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

• التنجستين (W)
• الموليبدنم (Mo)
• النيوبيوم (Nb)
• التنتالوم (Ta)
• الرينيوم (Re)

وتستخدم الفلزات الحرارية في الإضاءة والعدد والمزلقات وقضبان التحكم في التفاعلات النووية وتستخدم كعوامل حفَّازة ويستفاد كذلك من خواصها الكيميائية والكهربية ، ونظرا لإرتفاع نقط انصهارها ، لا يستخدم السبك على الإطلاق لتصنيع أى منتجات من هذه الفلزات الحرارية ، ولكن تستخدم متالورجيا المساحيق لهذا الغرض ، فتكبس مساحيق الفلزات النقية معا وتسخن بالتيار الكهربائى وتستكمل عمليلت التصنيع بالتشكيل البارد (cold working) يتخلله مراحل تلدين ، وبذلك يمكن إنتاج الفلزات الحرارية في شكل أسلاك وصبات وقضبان 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 والغاز الخامل (TIG or GTAW) كإلكترود معمّر يقاوم الانصهار. أما الاستخدام الأكثر شيوعا للتنجستين فهومركب كربيد التنجستين الداخل في صناعة لقم الثقب والتشغيل وعدد البتر. ويجد كذلك استخدامات كمزلق ومقاوم 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 ثنطقات 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 يشهجر في بعضها مع الفلزات الحرارية الأخرى، وهوفريد في أنه يمكن تشكيله أثناء التلدين للحصول على مدى كبير من المقاومة والمرونة وهوأيضا 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 جميع المواد ويساعد ذلك على نمنمة (تصغير) المكونات الالكترونية والدوائر، ولذلك تحتوى التليفونات المحمولة والحواسب على مكثفات تنتالوم.

الرينيوم

الرينيوم هوأحدث الفلزات الحرارية اكتشافا، ويوجد بهجريزات منخفضة مع الكثير من الفلزات الأخرى وخاصة خامات البلاتين والنحاس وخامات الفلزات الحرارية اﻷخرى، ويستفاد منه كعنصر سبيكى يضاف للفلزات الحرارية اﻷخرى لتحسين المطيلية ومقاومة الشد، ولسبائك الرينيوم تطبيقات في المكونات الالكترونية والجيرسكوبات والمفاعلات النووية، وأهم استحداماته على الإطلاق في عمليات الحفز كعامل حفاز في التَّقْليَة (alkylation or alkylinization) واللاتَّقْليَة (dealkylation) والهَدْرَجَة (hydrogenation) واﻷكسدة (oxidation)، ولكن ندرته تجعله أغلى الفلزات الحرارية.

سلوك زحف الفلزات الحرارية

تجذب الفلزات والسبائك الحرارية اهتمام الباحثين لخواصها المتميزة وبسبب تطبيقاتها العملية المتسقطة، 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 وهى التنجستن والرينيوم واﻷوزميوم والتنتالوم والموليبدنم والإيريديوم والنيوبيوم والروثينيوم والهفنيوم والزركونيوم والفاناديوم والكروم . فالخواص الطبيعية للفزات الحرارية مثل الموليبدنم والتنتالوم والتُنْجستين ، 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 حتى 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 والتأكسدية الحادة في درجات الحرارة المنخفضة، ويؤثر تفاعلها مع الوسط المحيط تأثيراً كبيراً على مقاومتها للزحف (الانسلال) في درجات الحرارة المرتفعة، فمثل هذه التطبيقات بحاجة إلى جوٍ واقٍ أوطلاء للحماية.

أستخدمت سبائك الفلزات الحرارية للموليبدنم والنيوبيوم والتنتالوم والتنجستين في أنظمة الطاقة النووية الفضائية ، حيث صممت هذه الأنظمة للعمل في درجات حرارة ما بين 1350 إلى 1900 ْك ، وحتى لا يتفاعل الوسط المحيط مع هذة المواد تستخدم فلزات قلوية (alkali metals) مصهورة كأوساط لانتنطق الحرارة أوتفرغ 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، ومما يعقد دراسة سلوك الزحف لهذه السبائك تفاعلها مع الوسط المحيط مما يؤثر بشكل كبير على سلوك الزحف وقيمته.

انظر أيضا

• خزف حرارى
• حراريات
• بنية وخصائص الحراريات
• حرارى
• فرن

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 .
• 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.
• Spink, Donald (1961). "Reactive Metals. Zirconium, Hafnium, and Titanium". Industrial & Engineering Chemistry. 53 (2): 97–104. doi:10.1021/ie50614a019.
• Hayes, Earl (1961). "Chromium and Vanadium". Industrial & Engineering Chemistry. 53 (2): 105–107. doi:10.1021/ie50614a020.