Легкие и прочные сплавы металлов. Самый прочный металл: какой он

Многих любителей интересных фактов интересует вопрос, какой металл самый твердый? И навскидку ответить на этот вопрос будет непросто. Конечно, любой учитель химии без труда скажет правильно, даже не задумываясь. Но среди рядовых граждан, которые последний раз занимались химией в школе, не многие смогут правильно и быстро дать ответ. Это связано с тем, что все с детства привыкли делать разнообразные игрушки из проволоки и хорошо запомнили, что медь и алюминий мягкие и хорошо поддаются сгибанию, а вот стали наоборот не так просто придать желаемую форму. С тремя названными металлами человек имеет дело чаще всего, поэтому остальные кандидатуры даже не рассматривает. Но сталь, конечно же, не является самым твердым металлом в мире. Справедливости ради стоит отметить, что это вообще не металл в химическом смысле, а соединение железа с углеродом.

Что такое титан?

Самым твердым металлом является титан. Впервые чистый титан был получен в 1925 году. Это открытие произвело фурор в научных кругах. На новый материал сразу же обратили внимание промышленники и по достоинству оценили преимущества от его использования. По официальной версии, самый твердый металл на Земле получил свое название в честь несокрушимых Титанов, которые согласно древнегреческой мифологии были основателями мира.

По оценкам ученых суммарные мировые запасы титана на сегодняшний день составляют около 730 миллионов тонн. При нынешних темпах добычи ископаемого сырья хватит еще на 150 лет. Титан занимает 10 место по природным запасам среди всех известных металлов. Крупнейшим в мире производителем титана является российская компания «ВСМПО-Ависма», которая удовлетворяет до 35% мировых потребностей. Предприятие занимается полным циклом переработки от добычи руды до изготовления различной продукции. Оно занимает порядка 90% российского рынка по производству титана. Около 70% готовой продукции идет на экспорт.

Титан - легкий металл серебристого цвета с температурой плавления 1670 градусов по Цельсию. Проявляет высокую химическую активность только при нагревании, в нормальных условиях не реагирует с большинством химических элементов и соединений. В природе не встречается в чистом виде. Распространен в виде рутиловых (двуокись титана) и ильменитовых (сложное вещество, состоящее из двуокиси титана и оксида двухвалентного железа) руд. Чистый титан выделяется путем спекания руды с хлором, а затем вытеснения более активным металлом (чаще всего магнием) из полученного тетрахлорида.

Промышленное применение титана

Самый твердый металл имеет довольно широкий спектр применения во многих отраслях. Аморфно расположенные атомы обеспечивают титану высочайший уровень прочности на растяжение и кручение, хорошую сопротивляемость ударному воздействию, высокие магнитные качества. Металл используется для изготовления корпусов воздушного транспорта и ракет. Он хорошо справляется с огромными нагрузками, которые испытывают на себе машины, находясь на огромной высоте. Также титан применяется при производстве корпусов для подводных лодок, так как способен выдерживать высокое давление на больших глубинах.

В медицинской отрасли металл используется при изготовлении протезов и зубных имплантатов, а также хирургических инструментов. В качестве легирующей добавки элемент добавляют в некоторые марки стали, что придает им повышенную прочность и стойкость к коррозии. Титан хорошо подходит для литья, так как позволяет получать идеально гладкие поверхности. Из него также изготавливают ювелирные украшения и декоративные изделия. Активно используются и соединения титана. Из диоксида изготавливают краски, белила, добавляют в состав бумаги и пластика.

Сложноорганические соли титана применяют в качестве затвердительного катализатора в лакокрасочном производстве. Из карбида титана изготавливают различные инструменты и насадки для обработки и сверления других металлов. В точном машиностроении из титанового алюминида производят износостойкие элементы, которые обладают высоким запасом прочности.

Самый твердый сплав металла был получен американскими учеными в 2011 году. В его состав вошли палладий, кремний, фосфор, германий и серебро. Новый материал был назван «металлическое стекло». Он соединил в себе твердость стекла и пластичность металла. Последнее не позволяет трещинам распространяться, как это происходит со стандартным стеклом. Естественно, в широкое производство материал запущен не был, так как его компоненты, особенно палладий, относятся к редким металлам и стоят очень дорого.

В данный момент усилия ученых направлены на поиски альтернативных компонентов, которые бы позволили сохранить полученные свойства, но значительно снизили стоимость производства. Тем не менее, отдельные детали для аэрокосмической отрасли уже производятся из полученного сплава. Если альтернативные элементы удастся внедрить в структуру и материал получит широкое распространение, то вполне возможно, что он станет одним из самых востребованных сплавов будущего.

Если под прочностью принято понимать способность твердых тел противостоять разрушению и сохранять форму изделия, то к сверхпрочным и прочным металлам можно отнести следующие металлы.

Название титан было присвоено Мартином Клапротом, немецким исследователем, открывшим новый металл не по его химическим качествам, а в честь мифологических героев детей земли – титанов.

Нахождение титана в природе стоит на 10-м месте, более всего он концентрируется в минералах. Без этого металла невозможны были бы новейшие открытия в области ракето-, корабле- и авиастроении. Титан используют во всех областях промышленности, при изготовлении медицинских имплантов и бронежилетов с пищевой промышленности и сельском хозяйстве.

2 Место

Светло – серый вольфрам , дословно переводится, как волчьи сливки, является самым тугоплавким металлом, поэтому он незаменим при изготовлении жароустойчивых поверхностей и изделий. Нить накаливания в обычной лампочке сделана из вольфрамовой нити.

Тот металл используют в баллистических ракетах, при изготовлении снарядов и пуль, в гироскопических сверхскоростных роторах.

3 место

Тантал практически невозможно видоизменить, ведь он начинает плавиться при температуре 3015 градусов по Цельсию, а закипает при температуре кипения в 5300 градусов. Обычному человеку такую жару даже представить невозможно. Синевато — серый металл является самым незаменимым в современной медицине, из него изготовляют проволоку и листы, которыми закрывают поврежденные кости.

Открытый в 1817 году молибден , серо-стальной металл в чистом виде практически не встречается. Поражает тугоплавкость этого металла, температура плавления которого превышает 2620 градусов. Самое большое применение молибден нашел в военной промышленности, где изготавливаются орудийные и броневые стали.

5 место

Авиа — и машиностроение, ядерная энергетика и космонавтика используют ниобий , очень похожий по своим свойствам на тантал металл. На ниобий практически не действуют никакие вещества, ни соли, ни кислоты, он трудно плавится, и трудно окисляется, что и сделано уникальный металл таким востребованным.

6 место

Самый тяжелый металл на земле иридий обладает самыми стойкими антикоррозийными свойствами, его не может расплавить даже царская водка. Добавление иридия в другие сплавы повышает их способность противостоять коррозии.

7 место

Бериллий является одним из редких металлов, которые добываются в земле. Его уникальные качества, такие как высокая теплопроводность и огнеупорность, сделали этот металл незаменимым при изготовлении ядерных реакторов. Бериллиевые сплавы по праву занимают ведущее место в аэрокосмической и авиационной промышленности.

8 место

Светло – голубой хром , который является также одним из самых прочных металлов, благодаря своим уникальным свойствам при добавлении в сплавы сталей делает их более твердыми и коррозийноустойчивыми. Хромированные детали имеют красивый внешний вид, который не видоизменяется со временем.

9 место

Саксонцы бережно относятся к своим легендам, имя героя одной из них Кобольда было увековечено в названии металла – кобальта . Очень часто при добывании руды искатели серо — розовый металл принимали за серебро.

Тугоплавкий металл, как добавка, повышает жаропрочность, твердость и износоустойчивость стали. Благодаря уникальным качествам кобальт незаменим в металлорежущих станках.

Гафний – уникальный по своим качествам металл светло-серого цвета добывается из циркониевой руды. Твердый, тугоплавкий гафний имеет уникальную особенность, дело в том, что его темплоемкостная зависимость аномальна и не подпадает не под какие законы физики.

Гафний используют в атомной энергетике и в оптике, для укрепления различных сплавов и изготовления стекла для рентгена, без него трудно представить военное производство.

Металлы использовались человеком еще на заре цивилизации. Одним из первых известных была медь, благодаря своей легкости в обработке и широкой распространенности. Археологи находили в процессе раскопок тысячи медных изделий. Прогресс не стоит на месте, и вскоре человечество научилось производить прочные сплавы, чтобы изготавливать оружие и сельскохозяйственные инструменты. По сей день эксперименты с металлами не прекращаются, так что стало возможным выявить, какой самый прочный металл в мире.

Иридий

Итак, самый прочный металл ‒ это иридий. Получают его путем выпадения осадка от растворения платины в серной кислоте. По прошествии реакции вещество приобретает черный цвет, в дальнейшем в процессе различных соединений может менять цвет: отсюда и название, в переводе означающее "радуга". Иридий открыли в начале XIX века, и с тех пор было найдено всего два способа растворить его: расплавленная щелочь и перекись натрия.

Иридий очень редко встречается в природе, в составе земли его количество не превышает 1 к 1 000 000 000. Вследствие этого, одна унция материала стоит как минимум 1000 долларов.

Иридий широко применяется в разных сферах деятельности человека, особенно в медицине. Из него производят глазные протезы, слуховые аппараты, электроды для мозга, а также специальные капсулы, которые вживляют в раковые опухоли.

По теории ученых, столь малое количество вещества говорит о том, что оно имеет инопланетное происхождение, а именно, принесено каким-либо астероидом.

Другой самый крепкий металл в мире, наименование которого произошло от названия нашей страны. Впервые его обнаружили на Урале. Вернее там нашли платину, в составе которой русские ученые позднее выявили новый металл. Это было 200 лет назад.

Благодаря своей красоте рутений нередко применяется в ювелирном деле, но не в чистом виде, ведь он очень редок

Рутений относится к благородным металлам. Он обладает не только твердостью, но и красотой. По твердости он лишь немного уступает кварцу. Но при этом он весьма хрупкий, его легко раскрошить в порошок или разбить, уронив с высоты. Кроме того, это самый легкий и прочный металл, его плотность едва ли составляет тринадцать граммов на сантиметр в кубе.

При всем своем плохом сопротивлении ударам рутений прекрасно противостоит высоким температурам. Чтобы его расплавить, необходимо нагреть более чем до 2300 градусов. Если сделать это при помощи электрической дуги, вещество может перейти сразу в газообразное состояние, миновав стадию жидкости.

В составе сплавов его применение чрезвычайно широко, даже в космической механике, к примеру, сплавы металлов рутения и платины были избраны для изготовления топливных элементов для искусственных спутников Земли.

Первым на Земле этот металл открыл шведский ученый Экеберг. Но выделить его в чистом виде химику так и не удалось, с этим возникли трудности, поэтому он и получил название греческого героя мифов, Тантала. Активно использоваться тантал начал лишь в период Второй мировой войны.

Тантал ‒ твердый долговечный металл серебристого цвета, при обычной температуре проявляет мало активности, окисляется лишь при нагреве свыше 280°С, а плавится лишь при почти 3300 Кельвин.

Невзирая на свою прочность, тантал довольно пластичен, приблизительно как золото, и работа с ним не вызывает затруднений

Допускается использование тантала в качестве заменителя нержавеющих сталей, срок службы может отличаться на целых двадцать лет.

Также тантал применяется:

• в авиации для изготовления жаропрочных деталей;
• в химии в составе антикоррозийных сплавов;
• в ядерной энергетике, поскольку он крайне устойчив к парам цезия;
• медицине для изготовления имплантатов и протезов;
• в вычислительной технике для производства сверхпроводников;
• в военном деле для разного рода снарядов;
• в ювелирном деле, поскольку при окислении он может приобретать различные оттенки.

Этот металл считается биогенным, значит, способен положительно влиять на живые организмы. К примеру, количество хрома регулирует уровень холестерина. Если хрома в организме меньше шести миллиграммов, то это приводит к резкому увеличению холестерина в крови. Получить ионы хрома можно, к примеру, из перловки, утятины, печёнки или свёклы.
Хром тугоплавок, не реагирует на влагу и не окисляется (только при нагревании выше 600°С).

Металл активно используют для создания хромированных покрытий, зубных коронок

Этот долговечный металл ранее назывался глюцинием, потому что люди отметили его сладковатый вкус. Кроме того, у этого вещества еще много удивительных свойств. Он неохотно вступает в химические реакции. Чрезвычайно прочен: опытным путем установлено, что бериллиевая проволока толщиной в миллиметр способна удержать на весу взрослого человека. Для сравнения, алюминиевая проволока выдерживает лишь двенадцать килограммов.

Бериллий очень ядовит. При попадании в организм он способен заменять магний в костях, это состояние носит название бериллиоз. Он сопровождается сухим кашлем и отечностью легких, может привести к смерти. Ядовитость, пожалуй, единственный существенный недостаток бериллия для человека. В остальном же у него масса плюсов и масса способов применения: тяжелая промышленность, ядерное топливо, авиация и космонавтика, металлургия, медицина.

Бериллий очень легок, в сравнении с некоторыми щелочными металлами

Этот прочный металл еще более дорогой, чем иридий (а уступает лишь калифорнию). Однако применяется он в таких областях, где важнее результат, чем затраты на него: для производства медицинского оборудования в самые лучшие мировые клиники. Кроме того, может использоваться для изготовления электрических контактов, деталей измерительной техники и дорогих часов вроде "Ролекс", электронных микроскопов, военных боеголовок. Благодаря осмию они становятся прочнее и выдерживают более высокие температуры, вплоть до экстремальных.

Осмий не встречается в природе самостоятельно, только в паре с родием, так что после добычи предстоит задача разделить их атомы. Реже встречается осмий в "комплекте" с платиной, медью и некоторыми другими рудами.

В год на планете вырабатывается лишь несколько десятков килограммов вещества

Этот металл обладает очень прочной структурой. Сам он беловатого цвета, а при измельчении в порошок становится черным. Металл очень редок и добывается в совокупности с другими рудами и минералами. Концентрация рения в природе ничтожно мала.

Из-за невероятной дороговизны вещество используются лишь в случаях крайней необходимости. Ранее его сплавы благодаря своей жаростойкости использовались в авиации и ракетостроении, в том числе для оснащения сверхзвуковых истребителей. Именно эта сфера и была основным пунктом мирового потребления рения, сделав его материалом военно-стратегического назначения.

Из рения делают нити накаливания и пружины для измерительных приборов, самоочищающиеся контакты и специальные катализаторы, необходимые для получения бензина. Именно это в последние годы повысило спрос на рений в разы. Мировой рынок готов буквально сражаться за этот редкий металл.

Во всем мире есть лишь одно его полноценное месторождение, и находится оно в России, второе, гораздо меньше, - в Финляндии

Ученые изобрели новое вещество, которое по своим свойствам может стать прочнее известных металлов. Его назвали «Ликвид-металл». Эксперименты с ним начались совсем недавно, но он уже зарекомендовал себя. Вполне возможно, в скором времени «Ликвид-металл» потеснит так хорошо известные нам металлы.

При упоминании слова «металл», наверняка, каждый рисует в своем воображении твердый, долговечный и суперпрочный лист железа, который невозможно просто так загнуть или сломать. Однако металлы бывают самые разные. И если вы задаетесь вопросом, какой металл самый прочный в мире, то мы предоставим вам достоверный ответ и расскажем о таком металле. Им является материал серебристо-белого цвета, который носит название «титан».

Кем и когда открыт?

Над открытием данного металла потрудились сразу два ученых – англичанин У.Грегори и немец М.Клаптор. Они обнаружили данный элемент в конце восемнадцатого столетия, но с промежутком в шесть лет. В таблице Менделеева титан появился под двадцать вторым порядковым номером сразу после открытия металла учеными. Однако из-за высокой хрупкости титан длительное время не находил применения. А в 1925г. голландские физики сделали настоящее открытие, выделив чистейший титан, сочетающий в себе много преимуществ. Металл стал отличаться высокой технологичностью, прекрасной удельной прочностью, устойчивостью к воздействию коррозии и невероятной прочностью при воздействии высокотемпературного режима.

Основные характеристики титана

Самый прочный металл в мире, созданный учеными в 1925г., является невероятно пластичным, что позволяет создавать из него листы, прутья, ленты, трубы, проволоку и фольгу. По твердости титан тверже железа и меди в четыре раза, а также по данному параметру титан превосходит алюминий в двенадцать раз. Титановые изделия сохраняют свою прочность даже при воздействии высоких температур. Детали из титана способны служить долгий срок под воздействием сверхвысоких нагрузок.

Также самый прочный металл на Земле отличается отличными антикоррозийными характеристиками. Например, помещенная в морскую воду пластинка из титана в течение десяти лет не подвергалась воздействию ржавчины. Повышенный интерес к этому металлу есть у электротехников и радиоэлектроников – а все потому, что самый крепкий в мире металл имеет значительное электросопротивление и отличается немагнитными свойствами.

Почему данный металл назвали «титаном»?

Есть две версии происхождения его названия. По одной из них считается, что металл серебристо-белого цвета назвали по имени королевы фей Титании, которая известна из германской мифологии. А все потому, что материал помимо высокой прочности отличается еще и невероятной легкостью. По другой версии металл назван в честь могучих детей богини Геи – Титанов. Какая из этих версий имеет большую правдоподобность, судить сложно, но можно отметить, что каждая из них замечательна и имеет место быть.

Применение титана

Использование серебристого металла довольно широко. Его применяют в военной промышленности (строительство ракет, брони для летательных аппаратов, корпусов для подлодок и т.д.), медицине (протезирование), автомобилестроении, сельскохозяйственной промышленности, изготовлении мобильных телефонов и производстве ювелирных украшений.

Еще более легкий и прочный

Совершенно недавно калифорнийские ученые заявили всему миру, что открыли самый легкий и прочный металл. Это жидкий металл, который создан из смеси оксида графена и лиофилизированного углерода. Ликвид-металл уже получил высокие оценки специалистов и зарекомендовал себя в качестве идеального для литья и нержавеющего материала.

Новый металл настолько легок, что его спокойно могут удерживать цветочные лепестки. Как известно, графен отличается не только легкостью и высокой прочностью, но и прекрасной гибкостью. Поэтому ученые сегодня занимаются разработками в направлении создания сверхлегкого материала, и возможно в скором будущем перед человечеством предстанут еще более уникальные материалы.

С детских лет мы знаем, что самый прочный металл - это сталь. Все железное у нас ассоциируется ней.

Железный человек, железная леди, стальной характер. Произнося эти фразы, мы подразумеваем невероятную прочность, силу, твердость.

Продолжительное время в производстве и вооружении основным материалом была сталь. Но сталь - не металл. Если точнее, то не совсем чистый металл. Это с углеродом, в котором присутствуют и другие металлические добавки. Применяя добавки, т.е. изменяют ее свойства. После этого она подвергается обработке. Сталеварение - это целая наука.

Самый прочный металл получается при введении в сталь соответствующих лигатур. Это может быть хром, который придает и жаростойкость, никель, делающий сталь твердой и эластичной и т.д.

По некоторым позициям сталь начал вытеснять алюминий. Время шло, росли скорости. Не выдерживал и алюминий. Пришлось обратиться к титану.

Да-да, ведь титан - самый прочный металл. Для придания стали высоких прочностных характеристик в нее начали добавлять титан.

Его открыли в XVIII веке. Из-за хрупкости его применить было невозможно. Со временем, получив чистый титан, инженеры и конструкторы заинтересовались его высокой удельной прочностью, малой плотностью, стойкостью к коррозии и высоким температурам. Его физическая крепость превосходит прочность железа в несколько раз.

Инженеры стали добавлять титан в сталь. Получился самый прочный металл, который нашел применение в среде сверхвысоких температур. На то время их не выдерживал ни один другой сплав.

Если представить самолет, который летит в три раза быстрее, чем можно представить, как разогревается обшивочный металл. Листовой металл обшивки самолета в таких условиях разогревается до +3000С.

Сегодня титан применяют неограниченно во всех сферах производства. Это медицина, авиастроение, производство кораблей.

Со всей очевидностью можно сказать, что в скором будущем титану придется подвинуться.

Учеными из США, в лабораториях Техасского университета в городе Остин, открыт самого тонкого и самого прочного материала на Земле. Назвали его - графен.

Вообразите себе пластину, толщина которой равна толщине одного атома. Но такая пластина прочнее алмаза и в сто раз лучше пропускает электрический ток, чем компьютерные чипы из кремния.

Графен - материал с поражающими свойствами. Он скоро покинет лаборатории и по праву займет свое место среди самых прочных материалов Вселенной.

Даже невозможно себе представить, что нескольких граммов графена будет достаточно, чтобы покрыть поле для игры в футбол. Вот это металл. Трубы из такого материала можно будет укладывать вручную без применения подъемно-транспортных механизмов.

Графен, как и алмаз - это чистейший углерод. Его гибкость поражает. Такой материал легко сгибается, прекрасно складывается и отлично сворачивается в рулон.

К нему уже начали присматриваться производители сенсорных экранов, солнечных батарей, сотовых телефонов, и, наконец, суперскоростных компьютерных чипов.