鉭和鈮都屬于元素周期表中第 V 族。鉭的原子序數(shù)73,原子量181,元素符號(hào)為Ta。鈮的原子序數(shù)41,原子量93,元素符號(hào)為Nb。它們的物理、化學(xué)性質(zhì)非常接近,而且在礦物中幾乎總是相互伴生。所以對(duì)于這兩種元素有關(guān)冶金方面的問題通常總是一并討論的。
鉭和鈮均為鋼灰色金屬,純鉭略帶藍(lán)色。純鉭和純鈮的塑性都非常好,在冷狀態(tài)下無(wú)需中間退火即可軋成很?。?.01mm)的板材。
鉭和鈮的化學(xué)性能如下:
① 鉭和鈮在常溫下的空氣中都是穩(wěn)定的。加熱到200~300℃才能看到開始氧化的跡象。高于500℃,金屬鉭和鈮都加速氧化并生成氧化物Ta2O5和Nb2O5。
② 鉭和鈮還有一個(gè)很重要的特性,即它們具有吸收氫、氧、氮等氣體的能力,這些微量雜質(zhì)對(duì)金屬鉭和鈮的力學(xué)性能和電性能都有顯著影響。低溫時(shí),它們對(duì)氫的吸收比較緩慢,當(dāng)溫度約達(dá)到500℃(對(duì)于鉭)和360℃(對(duì)于鈮)時(shí),它們的吸氫速度*大。這時(shí)不僅發(fā)生吸附作用,同時(shí)生成化合物,即氫化物(NbH,TaH)。這兩種金屬吸收氫氣后,性質(zhì)變脆,不過在真空中加熱至600℃以上后,金屬中的氫全部都重新釋放出來,原有的力學(xué)性能可以全部恢復(fù)。鉭和鈮在600℃就已吸收氮?dú)?,在更高的溫度下生成TaN和NbN。它們的熔點(diǎn)分別是2300℃和3080℃。
③ 鉭和鈮與硼、硅都能生成難熔的固體硼化物和硅化物:NbB2(熔點(diǎn)2900℃),TbB2(熔點(diǎn)3000℃),TaSi2(熔點(diǎn)2400℃)。
④ 碳和含碳?xì)怏w(CH4,CO)在高溫下(1200~1400℃)與鉭和鈮相互作用生成固體難熔碳化物:Tac(熔點(diǎn)3880℃)和 NbC(熔點(diǎn)3500℃)。
⑤ 任意濃度的鹽酸、硫酸和硝酸、磷酸及一些有機(jī)酸在常溫或100~150℃ 以下都不能侵蝕鉭和鈮,在熱的鹽酸和熱硫酸中,鉭的抗蝕能力優(yōu)于鈮。鉭和鈮在氫氟酸中均能溶解。
⑥ 鉭和鈮在堿溶液中穩(wěn)定性較差,熱堿溶液能明顯地腐蝕鉭和鈮。它們?cè)谌廴趬A或蘇打中迅速氧化,生成鈮酸和鉭酸的鈉鹽。
鉭和鈮通常制成粉末用于熱噴涂。
高純碳化鉭粉熔點(diǎn)高,達(dá)3000℃,但在300℃以上鉭在空氣中發(fā)生氧化。只能采用低壓等離子噴涂制備非氧化氣氛下的耐高溫涂層、粘結(jié)底層。超音速等離子噴涂具有焰流溫度高、粒子速度高和惰性氣氛保護(hù)的特點(diǎn),因而可用于噴涂鉭。在噴涂時(shí)焰流長(zhǎng),且非常明亮。
鉭涂層與鋼基體能形成自粘結(jié)結(jié)合。石墨基體噴鎢之前預(yù)噴涂鉭作粘結(jié)底層,以防止石墨和鎢在高溫下生成碳化鎢。