元素

75 铼 飞机发动机的元素

作者:漂泊

铼是一种稀有的难熔金属,它不仅具有良好的塑性、机械性和抗蠕变性能,还具有良好的耐磨损、抗腐蚀性能。铼镍合金是制造飞机喷气式发动机的重要材料。在钨合金和钼合金加入铼则可以提高其强度和塑性,被称之为“铼效应”。此外,铼元素也可用于催化领域,铼铂合金是重要的石油重整催化剂。

铼的基本物理性质

分类 第ⅦB族·金属
原子序号・原子量 75 (186.207)
电子配置 5d56s2
密度 21.02 g/cm 
熔点 3186 oC
沸点 5903 oC
色・形状 银白色金属
丰度 0.1 ppm(地壳)
发现者 Walter Noddack,,Ida Noddack,Otto Berg,小川正孝
主要的同位素 185Re, 187Re
用途例 飞机发动机、钨铼合金、钼铼合金、石油催化重整催化剂
前后的元素 钨-铼-锇

铼的发现

1871年,门捷列夫在发布元素周期表时就曾预测在自然界中存在一个尚未发现的,原子量为190的“类锰”元素。1914年,英国物理学家亨利•莫塞莱推算了有关该元素的一些数据。1925年,德国化学家Walter Noddack,,Ida Noddack,Otto Berg用X射线在铂矿和铌铁矿中探测到了这种元素,并根据莱茵河的名字Rhein将该元素命名为Rhenium。后来,他们也在硅铍钇矿和辉钼矿内发现了铼。1928年,他们在660公斤辉钼矿中提取出了1克铼元素。

1908年,日本化学家小川正孝宣布发现了第43号元素,并将其命名为“Nipponium”(Np),以纪念其本国日本(Nippon)。但是2004年,日本有学者用X-射线重新检验了小川正孝家族保留下来的方钍石样品,结果表明该样品中所含的并不是43号元素,而是75号元素“铼”,因此小川正孝可能是发现铼的第一人。Np在今天是第93号元素镎的化学符号,得名于海王星(Neptune),与“Nipponium”的缩写正好相同。[1-5]

金属铼

铼镍合金(飞机发动机的核心材料)

铼最重要的用途是用于制造飞机发动机。全球铼产量的70%都用于制造飞机喷气发动机的高温合金部件。铼能够提高镍高温合金的蠕变强度,这类合金可用于制造喷气发动机的燃烧室、涡轮叶片及排气喷嘴等。它是现代喷气引擎叶片、涡轮盘等重要结构件的核心材料。铼的使用既能提高镍基高温合金的性能;更可以制造出用于单晶叶片的合金。CFM56喷气发动机就是采用含3%铼的铼镍合金制成的叶片。这两方面的作用都能使涡轮(尤其是高压涡轮)在更高温度下工作。因此设计者就可以加大涡轮压力,使得作业效率更高;另外,使用铼镍合金的发动机还可以加快燃料燃烧的速度,进而产生更大的推力。此外,人们可以把作业温度维持在较低水平,扩大实际作业温度和涡轮机最高允许温度的差值,从而延长使用寿命。[3-7]

应用铼镍合金的喷气式发动机

铼效应

铼能够同时提高钨、钼、铬的强度和塑性,人们把这种现象称为“铼效应”。如添加少量(3%-5%)的铼能够使钨的再结晶起始温度升高300 oC-500 oC——这种作用被称为铼效应。钨铼和钼铼合金都具有良好的高温强度和塑性,可加工成板、片、线、丝、棒,用于航天、航空的高温结构件(喷口、喷管、防热屏等)、弹性元件及电子元件等。

钨铼合金是由钨和铼所组成的合金。一类为低铼合金,含铼在5%以下;另一类是高铼合金,含铼为20%-27%。钨合金中最多溶解27%的铼。它常用于制造特种电子管和彩色显像管的灯丝、高温部件、热电偶等,被广泛应用到包括电真空工业、灯泡工业、原子能工业、化工等多个重要的工业领域。

而钼铼合金则常用于制造高速旋转的X光管靶材、微波通讯的长寿命栅板、空间反应堆堆芯加热管、和高温热电偶等。铼加入钼,可改善钼的塑性和提高钼的强度,属固溶强化型合金。在钼中加入35%铼,在室温下轧制变形量可达90%。钼铼合金的室温拉伸强度、延展性和电阻率随铼含量增加而增加。通常含5%铼的钼合金被用作热电偶丝材料,含41%铼的钼合金则被用作航空航天中结构材料,而含50%铼的钼合金则被用作高温结构材料。

铼催化剂

铼-铂合金是一种重要的催化重整催化剂,催化重整是指将具有低辛烷值的石油精炼石脑油转化为高辛烷值液体产物的化学过程,是提高汽油质量和生产石油化工原料的重要手段。铼催化剂对氮,硫和磷等杂质造成的中毒具有很强的抵抗力,因此也可以用于某些加氢反应。此外,铼还可用作汽车尾气净化的催化剂,而铼的硫化物则可用作为甲酚、木素等的氢化催化剂。

参考文献

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