸和氢氧化钠都在同一个设备中处理。应用于各种使用温度不超过550℃的工业领域,如:硫酸酸洗工厂用的加热管、容器、筐及链等、海水冷却热交换器、海洋产品管道系统、酸性气体环境管道、磷酸生产中的热交换器、蒸发器、洗涤、浸渍管等、石油精炼中的空气热交换器、食品工程、化工流程、高压氧气应用的阻燃合金等。
NS142 相近牌号:
Incoloy825 UNS NO8825(美国)、NC21FeDu (法国)、W.Nr.2.4858 、NiCr21Mo (德国) NA16 (英国) 0Cr21Ni42Mo3Cu2Ti(中)、NCF825
NS142 金相组织结构:
该合金具有稳定的面心立方结构。化学成分和恰当的热处理保证了耐腐蚀性不受敏化性的削弱。
NS142工艺性能与要求:
1、合金加热环境含有硫、磷、铅或其他低熔点金属,Nicrofer 6023/6023H 合金将变脆。杂质来源于做标记的油漆、粉笔、润滑油、水、燃料等。燃料的硫含量要低,如液化气和天然气的杂质含量要低于0.1%,城市煤气的硫含量要低于0.25g/m3,石油气的硫含量低于0.5%是理想的。
2、合金合适的热加工温度为1150-900℃,冷却方式可以是水淬或快速空冷。
3、采用钨电极惰性气体保护焊、等离子弧焊、手工亚弧焊、金属极惰性气体保护焊、熔化极惰性气体保护焊,其中脉冲电弧焊是首选方案。
NS142主要规格:
NS142无缝管、NS142钢板、NS142圆钢、NS142锻件、NS142法兰、NS142圆环、NS142焊管、NS142钢带、NS142直条、NS142丝材及配套焊材、NS142圆饼、NS142扁钢、NS142六角棒、NS142大小头、NS142弯头、NS142三通、NS142加工件、NS142螺栓螺母、NS142紧固件。
NS322/Hastelloy B-2镍钼合金
NS322特性及应用领域概述:
镍钼合金NS322的碳、硅含量极低,降低了焊接热影响区碳和其它杂质相的析出,因此其焊缝也具有足够的抗腐蚀性。NS322在还原性介质中具有很好的抗腐蚀性,如各种温度和浓度的盐酸溶液。在中等浓度的硫酸溶液(或者含有一定量的氯离子)中也具有很好的抗腐蚀性。同时也能用于醋酸和磷酸环境。合金材料只有在适宜的金相状态和纯净的晶体结构时才能具有最好的耐腐蚀性。在化学、石化、能源制造和污染控制领域中有着广泛的应用,尤其是在硫酸、盐酸、磷酸、醋酸等工业中。
NS322相近牌号:
Hastelloy B-2 UNS N10665(美国)、NiMo28(法国)、W.Nr.2.4617(德国)
NS322 金相组织结构:
合金为面心立方晶格结构。通过控制铁和铬含量在最小值,降低了加工脆性,阻止了在700-870℃间Ni4Mo 相的析出。
NS322工艺性能与要求:
1、应尽量快速加热至要求的温度。热加工温度范围1160℃~900℃。
2、该合金的晶粒度平均尺寸与锻件的变形程度、终锻温度密切相关。
3、合金表面氧化物、氧化色和焊缝周围的焊渣的附着性比不锈钢强,推荐使用细晶砂带或细晶砂轮进行打磨。
4、合金应在退火之后进行机加工,由于材料的加工硬化率较高,因此宜采用比加工低合金标准奥氏体不锈钢低的切削速度和重进刀进行加工,才能切入冷作硬化的表层下面。
NS322主要规格:
NS322无缝管、NS322钢板、NS322圆钢、NS322锻件、NS322法兰、NS322圆环、NS322焊管、NS322钢带、NS322直条、NS322丝材及配套焊材、NS322圆饼、NS322扁钢、NS322六角棒、NS322大小头、NS322弯头、NS322三通、NS322加工件、NS322螺栓螺母、NS322紧固件
Hastelloy B-3 /NS323
哈氏合金B-3概述:
1.B-3合金是镍钼合金家族中的一个新成员,它对任何温度和浓度的盐酸都有极好的抗腐蚀性。同时它对硫酸、乙酸、蚁酸、磷酸及其他不具有氧化性的介质也具有良好的抗腐蚀性。
2.由于对其化学成份作了调整,它的热稳定性相比原来的B-2合金有了大幅的提高。B-3合金对点蚀、应力腐蚀、刀口腐蚀和焊接的热影响区的腐蚀等均有很高的抗力。
对应牌号:
Hastelloy B-3、 UNS N10675、 W.Nr.2.4600、NS3203
Hastelloy B-3的金相结构
Hastelloy B-3为面心立方晶格结构。该合金的铁和铬含量被控制在最小值,因此阻碍了其在700-800℃间沉淀析出Ni4Mo相,从而降低了加工脆化的风险。
Hastelloy B-3 的特性
瞬时暴露在中温时仍能保持优秀的塑性能优秀的耐点蚀和应力腐蚀开裂性能力优秀的耐刀口腐蚀和热影响区腐蚀的性能优秀的耐醋酸、乙酸、磷酸和其它非氧化性酸的性能力优秀的耐各种浓度和温度下盐酸腐蚀的性能力
Hastelloy B-3 应用范围领域有:
B-3合金可适用于先前B-2合金所有用途,同B-2合金我一样,B-3也不推荐使用于三价铁盐和二价铜盐存在的环境中,因为这些盐会很快引起腐蚀破坏。当盐酸接触到铁和铜时,会与之发生化学反应生成三价铁盐和二价铜盐。
Hastelloy B-3 无缝管、Hastelloy B-3 钢板、Hastelloy B-3 圆钢、Hastelloy B-3 锻件、Hastelloy B-3 法兰、Hastelloy B-3 圆环、Hastelloy B-3 焊管、Hastelloy B-3 钢带、Hastelloy B-3 直条、Hastelloy B-3 丝材及配套焊材、Hastelloy B-3 圆饼、Hastelloy B-3 扁钢、Hastelloy B-3 六角棒、Hastelloy B-3 大小头、Hastelloy B-3 弯头、Hastelloy B-3 三通、Hastelloy B-3 加工件、Hastelloy B-3 螺栓螺母、Hastelloy B-3 紧固件
Monel 400
对应牌号:UNS N04400、W.Nr.2.4360、NAS NW400
此合金具有以下特性:
Monel400是一种用量最大、用途最广、综合性能极佳的耐蚀合金。此合金在氢氟酸和氟气介质中具有优异的耐蚀性,对热浓碱液也有优良的耐蚀性。同时还耐中性溶液、水、海水、大气、有机化合物等的腐蚀。该合金的一个重要特征是一般不产生应力腐蚀裂纹,切削性能良好。
Monel 400 的金相结构:
Monel400合金的组织为高强度的单相固溶体。
Monel 400 的耐腐蚀性:
Monel400合金在氟气、盐酸、硫酸、氢氟酸以及它们的派生物中有极优秀的耐蚀性。同时在海水中比铜基合金更具耐蚀性。酸介质:Monel400在浓度小于85%的硫酸中都是耐蚀的。Monel400是可耐氢氟酸中为数极少的重要材料之一。水腐蚀:Monel400合金在多数水腐蚀情况下,不仅耐蚀性极佳,而且孔蚀、应力腐蚀等也很少发现,腐蚀速度小于0.025mm/a。高温腐蚀:Monel400在空气中连续工作的最高温度一般在600℃左右,在高温蒸汽中,腐蚀速度小于0.026mm/a。氨: 由于Monel400合金镍含量高,故可耐585℃以下无水氨和氨化条件下的腐蚀。
Monel 400 应用范围应用领域有:
Monel400合金是一种多用途的材料,在许多工业领域都能应用:
1.动力工厂中的无缝输水管、蒸汽管
2.海水交换器和蒸发器
3.硫酸和盐酸环境
4.原油蒸馏
5.在海水使用设备的泵轴和螺旋桨
6.核工业用于制造铀提炼和同位素分离的设备
7.制造生产盐酸设备使用的泵和阀
Monel 400主要规格:
Monel 400无缝管、Monel 400钢板、Monel 400圆钢、Monel 400锻件、Monel 400法兰、Monel 400圆环、Monel 400焊管、Monel 400钢带、Monel 400直条、Monel 400丝材及配套焊材、Monel 400圆饼、Monel 400扁钢、Monel 400六角棒、Monel 400大小头、Monel 400弯头、Monel 400三通、Monel 400加工件、Monel 400螺栓螺母、Monel 400紧固件
Inconel625 是一种对各种腐蚀介质都具有优良耐蚀性的低碳镍铬钼铌合金。由于碳含量低并经过稳定化热处理,即使在650-900℃高温保温50
小时以后仍然不会有敏化倾向。供货状态为软化退火态,其应用范围包括湿腐蚀环境,并且获得了应用于-196 ~450℃温度压力容器的TÜV
认证。另有性能略作调整的适用于高温应用领域。 通过时效硬化可以提高机械性能。 Inconel625是铸件材料,对应锻件UNS N06625。
1、 对氧化和还原环境的各种腐蚀介质都具有非常出色的抗腐蚀能力
2、 优秀的抗点腐蚀和缝隙腐蚀的能力,并且不会产生由于氯化物引起的应力腐蚀开裂
3、 优秀的耐无机酸腐蚀能力,如硝酸、磷酸、硫酸、盐酸以及硫酸和盐酸的混合酸等
4、 优秀的耐各种无机酸混合溶液腐蚀的能力
5、 温度达40℃时,在各种浓度的盐酸溶液中均能表现出很好的耐蚀性能
6、 良好的加工性和焊接性,无焊后开裂敏感性
7、 具有壁温在-196~450℃的压力容器的制造认证
8、 经美国腐蚀工程师协会NACE
标准认证(MR-01-75)符合酸性气体环境使用的最高标准等级VII
软化退火后的低碳合金广泛的应用于化工流程工业,较好的耐腐蚀性和高强度使之能作为较薄的结构部件。可以应用于接触海水并承受高机械应力的场合。
典型应用领域:
●含氯化物的有机化学流程工艺的部件,尤其是在使用酸性氯化物催化剂的场合
●用于制造纸浆和造纸工业的蒸煮器和漂白池
●烟气脱硫系统中的吸收塔、再加热器、烟气进口挡板、风扇(潮湿)、搅拌器、导流板以及烟道等
●用于制造应用于酸性气体环境的设备和部件
●乙酸和乙酐反应发生器
●硫酸冷凝器