金屬釩的用途,太神奇了!

2020-11-26 騰訊網

金屬釩是具有戰略意義的稀有金屬，應用領域十分廣泛。含釩鋼具有強度高，韌性大，耐磨性好等優良特性，廣泛應用於機械、汽車、造船、鐵路、航空、橋梁、電子技術、國防工業等行業，其期量約佔釩消耗量的85%。大約有10%的釩用於生產航天工業所需的鈦合金，釩在鈦合金中可以作為穩定劑和強化劑，使鈦合金具有很好的延展性和可塑性。金屬釩具有高熔點、易加工、耐腐蝕性強、快中子吸收截面小等特點，主要用於原子能工業、超導合金材料、特種合金的添加劑以及電子工業等方面。此外，釩在化學工業中主要作為催化劑和著色劑。釩還被用於生產可充電氫蓄電池或釩氧化還原蓄電池等。

1.1釩在微合金鋼中的應用

微合金結構鋼起源於20世紀50年代後期，由於碳含量對材料的焊接結構韌性有不利影響,單一通過增加碳含量增加鋼強度的手段受到很大.的限制。人們認識到在鋼中添加微合金元素釩，具有細化晶粒提高材料的強度和韌性的作用，微合金元素的析出強化作用代替了碳的強化作用，還可以改善材料的焊接性能。由於微合金技術的發展，釩廣泛用於工具鋼、高速鋼、合金鋼和高溫低合金鋼等。世界各國由於生產工藝的不同,生產每噸鋼消耗的釩也不相同。在北美生產每噸鋼大約消耗0.08 kg的釩，在日本和歐洲，生產每噸鋼大約消耗0.06 kg的釩，在國內生產每噸鋼大約消耗0.035 kg的釩」。

1.2釩在航天航空領域的應用

每年大約有8%~10%的金屬釩用於生產鈦合金，主要是先生產出釩鋁合金，再將釩鋁合金作為添加劑用於Ti-6Al- -4V的生產。Ti-6Al-4V具有密度低、比強度高、抗腐蝕性能好、工藝性能好等優異的綜合性能，又可以長時間在400℃以上服役並且保持高的強度。由於Ti-6Al-4V良好的高溫性能，可用於製造「飛機發動機的風扇、葉片、壓力機盤和承壓件等。Ti-6Al-6V-2Sn是另一種用於航空航天領域的重要鈦合金，其在常溫下有較高的強度，有較好的加工性能和焊接性能，易於鍛造，可用於飛行器較低溫度的零部件，如飛機起落架支架、飛機結構件、 武器結構件核飛彈外殼等。

1.3釩在核反應堆中的應用

20世紀60年代起，釩基合金就被考慮用於核反應堆材料。他的優點是對快中子的俘獲面積小，抗液體金屬鈉的腐蝕以及具有良好的高溫蠕變強度，當時在美、德等國的研究機構裡進行了研究，但尚未達到使用的階段。用於熱核反應堆的包套材料，要求具有高溫機械強度，可抵抗輻射引起的膨脹、易脆問題以及與氫、鋰各種冷卻劑的兼容性良好。最近美、德等國開發的V15Cr5Ti和V3Cr1Si有較高的熱導性和較低的膨脹係數，可產生較低的熱應力，這一性質可延長核反應堆壁的負荷與壽命，與碳鋼壁相比，可取得較高的反應溫度。

1.4釩在貯氫材料中的應用

釩基固溶體作為貯氫材料有許多優點，貯氫量大，貯氫密度高，吸放氫速度快，貯存和運輸安全等，近年來受到越來越多的學者關注。釩基貯氫材料的種類較多，每一-類型都有某- -項或幾項指標較好，有一定的使用方向。V-Ti-Cr+M和V-Ti-Fe+M主要用於氫的貯存、運輸和提純，V-Ti-Ni+M主要用作電池材料的貯氫合金，其中M起調節和強化其他功能元素，比如加入元素鋯不僅有抗粉化作用，還有固氦和超導的性能。釩基固溶體貯氫材料今後研究的方向主要是優化合金成分，進一步提高吸氫量，提高平臺分壓。通過改進釩基固溶體的熱處理方式提高貯氫性能,通過研究原材料配比而降低釩合金的用量，以便降低生產成本。

1.5釩在電池材料領域的應用

釩電池的研發最早於1984年澳大利亞新南威爾斯大學的M.S.Kazacos教授提出，將V2+ /V3+電對和V4+/V5+電對應用於電池材料中，研發出了氧化還原液流電池(簡稱VRB)，近年來取得較快發展，在世界各國得到應用，也取得不錯效果。釩氧化還原電池主要以釩酸根離子溶液為正負極活性物質的二次電池，釩在溶液中有四種不.同的價態，採用含釩離子的硫酸溶液為電解液。VRB是一種新型清潔能源存儲裝置，在美國、日本、澳大利亞等國家有應用驗證，與其它化學電源相比，釩電池具有功率大、容量大、效率高、壽命長、響應速度快、可瞬間充電、安全性高和成本低等明顯的優越性，被認為是太陽能、風能發電裝置配套儲能設備、電動汽車供電、應急電源系統、電站儲能調峰、再生能源併網發電、城市電網儲能、遠程供電、UPS系統等領域的優先選擇。

1.6釩在金屬基陶瓷材料中的應用

目前應用最廣泛的金屬基陶瓷材料為WC-Co基金屬陶瓷，由於鎢和鈷資源逐漸枯竭，生產過程中必須節約使用或開發其他金屬基陶瓷，降低鎢的消耗。研究表明，在鎢基陶瓷中添加VC,在WC燒結過程中起到細化晶粒的作用。VC在金屬陶瓷的Co相中有較大的溶解度，並和Co的共晶溫度較低，即使在較高溫度下(1 300℃~1350℃)也會抑制WC晶粒的長大。從理論上分析，VC是最佳的晶粒長大抑制劑，也比其他的金屬碳化物更經濟。另外VC還可以降低WC-Co基金屬陶瓷的居裡點，產生非磁性。

1.7含釩新型功能材料

摻釹釩酸釔晶體是一種重要的雷射基質晶體，主要用於光隔離器、偏振光器件和環形器等。VO2薄膜材料在光電開關、光全息、電子掃描雷射器、溫度敏感半導體器件以及光存儲等方面有廣泛的應用。含釩顏料如釩酸珌是一種綠色環保的油漆，現以代替鎘黃成為優良的黃色顏料。

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